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中低轨卫星星座可以用于对近地空间目标进行有效的跟踪与监视。近地空间目标的出现具有并发性、突发性等特征,由于卫星星座搭载的传感器资源数量有限,可见范围受限,因此,研究适合面向多空间目标的智能调度方法和算法对卫星传感器资源的有效利用,实现对多个空间目标的高效观测具有极大意义。同时,在空间目标观测任务的执行过程中,可能出现传感器故障、通信链路异常等不确定因素的等干扰,在设计卫星传感器资源调度算法时应当考虑具有容错能力。
首先,本文总结空间目标和卫星传感器相互作用的特点,抽象出空间目标和卫星传感器的数学模型,建立资源调度过程中的约束和假设,提出可用性、可见度、松弛度、稳定性作为传感器资源调度的优化指标,定义传感器资源调度的任务模型。
其次,本文设计了动态矩阵群编码方法,把资源调度过程中的约束和假设体现在编码中,通过解决传感器资源冲突问题,为改善资源调度算法的效率奠定了基础;提出了Pareto前沿驱动的粒子群优化算法,解决了不同维度的优化指标无法累加和赋权的问题,同时增强了粒子群算法的寻优能力;仿真实验表明,基于动态矩阵群编码的Pareto前沿驱动粒子群算法可以获得良好的效率和性能。
第三,针对任务执行过程中的突发异常,抽象出常见故障和异常的数学模型,提出了基于IN-USE副版本的软件容错,探讨了传感器资源调度的实时容错问题;仿真实验表明,基于IN-USE副版本的软件容错方法可以获得较短的恢复时间并保持优秀的优化指标。
本文开展了传感器资源智能调度及其容错算法的研究,对于中低轨卫星星座实现对尽可能多的高速空间目标的高效监视跟踪,同时保持系统的工作稳定性、可靠性,进行了有益的探索,具有重要的现实意义和实用价值。