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多平台海上协同搜索与路径优化策略研究

控制与决策 2020年第1期35卷 147-154页

作者：杜永浩邢立宁陈盈果国防科技大学系统工程学院长沙410073

针对传统海上搜索研究中搜索平台与行为单一、缺乏协同的问题,建立多平台海上协同搜索路径优化模型,研究协同搜索与路径优化对策.在协同搜索策略方面,给出同构协同与异构协同搜索策略的定义,并设计不同规模的协同仿真场景;在路径优化策... 详细信息

针对传统海上搜索研究中搜索平台与行为单一、缺乏协同的问题,建立多平台海上协同搜索路径优化模型,研究协同搜索与路径优化对策.在协同搜索策略方面,给出同构协同与异构协同搜索策略的定义,并设计不同规模的协同仿真场景;在路径优化策略方面,根据海上搜索平台的搜索特点,设计基于行为和基于智能算法的路径优化策略.在此基础上,对比研究不同规模的海上协同搜索策略与路径优化策略效果.结果表明:基于混合智能算法的路径优化效果普遍优于基于行为的搜索策略与单一算法,异构协同搜索策略能够充分发挥各平台优势、取长补短,取得了优于单平台和同构协同搜索的收益效果.

关键词：多平台协同搜索路径优化基于行为智能算法

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基于随机搜索策略的中继卫星调度方法

国防科技大学学报 2020年第5期42卷 136-142页

作者：姚锋罗启章朱燕麒陈盈果国防科技大学系统工程学院湖南长沙410073 中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075

高质量的调度方案不仅能满足用户的需求,还能为中继卫星系统的计划编制提供科学的决策手段和依据。针对日益多样化的用户需求,采用全新的中继卫星调度应用模式,允许用户提交多个可以滑动的时间窗口。面向这种调度模式,考虑中继业务中任... 详细信息

高质量的调度方案不仅能满足用户的需求,还能为中继卫星系统的计划编制提供科学的决策手段和依据。针对日益多样化的用户需求,采用全新的中继卫星调度应用模式,允许用户提交多个可以滑动的时间窗口。面向这种调度模式,考虑中继业务中任务调度的灵活性和任务间的冲突,构建考虑多滑动窗口的中继卫星调度模型,并设计基于随机搜索策略的中继卫星调度算法。算法包括任务资源匹配与邻域生成、可用时间段生成、任务冲突分析、邻域搜索与冲突消解以及资源与任务集更新5个算子。通过仿真实验将该算法与基于时间自由度的启发式算法进行对比,验证了算法的有效性。

关键词：跟踪与数据中继卫星调度冲突消解随机搜索

航天器任务调度模型、算法与通用求解技术综述

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自动化学报 2021年第12期47卷 2715-2741页

作者：杜永浩邢立宁姚锋陈盈果国防科技大学系统工程学院长沙 410073 中国莱顿大学高级计算研究中心莱顿 2333CA 荷兰国防科技大学系统工程学院长沙 410073 中国

针对航天器任务调度大规模、复杂化的新常态和灵活组网、快速响应的新要求,综述了航天器任务调度模型、算法与通用求解技术的发展现状.首先,基于遥感卫星、中继通信卫星、导航卫星和航天测控等航天器任务,从任务排序模型和时间窗口分配... 详细信息

针对航天器任务调度大规模、复杂化的新常态和灵活组网、快速响应的新要求,综述了航天器任务调度模型、算法与通用求解技术的发展现状.首先,基于遥感卫星、中继通信卫星、导航卫星和航天测控等航天器任务,从任务排序模型和时间窗口分配模型两个角度出发,揭示了不同航天器任务调度模型的决策形式和共性特征,阐明提升模型兼容性、适用性的必要性.其次,基于启发式算法、精确求解算法和元启发式算法,探讨了航天器任务调度算法的适用模型与编码特色,指明"算法?模型"解耦、算法深度融合的重要性.在此基础上,介绍了CPLEX、STK/Scheduler、Europa2和"高景一号"任务调度分系统等航天器任务调度通用求解技术的模型、算法与主要功能,说明我国自主研发通用求解技术的必要性和新的应用思路.最后,指出了开发航天器任务调度统一化建模语言、打造算法库与测试集等未来航天器任务调度研究的新方向.

