面向动态环境的成像卫星自主任务规划方法的研究
基于分布式协同进化的星座自主任务规划算法
第４４卷 第５期系统工程与电子技术Ｖｏｌ．４４ Ｎｏ．５２０２２年５月ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＭａｙ ２０２２文章编号：１００１ ５０６Ｘ（２０２２）０５ １６００ ０９ 网址：ｗｗｗ．ｓｙｓ ｅｌｅ．ｃｏｍ收稿日期：２０２１０９２２；修回日期：２０２１１１２４；网络优先出版日期：２０２２０１１９。
网络优先出版地址：ｈｔｔｐｓ：∥ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．２４２２．ＴＮ．２０２２０１１９．１１４０．００８．ｈｔｍｌ基金项目：国家自然科学基金（７２０７１０６４）资助课题 通讯作者．引用格式：高天 ，胡笑旋，夏维．基于分布式协同进化的星座自主任务规划算法［Ｊ］．系统工程与电子技术，２０２２，４４（５）：１６００ １６０８．犚犲犳犲狉犲狀犮犲犳狅狉犿犪狋：ＧＡＯＴＹ，ＨＵＸＸ，ＸＩＡＷ．Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｍｉｓｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｃｏ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０２２，４４（５）：１６００ １６０８．基于分布式协同进化的星座自主任务规划算法高天 １，２， ，胡笑旋１，２，夏 维１，２（１．合肥工业大学管理学院，安徽合肥２３０００９；２．过程优化与智能决策教育部重点实验室，安徽合肥２３０００９） 摘 要：星座协同自主任务规划是卫星自主化管理与控制技术中的重要一环。
首先，提出了一种分布式星座协同迭代优化策略，星座内各星作为独立智能体通过“接收”“更新”“发布”的三阶段协作行为共同参与对整体任务方案的协调寻优。
其次，在该策略的基础上设计了一种分布式协同进化算法，通过分布于不同卫星的多个亚种群在信息交互中并行进化以持续优化各星方案组合。
最后，在Ｓ６９８ＰＭ嵌入式开发环境下进行仿真实验，通过与贪婪算法、集中式遗传算法以及ＣＰＬＥＸ的对比测试，验证了所提方法在恶劣通信环境下与大规模问题中的适用性和有效性。
无人船自主航行路径规划技术分析
无人船自主航行路径规划技术分析无人船自主航行路径规划技术是当前海洋工程领域的一个重要研究方向。
随着、机器学习、传感器技术等的发展，无人船在海洋探测、环境监测、货物运输等领域的应用越来越广泛。
自主航行路径规划技术作为无人船的核心功能之一，其研究和应用对于提高无人船的自主性和安全性具有重要意义。
一、无人船自主航行路径规划技术概述无人船自主航行路径规划技术是指利用先进的算法和传感器技术，使无人船能够在复杂的海洋环境中自主规划出一条从起点到终点的最优路径，并能够实时应对海洋环境的变化和障碍物的出现。
这一技术涉及到多个学科领域的知识，包括控制理论、、计算机视觉、海洋学等。
1.1 无人船自主航行路径规划技术的核心特性无人船自主航行路径规划技术的核心特性主要包括以下几个方面：自主性、实时性、安全性和适应性。
自主性是指无人船能够完成路径规划任务，不需要人工干预。
实时性是指无人船能够快速响应环境变化，实时更新路径规划。
安全性是指无人船在规划路径时能够确保航行安全，避免碰撞和搁浅。
适应性是指无人船能够适应不同的海洋环境和任务需求，具有灵活的路径规划能力。
1.2 无人船自主航行路径规划技术的应用场景无人船自主航行路径规划技术的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 海洋探测：无人船可以搭载各种传感器，对海洋环境进行探测和监测，为海洋科学研究提供数据支持。
- 环境监测：无人船可以用于监测海洋污染、赤潮等环境问题，为环境保护提供决策依据。
- 货物运输：无人船可以用于货物的海上运输，提高运输效率，降低运输成本。
- 搜救行动：无人船可以用于海上搜救行动，提高搜救效率，减少人员伤亡。
