对地观测卫星自主任务规划技术研究

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1、中图分类号：TP391论文编号：102870315-S218学科分类号：081101硕士学位论文对地观测卫星自主任务规划技术研究研究生姓名薛志家学科、专业控制理论与控制工程研究方向卫星任务规划指导教师杨忠教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年一月课题资助资金：1.国家自然科学基金项目，批准号：61473144；2.博士点基金（博导类），编号：20113218110013；3.江苏省产学研联合创新资金（前瞻性联合研究项目），编号：BY2012018；4.国家863计划，编号：2013AA7013035；5.国家863计划，

2、编号：2014AA7013035。NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonAutonomousMissionPlanningofEarthObservationSatelliteAThesisinControlTheoryandControlEngineeringbyXueZhijiaAdvisedbyProf.YangZhongSubmittedinPartialFu

3、lfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2014承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密

4、后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着在轨对地观测卫星数量的逐步增多，地面测控中心对卫星实施管控的压力不断增大，卫星的自主运行将成为一种必然趋势。对地观测卫星自主任务规划是实现此类卫星自主运行的核心，它是指卫星在接收到地面发送的描述任务需求的高级指令后，依据卫星当前的状态、卫星任务涉及的动作集和飞行规则，通过一定的规划求解算法，在轨生成完成任务所必需的带时间戳的动作序列的过程。本文主要研究单颗对地观测卫星自主任务规划问题，研究成果如下：1）分析研究对地观测卫星任务的特点及约束条件。对地观测任务主要包含

5、目标观测、数据传输和轨道机动三种类型的活动，涉及载荷、平台、燃料、数传和时序五方面的约束。2）建立对地观测卫星任务一体化模型。首先给出对地观测卫星任务规划问题的数学描述，分析了其规划属性；然后以PDDL（PlanningDomainDefinitionLanguage）作为描述语言，建立了综合考虑1）中所述五类约束的一体化模型。3）研究对地观测卫星任务规划问题的求解算法。论文采用基于放松图规划的启发式搜索与计划评审技术（ProgramEvaluationandReviewTechnique,PERT）相结合的双阶段规划算法来解决卫

6、星任务规划问题，该算法能够求得带有时间戳且动作可并行执行的时序规划解。4）设计实现对地观测卫星自主任务规划仿真系统。该仿真系统集成了本文所建任务模型和采用的求解算法，其编程实现采用了Linux环境下的Qt语言。最后，通过两个仿真案例验证了该系统所采用模型的合理性及求解算法的可行性和准确性。本课题研究为单颗对地观测卫星自主任务规划问题的建模和求解提供了一种新的方法，为后续单颗卫星的自主运行及多颗卫星协同自主运行等研究工作的开展提供了有效参考。关键词：自主任务规划，规划领域描述语言，时序规划，图规划，启发式搜索，计划评审技术I对地观测

7、卫星自主任务规划技术研究ABSTRACTAstheincreasingoftheearthobservationsatellite(EOS)amount,thepressureonthesatellitegroundcontrolcenterisbecomingheavier.Thussatelliteautonomousoperationhasbecomeaninevitabletrend.EOSautonomousmissionplanningisthecoreofsatelliteautonomousoperation,wh

8、ichreferstothesatelliteusingsomeplanningalgorithmtoproducedetailcommandsequenceafterreceivinghigh-levelinstructionsthatdescr