基于改进遗传算法的天文卫星任务规划研究

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1、第3l卷第12期计算机仿真2014年12月文章编号：1006—9348(2014)12—0054—05基于改进遗传算法的天文卫星任务规划研究刘雯1’2，李立钢1(1．中国科学院空间科学与应用研究中心，北京100190；2．中国科学院大学，北京100190)摘要：空间天文卫星任务规划是一个复杂的多目标优化问题，是为了确定空间天文卫星需要执行的观测活动，有效研究确定在轨方案。通过抽象空间天文卫星任务规划问题相关要素，建立了空间天文卫星的任务规划数学模型，并在原有多目标遗传算法的基础上，设计了基于观测窗121序列的多目标遗传算法，改进了遗传算法的编码能力，能够得到每个观测任务的观测窗121序列，提

2、高了规划结果的灵活性和适用性。从规划仿真结果看，使用改进后的多目标遗传算法能够满足空间天文卫星任务规划的具体需求，是有效的方法。关键词：空间天文卫星；任务规划；观测窗13序列；改进遗传算法中图分类号：TP301．6文献标识码：BMissionPlanningofSpaceAstronomicalSatelliteBasedonImprovedGeneticAlgorithmLIUWenl'-．LILi—gan91(1．CenterforSpaceScienceandAppliedResearch，Beijing100190，China；2．UniversityofChineseAcademy

3、ofSciences，Beijing100190，China)ABSTRACT：Thespaceastronomicalsatellite’Smissionplanningisacomplexmulti—objectiveoptimizationprob—lem．Itistodeterminethespaceastronomicalsatelliteobservationactivitiesthatneedtobeperformed．Amissionplanningmathematicalmodelofspaceastronomicalsatelliteisproposedbasedonab

4、stractionoftheelementsofspaceastronomicalsatellitemissionplanning．Furthermore，improvedgeneticalgorithmbasedontheobservationwindowse—quenceisputforwardusingtheproposedmodel．Eachobservationmission’Sobservationwindowsequencecanbegot，whichisimprovingflexibilityandapplicabilityoftheresults．Thesimulation

5、resultshowsthatimprovedmulti—objec-tivegeneticalgorithmbasedontheobservationwindowsequenceisapplicabletothespecificneedsofspaceastronom-icalsatellitemissionplanninganditisfeasibleandeffective．KEYWORDS：Spaceastronomicalsatellite；Missionplanning；Observationwindowsequence；Improvedgenetical-gorithm1引言空

6、间天文卫星是空间天文观测的重要手段。空间天文卫星的观测模式主要有巡天扫描观测、定点观测、小天区扫描。巡天扫描为了覆盖扫描整个天球，以获取天区的科学观测任务信息，这些信息可以作为定点观测的输入。定点观测就是对巡天扫描输出的科学观测任务或者科学家提出的点目标进行深度扫描。空间天文卫星任务规划是空间天文卫基金项目：中国科学院空间科学战略性先导科技专项(Y129163EHS)收稿日期：2014—03—05．---——54．---——星运行控制系统的主要工作之一，目的为确定空间天文卫星在轨过程中任务规划的方案，安排观测活动的执行。NASA发射了多颗空间天文卫星，开发了SPIKE【Io和TAKO悼1任务

7、规划系统，将问题抽象成一个CSP问题，基于神经网络、N—body等方法求解巡天扫描和定点观测任务规划问题；ESA在APSI框架上开发了AIMS"o和XMASL4o规划系统，采用局部搜索策略，并结合了爬山、禁忌搜索、模拟退火等算法思想解决任务规划问题。针对空间天文卫星多任务规划研究，国内才刚刚起步，文献[5]提出了采用多目标遗传算法对卫星巡天扫描任务进行智能规划的模型，以卫星在巡天扫描过程中的姿态值(飞行任务)