二、无人船自主航行路径规划技术的关键技术无人船自主航行路径规划技术的关键技术包括以下几个方面：2.1 环境感知技术环境感知技术是无人船自主航行路径规划的基础。
无人船需要通过各种传感器感知周围的海洋环境，包括水深、海流、风速、障碍物等信息。
这些信息对于无人船规划出一条安全、高效的路径至关重要。
SZ-7伴随卫星动态成像试验设计
度、 光照角等对成像效果的影响。 ２ 运 动原 型
２１近距 离航 天器 相对 运动 ．
会对接等试验 ，合作完成航天任务或开展近距离空 间操作 ， 已成为航天技术发展 的热点。 国际上典型项
目有 ２ １ ０ ０年 １ ２月 ６ 日于 Ｆ Ｓ Ｓ Ｔ释放 的 皮 卫 星 ＡＴＡ
为描 述方 便 ，以被 观测 的 目标 航天 器— —Ｓ 一 ｚ７ 飞船作 为 主星 。 义相 对轨 道坐 标系 ： 定 原点 在主 星质 心， Ｙ轴 在轨 道 面 内指 向天 顶 ， ｘ轴在 轨 道 面 内垂 直 Ｙ轴 指 向飞 行方 向 ， 与 ｘ 轴 、 构 成 右手 直 角 ｚ轴 Ｙ轴 坐 标系 。对 于圆化 后 的卫星轨 道 ， 该坐标 系 与卫 星速 度 坐标 系相 同。根 据描 述 近距 离两 个航 天 器相 对 运 动 的 Ｈｌ方程 可 以导 出［： ｉ ｌ ５ １
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作者简介 ： 陈宏宇（ ９ ６ １ ）男 ， １７ ． 一 ， 博士 ， １ 副研究 员 ， 主要从事微小卫星总体设计 ， 姿态 、 轨道控制技术方面的研究工作。
１ ９
载人航 天 ２ １ 年第 ５期 ０１
【 程技 术
式 中 ，， 主星 轨道 的平 均角 速度 。 ／为 ／
化 、 测 阳照 条件 的不 同 、 天器 姿态 指 向偏 差 和抖 观 航
多星联合对地搜索任务规划技术研究
第 2期
慈元卓 等 : 多星联合对地搜索任务规划技术研究
655
测及规划模型进行探讨。 3. 1
[ 9]
卫星观测活动收益 借鉴 Yanli Yang 针 对 无 人 机 侦 察 的 研 究 方
法 , 在不确定性环境下, 从两方面定义卫星对地观 测活动的收益: 信息收益和目标发现收益。 ( 1) 信息收益指卫星本次观测活动带来的关于
收稿日期 : 2007 06 15; 修回日期 : 2007 10 08
基金项目 : 国家自然科学基金 ( 70601035)
654
宇航学报
第 29 卷
同时具有侧向和前后向 ( 卫星行进方向 ) 的观 测能 力。这类能够调整遥感器指向的卫星在轨飞行时 , 其星载遥感器的观测范围是以星下点轨迹为中心线 的带状区域 , 处于这个带状区域内的目标都有机会 被卫星观测, 但由于视场角有限, 星载遥感器只能观 测带状区域内的一 部分。卫星 观测活动如图 1 所 示, 其中卫星带状区域内的 1、 2 和 3 号子区域就是 星载遥感器实际可能的观测区域。
2 卫星对地搜索任务规划管理框架 本文提出了针对卫星联合对地搜索问题的闭环 管理模式 , 即利用已有的观测结果动态规划后续的 观测活动, 从而提高整个系统的性能。 2. 1 卫星联合搜索闭环控制策略 面向点目标或区域目标的卫星任务规划认为卫
星对地观测活动之间是孤立的, 本次观测结果与后 续卫星任务规划之间不存在联系, 只需按照覆盖优 化目标制定卫星的观测计划即可, 而不考虑观测结 果的反馈效应, 是一种开环模式 ; 卫星对地搜索问题 中 , 随着遥感器与环境之间的交互, 目标环境的不确 定性逐渐变化, 目标的分布概率也随着进行而更新, 需要根据观测结果动态规划卫星的后续观测活动, 因此卫星联合 对地搜索问题需要采用 闭环控制策 略 , 如图 2 所示。
《2024年无人机航迹规划与导航的方法研究及实现》范文
《无人机航迹规划与导航的方法研究及实现》篇一摘要：随着无人机技术的迅猛发展，其应用领域越来越广泛，对航迹规划和导航系统的要求也越来越高。
本文深入研究了无人机航迹规划与导航的关键技术，并通过理论分析、算法优化及实际实现等方式，验证了所提方法的有效性和可行性。
一、引言无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）作为一种新型的空中平台，在军事侦察、环境监测、农业植保等领域发挥着越来越重要的作用。