关键词：航天器任务调度调度模型调度算法通用求解技术

来源：评论

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卫星自主与协同任务调度规划综述

自动化学报 2019年第2期45卷 252-264页

作者：向尚陈盈果李国梁邢立宁国防科技大学系统工程学院长沙410073 中国电子科学研究院北京100041

如何利用有限的星上资源执行复杂繁重的空间任务长期以来备受关注,随着卫星载荷能力不断提升,响应时间要求不断缩短,卫星自主与协同任务调度规划研究的重要性逐渐增大.本文从单星任务调度规划为起点,对单星地面离线任务调度规划、单星... 详细信息

如何利用有限的星上资源执行复杂繁重的空间任务长期以来备受关注,随着卫星载荷能力不断提升,响应时间要求不断缩短,卫星自主与协同任务调度规划研究的重要性逐渐增大.本文从单星任务调度规划为起点,对单星地面离线任务调度规划、单星星上在线任务调度规划、单星星地一体化自主任务调度规划研究现状进行梳理与分析,然后延展至多星领域,综述了多星地面离线协同任务调度规划、多星星上在线协同任务调度规划、多星星地一体协同任务调度规划研究现状.最后,对卫星自主与协同任务调度规划研究进行了总结与展望.

关键词：卫星任务调度规划自主与协同星地一体离线任务调度在线任务调度协同任务调度

基于代理模型的对地观测卫星系统顶层设计方法研究

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基于代理模型的对地观测卫星系统顶层设计方法研究

作者：陈盈果国防科学技术大学

学位级别：硕士

卫星系统顶层设计是对卫星颗数、卫星轨道和载荷参数进行优化设计,从而最大化卫星系统观测性能和最小化系统成本。一个合理的卫星系统顶层设计方案能够发挥卫星系统整体性能,尤其是随着成像卫星作用的凸显以及应用模式的不断深入和扩展... 详细信息

卫星系统顶层设计是对卫星颗数、卫星轨道和载荷参数进行优化设计,从而最大化卫星系统观测性能和最小化系统成本。一个合理的卫星系统顶层设计方案能够发挥卫星系统整体性能,尤其是随着成像卫星作用的凸显以及应用模式的不断深入和扩展,顶层设计是卫星应用部门亟需解决的问题。论文分析了卫星系统顶层设计的特点和面临的复杂性,采用基于代理模型的仿真优化方法,研究分析各种代理模型的相关理论和对问题适用性,提出改进广义模式搜索算法进行优化求解,并研究模型更新算法。本文主要进行了以下研究工作: (1)研究卫星系统顶层设计的特点,从实体、耦合关系和系统规模三个方面分析了设计过程中面临的各种复杂性,提出了基于仿真的卫星系统性能指标及其影响因素集,明确了设计过程中的目标函数和设计变量的映射关系,并提出基于代理模型的仿真优化方法。 (2)对响应面、径向基和Kriging模型的数学机理进行了详细阐述,通过非线性的算例对三种代理模型的适应性进行了分析,结果显示Kriging模型相对其他两种代理模型针对非线性函数具有更好的拟合性能。在此基础上,讨论了卫星系统顶层设计中代理模型的构建包括的三个部分,重点介绍了仿真分析流程和实现方法,以及序列迭代法构建代理模型。 (3)在仿真耗时的优化设计中,提出基于代理模型的改进广义模式搜索算法。搜索步借助代理模型在当前网格内进行选点,所选择的点满足代理模型最优或最大化期望提高两个原则,有效避免的选点的盲目性;筛选步利用代理模型预测筛选集中各点提高的比例并进行排序,在非完全搜索的模式下,优先仿真提高程度大的筛选点,切实提高了优化效率。改进广义模式搜索算法在对代理模型进行优化求解时,通过选择新增样本点,实现了代理模型的更新算法。 (4)通过两个卫星系统顶层设计典型实例验证本文方法的有效性和实用性。单星系统实例研究中,重点优化了轨道参数和载荷参数;在多星系统实例研究中,由于设计变量和卫星颗数相关,重点验证了算法对多变量的适用性。同时,将文中算法与Analyzer进行了比较,结果表明,无论在优化结果的稳定性或优化速度上都优于Analyzer。

关键词：卫星系统顶层设计代理模型改进广义模式搜索

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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优化多星协同观测的改进广义模式搜索算法

国防科技大学学报 2012年第1期34卷 88-93页

作者：陈盈果刘晓路陈英武贺仁杰国防科技大学信息系统与管理学院湖南长沙410073

多星协同观测可以最大化卫星的整体效能,如何对多星进行部署是一个设计空间大、设计变量多的优化问题。对此,提出了基于Kriging模型的改进广义模式搜索算法。在算法的搜索步,通过代理模型最优和最大期望提高在当前网格内进行选点,避免... 详细信息

