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对地观测卫星任务调度方法研究

摘要

随着卫星机动能力的提升和成像载荷的高速发展，对地观测卫星成像技术逐渐成

熟，极大地提高了对地观测效能。但伴随人类对对地观测需求的日益提升，观测需求

的增加与卫星有限的观测存储能力的矛盾导致成像卫星的调度逐渐呈现过载化趋势，

增加了问题求解的难度。因此，在卫星应用层面，亟需对各类成像卫星的调度特性进

行分析，并对相应的调度方法开展研究，以实现对成像卫星的最优调度。

面向成像卫星在轨成像数传全流程任务调度问题，本学位论文以各类成像卫星在

成像数传综合调度问题下的调度特性为切入点，对搭载光学/SAR载荷的敏捷/非敏捷卫

星调度特性进行分析，将问题描述为一种约束组合优化问题的基础上，建立了成像卫

星的调度模型。

面向工程场景下对成像卫星任务调度算法的时效性、稳定性和可控性要求，本文

基于贪心策略，设计了一种确定性成像卫星调度算法，实现了卫星成像、数传及存储

释放等在轨任务的规划。进一步地，本文考虑不同卫星的成像特性，给出了相应的成

像窗口确定方法，并设计了一种基于二分法的成像窗口调整方法，实现了对任务冲突

的消解，实现了整体调度收益的有效提升。

同时，针对确定性调度方法只能获取局部最优解、不具备寻优能力的问题，本文

设计了一种引入分层流动机制的改进二进制粒子群算法，对传统粒子群算法的性能进

行了改进。通过对成像数传决策进行整合编码，并设计了一种用于处理调度约束的邻

域修复机制，实现了对成像数传综合调度问题的有效求解，并取得了显著的算法性能

提升。

关键词：遥感卫星；任务调度；敏捷卫星；SAR载荷；粒子群算法

对地观测卫星任务调度方法研究

Abstract

Withtheenhancementofsatellitemaneuverabilityandhigh-speeddevelopmentof

imagingpayloads,theimagingtechnologyofEarthobservationsatelliteshasgraduallymatured,

whichhasgreatlyimprovedtheeffectivenessofEarthobservation.However,alongwiththe

increasinghumandemandforearthobservation,thecontradictionbetweentheincreasing

observationdemandandthelimiteddatastoragecapacityofsatelliteshasledtotheplanning

andschedulingofearthobservingsatellites(EOS)graduallyshowingthetrendofoverload,

whichhasincreasedthedifficultyofproblemsolving.Therefore,atthesatelliteapplication

level,thereisanurgentneedtoanalyzetheschedulingcharacteristicsofvariousEOSandstudy

thecorrespondingschedulingmethodstoachievetheoptimalschedulingofEOS.

Inthisresearch,weanalyzetheschedulingcharacteristicsofagile/non-agileEOSwith

optical/SARpayloads,andestablishaschedulingmodelforEOSbasedondescribingthe

probl