航迹规划和导航系统作为无人机的核心组成部分，其性能直接决定了无人机的任务执行能力和安全性。
因此，对无人机航迹规划与导航的方法进行深入研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、无人机航迹规划方法研究1. 航迹规划概述航迹规划是指在给定任务目标和约束条件下，为无人机规划出一条最优或近优的飞行路径。
该过程需要考虑地形、气象、飞行时间等多种因素。
2. 传统航迹规划方法传统的航迹规划方法主要包括基于规则的方法和基于优化的方法。
基于规则的方法通过预设的规则集来指导无人机的飞行决策，而基于优化的方法则通过建立数学模型并利用优化算法求解最优路径。
3. 智能航迹规划方法随着人工智能技术的发展，基于智能算法的航迹规划方法逐渐成为研究热点。
如基于遗传算法、神经网络、强化学习等方法的航迹规划，能够根据实时环境信息动态调整飞行路径，提高无人机的适应性和任务执行能力。
三、无人机导航方法研究1. 导航系统概述无人机导航系统主要依靠惯性测量单元（IMU）、全球定位系统（GPS）等传感器设备来实现定位和导航。
2. 传统导航方法传统导航方法主要包括基于GPS的导航和基于地形跟随的导航等。
这些方法在特定环境下具有良好的性能，但在复杂环境或无GPS信号覆盖的地区则可能失效。
3. 智能导航方法智能导航方法通过融合多种传感器信息和人工智能技术，实现更精确的定位和导航。
如基于视觉导航的方法可以利用摄像头等视觉传感器实现无人机的自主导航；基于多传感器融合的方法则可以综合利用多种传感器信息，提高导航的准确性和鲁棒性。
面向应急事件的卫星任务规划技术
面向应急事件的卫星任务规划技术
王静巧;杨磊;庄超然;史小金
【期刊名称】《航天返回与遥感》
【年(卷),期】2022(43)3
【摘要】陆地观测卫星在轨运控中,面向用户成像需求的任务规划通常分为常规和应急两种类型。
常规任务规划即根据需求的类型及空间位置,结合卫星轨道信息进行需求过境计算及常规任务安排,以获取卫星影像数据;应急任务规划即通过技术手段实现卫星快速应急成像。
文章通过分析卫星常规及应急运控模式,提出了卫星应急成像任务规划模式下需求统筹、卫星资源综合调度、应急可行性分析、测控和接收资源调度、应急计划快速调整等关键技术,总结了中国陆地观测卫星应急成像能力,对应急任务规划系统设计提出可行性建议,有效地提高了卫星应急时效性。
【总页数】8页(P105-112)
【作者】王静巧;杨磊;庄超然;史小金
【作者单位】中国四维测绘技术有限公司;中国资源卫星应用中心
【正文语种】中文
【中图分类】V445
【相关文献】
1.面向新任务插入的电子侦察卫星任务规划方法
2.面向应急任务卫星鲁棒性规划模型及算法
3.面向应急需求的成像卫星单任务综合规划
4.面向应急观测的虚拟星座任务规划技术
5.面向突发性事件的卫星自主任务规划
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《2024年无人机航迹规划与导航的方法研究及实现》范文
《无人机航迹规划与导航的方法研究及实现》篇一一、引言随着无人机技术的飞速发展，其在军事、民用等领域的应用越来越广泛。
无人机航迹规划与导航技术作为无人机自主飞行的核心技术之一，其研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文将针对无人机航迹规划与导航的方法进行深入研究，并探讨其实现过程。
二、无人机航迹规划与导航的背景及意义无人机航迹规划是指无人机在完成任务的过程中，依据已知的地理信息、气象信息、敌我信息等因素，选择一条最合理的飞行路线。
航迹规划对无人机的安全性、经济性以及完成任务的效率都具有重要的影响。
而导航则是无人机在飞行过程中，依据一定的算法和传感器信息，实现自主定位和导航的过程。
随着无人机应用领域的不断拓展，对航迹规划和导航技术的要求也越来越高。
三、无人机航迹规划方法研究（一）基于全局路径规划的航迹规划方法该方法首先通过地图匹配、环境感知等技术获取全局信息，然后利用优化算法（如遗传算法、蚁群算法等）寻找最优路径。
该方法具有较高的全局性和鲁棒性，但计算量较大，对计算资源要求较高。