多星协同观测可以最大化卫星的整体效能,如何对多星进行部署是一个设计空间大、设计变量多的优化问题。对此,提出了基于Kriging模型的改进广义模式搜索算法。在算法的搜索步,通过代理模型最优和最大期望提高在当前网格内进行选点,避免选择的盲目性;在筛选步,利用代理模型预测筛选集中各点提高的比例并排序,减少不必要的仿真分析。最后,采用该算法对多星部署方案进行优化,通过对比发现,算法性能优于STK-Analyzer,证明了算法的可行性和有效性。

关键词：改进广义模式搜索优化设计多星协同 Kriging模型

试验设计在对地观测卫星系统顶层设计中的应用研究

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宇航学报 2012年第12期33卷 1852-1859页

作者：陈盈果刘晓路贺仁杰陈英武国防科学技术大学信息系统与管理学院长沙410073

针对对地观测卫星系统顶层设计中存在的仿真耗时、设计空间大以及非线性约束的特点,在其优化的不同阶段构建了试验设计的应用框架:优化初期采用正交设计方法确定系统的关键性能参数,中期采用均匀设计或拉丁方设计生成仿真方案并依此进... 详细信息

针对对地观测卫星系统顶层设计中存在的仿真耗时、设计空间大以及非线性约束的特点,在其优化的不同阶段构建了试验设计的应用框架:优化初期采用正交设计方法确定系统的关键性能参数,中期采用均匀设计或拉丁方设计生成仿真方案并依此进行数值仿真,后期通过稳健设计考虑系统的噪声因素,保证最终方案的鲁棒性。该框架可以缩小对地观测卫星系统的仿真规模、缩短仿真时间、提高优化效率,保证解的质量,最后通过一个实例对优化框架的效果进行了验证。

关键词：试验设计对地观测卫星正交设计均匀设计拉丁方设计

免梯度混合优化算法在卫星系统顶层设计中的应用

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系统工程与电子技术 2012年第6期34卷 1161-1166页

作者：陈盈果刘晓路陈英武贺仁杰国防科学技术大学信息系统与管理学院湖南长沙410073

针对卫星系统顶层设计中广泛存在仿真耗时、设计空间大以及非线性约束的特点,提出了免梯度混合优化算法。混合算法结合树状高斯过程(treed Gaussian process,TGP)模型、广义模式搜索和过滤法的优点,通过TGP模型将设计空间划分为互不相... 详细信息

针对卫星系统顶层设计中广泛存在仿真耗时、设计空间大以及非线性约束的特点,提出了免梯度混合优化算法。混合算法结合树状高斯过程(treed Gaussian process,TGP)模型、广义模式搜索和过滤法的优点,通过TGP模型将设计空间划分为互不相交的子空间,在各个子空间构建独立的高斯模型代替实际模型,并根据模型预测值和预测误差生成迭代点,进而指导模式搜索进行寻优,同时结合过滤法处理非线性约束。卫星系统中多星协同观测优化设计表明,该方法能够以较少的迭代次数获得满意解,具有很好的全局搜索特性。

关键词：优化算法广义模式搜索高斯过程模型顶层设计卫星系统

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对地观测卫星系统优化问题的求解框架与方法

系统工程理论与实践 2011年第6期31卷 1103-1111页

作者：刘晓路陈盈果荆显荣陈英武国防科学技术大学信息系统与管理学院管理系长沙410073

对地观测卫星系统优化问题具有设计变量多、设计空间大、难以解析计算而仿真又十分耗时的特点,因此提出了基于综合拉丁方试验设计和代理模型的仿真优化框架.该框架通过综合拉丁方试验设计方法生成仿真方案,然后通过Kriging代理模型对仿... 详细信息

对地观测卫星系统优化问题具有设计变量多、设计空间大、难以解析计算而仿真又十分耗时的特点,因此提出了基于综合拉丁方试验设计和代理模型的仿真优化框架.该框架通过综合拉丁方试验设计方法生成仿真方案,然后通过Kriging代理模型对仿真数据进行优化分析,为实现代理模型的更新提出了代理模型最优点与最大化期望提高相结合的方式,为实现代理模型的优化,提出了全局与局部相结合的搜索模式,其中全局搜索采用遗传算法实现,局部搜索采用改进广义模式搜索算法实现,最后通过仿真实例验证了该求解框架的有效性.

关键词：对地观测卫星系统仿真优化综合拉丁方试验设计 Kriging代理模型