面向卫星任务调度问题的通用化调度引擎研究

第1章 绪论 1 1.1 研究背景及意义 1 1.1.1 研究背景 1 1.1.2 研究目的与意义 3 1.2 卫星任务调度模型研究现状 4 1.2.1 遥感卫星任务调度模型 5 1.2.2 中继通信卫星任务调度模型 10 1.2.3 导航卫星任务调度模型 11 1.2.4 卫星测控任务调度模型 13 1.3 卫星任务调度算法研究现状 17 1.3.1 启发式算法 18 1.3.2 精确求解算法 19 1.3.3 元启发式算法 20 1.4 卫星任务调度通用求解技术发展现状 27 1.4.1 数学规划求解器CPLEX 27 1.4.2 通用卫星调度软件STK/Scheduler 28 1.4.3 卫星任务规划软件Europa 2 31 1.4.4 “高景一号”任务调度分系统 32 1.5 本书主要工作 34 1.5.1 研究内容与组织结构 34 1.5.2 技术路线 36 1.5.3 创新点 36 第2章 卫星任务调度引擎顶层设计 39 2.1 卫星任务调度问题界定 39 2.1.1 任务界定 39 2.1.2 资源界定 44 2.1.3 问题特征 45 2.2 卫星任务调度引擎功能定位 47 2.2.1 基本定义 47 2.2.2 功能需求 48 2.3 卫星任务调度引擎框架设计 50 2.3.1 设计思路 50 2.3.2 引擎框架 51 2.3.3 优势分析 53 2.4 本章小结 54 第3章 卫星任务调度通用化建模方法 55 3.1 卫星任务调度通用化建模流程 55 3.1.1 需求分析 55 3.1.2 流程设计 57 3.2 卫星任务调度问题精细化描述 59 3.2.1 四元组 59 3.2.2 任务集 60 3.2.3 资源集 62 3.2.4 评分集 67 3.3 卫星任务调度通用0-1混合整数决策模型 70 3.3.1 决策变量与决策矩阵 70 3.3.2 优势分析 74 3.4 卫星任务调度约束模型与约束网络 75 3.4.1 约束分析与分类 75 3.4.2 约束模板与示例 77 3.4.3 约束网络与约束值计算 84 3.4.4 优势分析 86 3.5 卫星任务调度收益模型 87 3.5.1 遥感卫星任务调度收益函数 87 3.5.2 中继通信卫星任务调度收益函数 89 3.5.3 导航卫星任务调度收益函数 89 3.5.4 卫星测控任务调度收益函数 91 3.6 本章小结 92 第4章 面向卫星常规任务调度的通用化求解方法 93 4.1 自适应并行模因演化的通用算法框架 93 4.1.1 需求分析 93 4.1.2 算法框架 95 4.1.3 优势分析 97 4.2 基于启发式的快速初始解构造策略 98 4.2.1 通用流程 99 4.2.2 启发式算法 100 4.2.3 时间复杂度 101 4.3 基于并行搜索的通用局部优化策略 102 4.3.1 通用流程 102 4.3.2 算法池 103 4.3.3 算子池 109 4.3.4 增量式约束计算算法 111 4.4 基于竞争的算法算子自适应选择策略 112 4.4.1 通用流程 112 4.4.2 当前*优解集 114 4.4.3 竞争与使用概率更新 114 4.4.4 淘汰机制 115 4.5 基于种群演化的全局优化策略 116 4.5.1 通用流程 116 4.5.2 交叉算子 118 4.5.3 修复算子 119 4.6 算法在benchmark问题中的性能检验 119 4.6.1 定向问题 120 4.6.2 带时间窗口的定向问题 121 4.6.3 时间依赖的带时间窗口的定向问题 122 4.6.4 简化版遥感卫星常规任务调度问题 123 4.7 本章小结 124 第5章 面向卫星应急任务调度的通用化求解方法 126 5.1 分布式动态滚动的通用算法框架 126 5.1.1 需求分析 126 5.1.2 算法框架 128 5.1.3 优势分析 130 5.2 基于动态合同网的任务协商与分配策略 131 5.2.1 通用流程 131 5.2.2 标书制定 133 5.2.3 评标算法 135 5.3 基于滚动时域的单平台任务重调度策略 137 5.3.1 通用流程 137 5.3.2 窗口与滚动方式定义 138 5.3.3 重调度算法 139 5.4 基于可调度性预测的任务快速插入策略 141 5.4.1 通用流程 141 5.4.2 可调度性预测模型 142 5.5 基于约束网络的实时冲突消解策略 146 5.5.1 通用流程 147 5.5.2 任务冲突度计算算法 148 5.5.3 冲突消解启发式算法 149 5.6 本章小结 150 第6章 卫星任务调度引擎应用实验 151 6.1 实验准备 151 6.1.1 实验目的 151 6.1.2 引擎部署 152 6.1.3 算法及参数设置 154 6.2 遥感卫星任务调度实验 159 6.2.1 实验场景 159 6.2.2 常规调度实验 161 6.2.3 应急调度实验 168 6.3 中继通信卫星任务调度实验 170 6.3.1 实验场景 171 6.3.2 常规调度实验 172 6.3.3 应急调度实验 176 6.4 导航卫星任务调度实验 179 6.4.1 实验场景 179 6.4.2 常规调度实验 181 6.4.3 应急调度实验 187 6.5 卫星测控任务调度实验 188 6.5.1 实验场景 188 6.5.2 常规调度实验 189 6.5.3 应急调度实验 193 6.6 卫星任务调度引擎推广应用 196 6.7 本章小结 198 第7章 总结与展望 199 7.1 总结 199 7.2 未来工作展望 200 参考文献 204 附录A 卫星任务调度通用化模型数学符号及说明 221 附录B 卫星任务调度引擎Java程序架构及说明 223 附录C 缩写词列表 226