（二）基于局部避障的航迹规划方法该方法主要针对无人机在飞行过程中遇到的突发障碍物进行实时避障。
通过传感器获取周围环境信息，利用控制算法实现局部避障。
该方法具有实时性强的特点，但可能影响全局路径的优化。
四、无人机导航方法研究（一）基于惯性导航系统的导航方法惯性导航系统通过测量无人机的加速度和角速度等信息，实现自主定位和导航。
该方法具有短时精度高的优点，但长期误差累积会影响导航精度。
（二）基于卫星导航系统的导航方法卫星导航系统如GPS、北斗等，通过接收卫星信号实现定位和导航。
该方法具有全球覆盖、定位精度高等优点，是当前无人机导航的主要手段之一。
五、无人机航迹规划与导航的实现过程（一）环境感知与信息处理通过传感器获取环境信息，包括地形、气象、障碍物等数据。
利用地图匹配、模式识别等技术对信息进行预处理和融合，为航迹规划和导航提供数据支持。
基于动态规划的无人机飞行路径规划技术研究
基于动态规划的无人机飞行路径规划技术研究随着现代科技的发展，无人机有着越来越广阔的应用前景，其中一项重要的应用就是在飞行路径规划方面。
无人机飞行路径规划是无人机在飞行过程中最关键的环节之一，一定程度上能够保障无人机的安全和飞行效率。
由于无人机的飞行环境及任务复杂度都不同，则需要有一种快速、灵活、有效的无人机飞行路径规划算法。
基于动态规划的无人机飞行路径规划技术应运而生，能够针对不同的飞行任务，优化飞行路径，克服飞行过程中的障碍，以及解决能源限制等问题。
一、无人机飞行路径规划技术的基本概念无人机飞行路径规划技术可以简单地定义为纵向与横向的控制、以及将路径分段并使之遵循规定的路径。
该技术的根本目标是实现无人机的安全飞行以及飞行效率的提高。
二、动态规划的基本思想动态规划是一种在求解最优化问题中常用的方法。
基于动态规划的无人机飞行路径规划技术基于全局优化的思想，主要包括两个要素：状态转移方程和最优化原则。
状态转移方程用于记录状态转移过程中的最优值，最优化原则用于判断当前状态是否是最优状态。
通过不断的递推运算，最终可以得到最优解。
三、基于动态规划的无人机飞行路径规划技术的优势相比其他路径规划算法，动态规划具有优化程序简洁、扩展性强、准确性高以及可靠性强等优势。
在无人机飞行规划中，以下三个方面尤为突出：（1）快速响应：动态规划能够快速响应飞行环境的变化，并快速地生成新的优化路径。
（2）遗传算法的结合应用：针对复杂等多变的飞行路径规划问题，还可以将遗传算法与动态规划结合使用，通过遗传算法优化策略，缩短算法时间，提高计算性能。
（3）动态路径调整：在飞行过程中，若出现某些预期之外的环境变化（如天气异常等），动态规划还可以实时对路径进行调整，以适应当前环境变化。
四、应用案例无人机在农业生产遥感监测和作物灌溉中都拥有广泛的应用。
这里以无人机进行作物灌溉为例进行说明。
在灌溉过程中，无人机需要依据地形、环境、作物种类和土地情况等因素，规划出高效率、低成本、合理的灌溉路径。
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面向动态环境的成像卫星自主任务规划
方法的研究
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卫星任务规划是对地观测卫星任务管控平台的重
要组成部分，是影响卫星使用效能的主要因素之一，
其作用主要是解决成像卫星任务管理过程中的资源利
用和任务冲突问题，优化卫星的使用效益。
传统卫星观测活动中，卫星的在轨活动都是由地
面站事先做好计划方案，然后经由合适的上行链路上
传至卫星离线执行的，这种方式要求有足够的星地通
信时间以及相对稳定的运行环境，由于星地交互频繁，
这种方式的运行成本较高。
随着各种复杂的观测活动的日益开展和深入，高
度依赖地面站控制的方式己经越来越不适应未来航天
任务的需要，在对地观测活动中，对地观测卫星可以
和地面通信的时间大约只占在轨时间的5%-10%。在
动态环境下(例如观测区域上空出现云层、卫星故障、
观测任务不定时上注、取消己安排任务及任务属性变
化等)，地基任务规划与资源调度系统没有足够的时间
对卫星进行规划方案调整，导致观测任务无法完成，
