本文關鍵詞：航天測控，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《國防科學技術大學》 2011年

航天測控優(yōu)化調度模型及其拉格朗日松弛求解算法

康寧  

【摘要】：航天測控優(yōu)化調度是在給定的天地基測控資源配置下,將天地基測控資源及使用時間合理地分配給高中低軌道航天器,盡可能滿足高中低軌道航天器的航天測控需求。航天測控優(yōu)化調度問題是一個帶時間窗口的組合最優(yōu)化問題,具有約束種類繁多,涉及因素較多且關系復雜的特點。該問題的建模和求解都具有很大的困難。對航天測控優(yōu)化調度問題模型及求解算法進行研究,可以支持航天測控系統(tǒng)的頂層規(guī)劃與決策,為航天測控管理部門提供測控調度方案依據。全文主要的研究工作和創(chuàng)新點包括: (1)航天測控優(yōu)化調度模型研究 分析了任務可用時間窗口作為航天測控優(yōu)化調度決策變量的不足之處,提出了任務可能開始時刻的概念。論述了以任務可能開始時刻作為航天測控優(yōu)化調度決策變量的特點。根據約束的強度將所有約束區(qū)分為硬約束和軟約束,并在航天測控優(yōu)化調度中區(qū)別對待。根據約束的對象將所有硬約束歸納為四類約束:時間窗口約束、測控任務約束、測控設備約束和航天器約束。綜合考慮了航天器用戶方和測控設備管理方對航天測控優(yōu)化調度的要求,提出了航天測控優(yōu)化調度的目標函數。用任務可能開始時刻作為決策變量分別對各種類型硬約束和目標函數進行了形式化描述,建立了航天測控優(yōu)化調度0-1整數規(guī)劃模型。該模型能夠更充分地利用測控設備資源,并克服了其它模型不易設計最優(yōu)解求解算法的缺點,為設計航天測控優(yōu)化調度問題上界和可行解的求解算法打下了模型基礎。 (2)航天測控優(yōu)化調度問題上界求解方法研究 針對航天測控優(yōu)化調度0-1整數規(guī)劃模型,設計了三種松弛策略及對應的航天測控優(yōu)化調度拉格朗日松弛問題,并研究了具體的求解方法,討論了松弛策略的選取方法。為了求解航天測控優(yōu)化調度問題上界,論文構造了航天測控優(yōu)化調度拉格朗日對偶問題。在一般次梯度優(yōu)化算法的基礎上,設計了歷史次梯度優(yōu)化算法求解拉格朗日對偶問題,并證明了歷史次梯度優(yōu)化算法在收斂性方面優(yōu)于一般次梯度優(yōu)化算法。運用歷史次梯度優(yōu)化算法得到的航天測控優(yōu)化調度問題較優(yōu)上界,可以評價其它啟發(fā)式算法的優(yōu)劣和當前想定配置的合理性。 (3)航天測控優(yōu)化調度問題最優(yōu)解求解方法研究 航天測控優(yōu)化調度的目的是得到當前想定配置下的航天測控調度方案。當航天測控優(yōu)化調度問題規(guī)模較小時,在可以接受的時間內得到航天測控優(yōu)化調度問題的最優(yōu)解是有可能的。論文分析了求解上界過程中得到的航天測控優(yōu)化調度啟發(fā)式信息,利用啟發(fā)式信息設計了分枝策略,并在此基礎上構造了求解航天測控優(yōu)化調度問題最優(yōu)解的基于拉格朗日松弛的分枝定界算法。 (4)航天測控優(yōu)化調度問題滿意解求解方法研究 當航天測控優(yōu)化調度問題規(guī)模較大時,難以在可以接受的時間內求得問題的最優(yōu)解。針對這種情況,論文利用航天測控優(yōu)化調度啟發(fā)式信息設計了固定變量選擇策略,結合拉格朗日松弛算法設計了基于固定-松弛策略的拉格朗日啟發(fā)式算法,在可以接受的時間內求得航天測控優(yōu)化調度問題的一個滿意解,可以較好地滿足大規(guī)模航天測控優(yōu)化調度問題的需要。 (5)航天測控調度方案優(yōu)化方法研究 由于求解航天測控調度方案時沒有考慮航天測控優(yōu)化調度的軟約束,因此,論文設計了根據航天測控優(yōu)化調度的軟約束對航天測控調度方案進行調整優(yōu)化的方法。由于用任務可能開始時刻作為航天測控優(yōu)化調度的決策變量時,人為地對測控任務執(zhí)行時間增加了約束。因此,設計了通過去除增加的約束對航天測控調度方案的測控時間進行優(yōu)化的方法。通過對航天測控調度方案的優(yōu)化,減少了對軟約束的違反情況,增大了測控設備利用率。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：V556
【目錄】：

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