發(fā)布時(shí)間：2020-10-10 01:38

　　 天基海洋移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)視具有覆蓋區(qū)域廣、安全性高、不受空域國界和地理?xiàng)l件限制等優(yōu)點(diǎn),在軍事需求和民事應(yīng)用中具有突出的戰(zhàn)略意義和民用價(jià)值。當(dāng)前如何充分利用衛(wèi)星及其有效載荷,滿足海洋移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)視的信息需求,增強(qiáng)海洋移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)視效能,是一個(gè)重要而緊迫的研究課題。海洋移動(dòng)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)性、衛(wèi)星及其載荷類型的多樣性給衛(wèi)星任務(wù)計(jì)劃編制增加了難度,只有建立有效的運(yùn)行控制模式和多星聯(lián)合調(diào)度的模型、算法,才能較好地安排觀測(cè)任務(wù)、合理分配衛(wèi)星資源�；谏鲜鲅芯勘尘�,本文主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 (1)對(duì)天基海洋移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)視聯(lián)合調(diào)度問題的系統(tǒng)分析和形式化描述,建立聯(lián)合調(diào)度問題的一般模型。 系統(tǒng)分析了海洋移動(dòng)目標(biāo)、監(jiān)視環(huán)境和衛(wèi)星調(diào)度資源的特點(diǎn)。分析了海洋移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)視聯(lián)合調(diào)度問題的不確定因素和業(yè)務(wù)流程,給出了聯(lián)合調(diào)度問題的基本假設(shè)。對(duì)監(jiān)視區(qū)域網(wǎng)格劃分、過境觀測(cè)窗口、聯(lián)合調(diào)度任務(wù)、觀測(cè)行動(dòng)集、行動(dòng)策略與優(yōu)化目標(biāo)等要素進(jìn)行了定性和定量分析,給出了形式化描述。根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)的短期性和長期性收益,建立了單階段聯(lián)合調(diào)度模型、反饋延時(shí)的單階段聯(lián)合調(diào)度模型和多階段聯(lián)合調(diào)度模型。 (2)提出衛(wèi)星與地面目標(biāo)的時(shí)空關(guān)系計(jì)算方法。 提出了衛(wèi)星與地面目標(biāo)的時(shí)空計(jì)算方法,為調(diào)度預(yù)處理、目標(biāo)與觀測(cè)行動(dòng)影響關(guān)系提供輔助計(jì)算支持。其中,側(cè)擺觀測(cè)算法根據(jù)已知衛(wèi)星星下點(diǎn)位置和側(cè)擺角,計(jì)算視場(chǎng)中心所觀測(cè)的地面目標(biāo)點(diǎn)位置。側(cè)擺角及觀測(cè)時(shí)刻算法用以確定衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)的觀測(cè)時(shí)刻及對(duì)應(yīng)側(cè)擺角。觀測(cè)條帶的網(wǎng)格覆蓋檢測(cè)算法用以判斷衛(wèi)星觀測(cè)條帶與監(jiān)視區(qū)域中網(wǎng)格的覆蓋關(guān)系。 (3)改進(jìn)和擴(kuò)充海洋移動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方法,提出多模型運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方法。 在目標(biāo)不易區(qū)分情況下,運(yùn)用帶隨機(jī)擾動(dòng)的勻速運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方法。在目標(biāo)可明確區(qū)分情況下,通過集成勻速運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)、航跡變更預(yù)測(cè)、基于航跡的預(yù)測(cè)和潛在區(qū)域預(yù)測(cè),根據(jù)預(yù)測(cè)前若干階段中目標(biāo)位置與各備選方法預(yù)測(cè)值的比較,在備選方法中選擇當(dāng)前預(yù)測(cè)階段適宜采用的方法,建立多模型運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方法。 (4)提出海洋移動(dòng)目標(biāo)跟蹤的粒子濾波算法。 根據(jù)海洋移動(dòng)目標(biāo)特點(diǎn)和監(jiān)視應(yīng)用要求建立無數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的粒子濾波算法。算法根據(jù)多個(gè)移動(dòng)目標(biāo)的間隔距離自適應(yīng)地選擇目標(biāo)粒子抽樣方式,在無數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)條件下目標(biāo)區(qū)分的計(jì)算負(fù)擔(dān)和目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)精度兩方面平衡算法的性能;運(yùn)用Kmeans聚類方法調(diào)整粒子中對(duì)應(yīng)不同目標(biāo)的劃分排序;引入地理約束對(duì)粒子權(quán)重的修正因子,處理位于大陸、島嶼等目標(biāo)不可達(dá)區(qū)域的粒子。 (5)提出基于信息度量的單階段聯(lián)合調(diào)度方法。 對(duì)Kullback-Leibler(KL)散度、信息熵、目標(biāo)狀態(tài)概率最大化的不同行動(dòng)策略進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,在統(tǒng)計(jì)意義下論證了基于KL散度的觀測(cè)行動(dòng)收益最大化是較優(yōu)的行動(dòng)策略。給出了概率分布抽樣粒子描述的單階段期望收益表達(dá)式,以觀測(cè)條帶覆蓋網(wǎng)格內(nèi)期望信息收益最大化為行動(dòng)策略,建立基于信息度量的單階段聯(lián)合調(diào)度算法。進(jìn)一步考慮不同衛(wèi)星過境觀測(cè)窗口鄰近或重疊時(shí)不能及時(shí)得到觀測(cè)結(jié)果的影響,提出考慮反饋延時(shí)的單階段聯(lián)合調(diào)度算法。 (6)提出基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的多階段聯(lián)合調(diào)度方法。 以長期觀測(cè)收益最大化為優(yōu)化目標(biāo),研究多階段聯(lián)合調(diào)度方法。分析了強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法在本文研究背景下的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。以期望信息收益作為強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的狀態(tài)描述。考慮到實(shí)際應(yīng)用中不同衛(wèi)星遙感器可能具有不同控制或觀測(cè)參數(shù)而導(dǎo)致離散行動(dòng)規(guī)模不一致的缺陷,在連續(xù)行動(dòng)空間建立行動(dòng)集和行動(dòng)選擇方法。給出狀態(tài)行動(dòng)對(duì)的值函數(shù)以及使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)近似估計(jì)值函數(shù)的學(xué)習(xí)算法,在連續(xù)行動(dòng)空間上建立基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的多階段聯(lián)合調(diào)度算法。 (7)基于仿真的應(yīng)用研究。 通過仿真結(jié)構(gòu)、流程和想定設(shè)計(jì)、調(diào)度預(yù)處理過程以及調(diào)度結(jié)果分析,給出更為貼近實(shí)際應(yīng)用背景的仿真案例,驗(yàn)證本文提出方法的有效性。