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出现大量无用产品，造成观测资源浪费。比如，在2008
年汉川地震救援和雪灾救援等非作战军事行动中，我
国的对地观测卫星系统虽然发挥了重要作用，但缺乏
自主性、灵活性，导致快速响应能力的欠缺，不能及
时捕捉有利气象条件和实现快速重访，致使有关灾情
的信息获取手段更多的受制于国外卫星系统。 因此，
有必要改进传统的卫星的控制方式，研究星载的自主
规划系统，使卫星能够根据实时的任务信息、卫星状
态信息、外部环境及其他条件，自主的进行决策，控
制卫星完成各种任务。
卫星自主任务规划是指卫星能够实时的接收地面
站上传的任务，并根据当前卫星的状态和任务的环境
制定出合理的计划，最后将任务转换为指令控制卫星
活动。与传统的卫星任务规划相比，卫星自主任务规
划各个动作之间具有较强的逻辑关系，在规划求解的
时候，这种逻辑性可以用来指导搜索的方向，大大节
省整个规划问题的求解时间。卫星自主任务规划能够
快速处理突发事件、提升观测效率，降低地面管控复
杂性。其具体的过程如图1,
本文在单星模式下，结合预案、前瞻及动态调整
或重规划三个方面提出了面向动态环境的成像卫星自
主任务规划方法，并结合卫星实际数据验证该方法的
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性育旨。
1)预案在卫星自主任务规划中可以作为一个宏观
调控的工具，即在任务规划开始时由地面站提供初步
的规划方案。
2)鉴于自主任务规划的复杂性，在求解方法中设
计了前瞻过程，并提出“锁定时间段”。在任务规划过
程中，将前瞻时间步长内前t时间段作为“锁定时间”，
该时间段内的规划方案不受新加入任务的影响，在这
t时间段之后再根据新加入任务进行任务规划。如图2，
算法将第一个前瞻步长T时间内任务安排好，即完成
了一次规划。下一次规划开始前，在上一前瞻步长的
“锁定时间”后选取时间段T作为新的前瞻步长，并且
从新的前瞻步长的起始时间开始选定时间段t作为新
的“锁定时间”。在有/无预案情况下，具体前瞻过程如
图3-4。
3)使用动态调整或重规划对任务序列进行优化。
算法中，动态调整包括增加新加入的任务、删除原方
案中的任务以及局部搜索。算法同时设置了“阂值”用
于判断是否进行重规划。在下一次规划时动态任务的
比例高于某个阈值，或者经过动态调整后卫星完成任
务数目低于某个阂值时，安排重规划。
卫星自主任务规划求解算法基本流程如图5，基
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本步骤如下，
步骤1:选定前瞻时间步长为T，前瞻1个时间步
长，并更新前瞻时间步长内的任务信息;
步骤2:对前瞻步长内的任务安排观测。在安排观
测序列过程中，本文设计了多种排序规则，以提高解
的多样性。同时，考虑时间约束，并且充分利用存在
冲突的时间窗;
步骤3:判断前瞻步长内是否有待安排任务，如果
不存在，则执行原有方案中“锁定时间段”之内的任务，
并返回步骤1。如果存在，转入步骤4;
步骤4:判断新加入的任务中包含的应急任务是否
满足重规划阂值，如果满足，转到步骤7。如果不满
足，则转入步骤5;
步骤5:动态调整，将新加入的任务安排至当前前
瞻步长内的规划方案中。调整时，前瞻步长的“锁定时
间”内任务不变，在该“锁定时间”之后即新的前瞻步长
内进行任务的插入、删除或者邻域搜索等过程;
步骤6:判断当前前瞻步长内的任务完成率是否满
足重规划阈值，如果满足，则该时间段内任务进行重
规划。如果不满足，说明动态调整之后的任务序列为
有效序列，不需要进行重规划，转到步骤8;
步骤7:重新安排当前前瞻步长内的观测;
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步骤8:安排任务回传。根据不同的回传策略，得
到综合回传序列，当前时间窗未安排的任务保留到后
面的回传时间窗进行安排;
步骤9:对当前的规划结果进行评价;
步骤10:判断是否满足终止条件，如果满足，则输
出最优序列。
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