【學(xué)位單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：P714
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及評(píng)述
        1.2.1 最優(yōu)搜索理論
        1.2.2 海洋移動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方法
        1.2.3 衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃調(diào)度技術(shù)
        1.2.4 海洋移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)視相關(guān)研究
    1.3 論文主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)
    1.4 論文組織結(jié)構(gòu)
第二章 天基海洋移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)視聯(lián)合調(diào)度問題分析與建模
    2.1 海洋移動(dòng)目標(biāo)及監(jiān)視環(huán)境
        2.1.1 海洋移動(dòng)目標(biāo)特點(diǎn)
        2.1.2 海洋監(jiān)視環(huán)境特點(diǎn)
    2.2 聯(lián)合調(diào)度資源
        2.2.1 海洋監(jiān)視衛(wèi)星分類及特點(diǎn)
        2.2.2 目標(biāo)信息獲取與處理能力
        2.2.3 衛(wèi)星資源使用約束
        2.2.4 海洋監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用案例
    2.3 問題描述與建模
        2.3.1 不確定性因素
        2.3.2 業(yè)務(wù)流程與求解框架
        2.3.3 基本假設(shè)及問題簡(jiǎn)化
        2.3.4 聯(lián)合調(diào)度問題的形式化描述
        2.3.5 聯(lián)合調(diào)度問題的一般模型
    2.4 本章小結(jié)
第三章 海洋移動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)與狀態(tài)估計(jì)方法
    3.1 海洋移動(dòng)目標(biāo)與衛(wèi)星觀測(cè)的時(shí)空關(guān)系計(jì)算方法
        3.1.1 側(cè)擺觀測(cè)算法
        3.1.2 側(cè)擺角及觀測(cè)時(shí)刻算法
        3.1.3 觀測(cè)條帶的網(wǎng)格覆蓋檢測(cè)算法
        3.1.4 算例結(jié)果與分析
    3.2 海洋移動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方法
        3.2.1 相關(guān)定義及條件假設(shè)
        3.2.2 海洋移動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方法集
        3.2.3 海洋移動(dòng)目標(biāo)多模型運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方法
        3.2.4 算例結(jié)果與分析
    3.3 海洋移動(dòng)目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)方法
        3.3.1 粒子濾波研究現(xiàn)狀及原理概述
        3.3.2 海洋移動(dòng)目標(biāo)跟蹤監(jiān)視的粒子濾波應(yīng)用案例
        3.3.3 多目標(biāo)跟蹤的粒子濾波基本算法
        3.3.4 海洋移動(dòng)目標(biāo)跟蹤的粒子濾波算法
        3.3.5 算例結(jié)果與分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 基于信息度量的單階段聯(lián)合調(diào)度方法
    4.1 信息論方法原理概述
    4.2 監(jiān)視信息度量方法
        4.2.1 信息度量
        4.2.2 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析
    4.3 基于信息度量的單階段聯(lián)合調(diào)度算法
        4.3.1 單階段期望信息收益
        4.3.2 粒子描述的單階段期望信息收益
        4.3.3 傳感器模型
        4.3.4 單階段聯(lián)合調(diào)度算法
        4.3.5 反饋延時(shí)的單階段聯(lián)合調(diào)度算法
    4.4 算例結(jié)果與分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的多階段聯(lián)合調(diào)度方法
    5.1 強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論概述
        5.1.1 強(qiáng)化學(xué)習(xí)研究現(xiàn)狀
        5.1.2 強(qiáng)化學(xué)習(xí)基本原理
    5.2 多階段聯(lián)合調(diào)度的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法
        5.2.1 輸入狀態(tài)的規(guī)范化描述
        5.2.2 階段收益與值函數(shù)
        5.2.3 行動(dòng)集與行動(dòng)選擇
        5.2.4 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的值函數(shù)逼近器
        5.2.5 多階段聯(lián)合調(diào)度算法
    5.3 算例結(jié)果與分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 天基海洋移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)視聯(lián)合調(diào)度的應(yīng)用研究
    6.1 仿真結(jié)構(gòu)與流程設(shè)計(jì)
        6.1.1 仿真結(jié)構(gòu)組成
        6.1.2 仿真主控流程
    6.2 仿真想定設(shè)計(jì)
        6.2.1 備選衛(wèi)星資源設(shè)計(jì)
        6.2.2 監(jiān)視區(qū)域及移動(dòng)目標(biāo)設(shè)計(jì)
    6.3 調(diào)度預(yù)處理
        6.3.1 衛(wèi)星過境觀測(cè)時(shí)間窗口計(jì)算
        6.3.2 光照條件與氣象的影響
    6.4 算例結(jié)果與分析
    6.5 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 本文總結(jié)
    7.2 研究展望
致謝
參考文獻(xiàn)
作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果

【參考文獻(xiàn)】

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