成像卫星任务规划理论与方法

发展天基对地观测技术是国家重大需求。为此，我国成像卫星持续高密度发射，在轨卫星数量持续增加。它们在国计民生的众多领域中发挥着重要作用。成像卫星任务规划是成像卫星任务管控系统中的核心功能之一，它所解决的是如何高效利用在轨卫星资源服务来自不同部门、不同用户的对地观测需求，起到了“指挥中枢”的作用。本书系统阐述了成像卫星任务规划的理论方法和关键技术，首先对成像卫星任务规划问题进行了概述，综述了其基础理论方法；然后阐述了区域观测任务分解方法、成像卫星调度方法、移动目标搜索任务规划方法；此外还阐述了成像卫星任务规划仿真系统开发的相关技术，以及作者对成像卫星任务规划技术发展趋势的展望。本书内容涵盖了作者在该领域多年研究取得的成果，具有系统性、新颖性和前沿性等特点。

前言
第1章成像卫星任务规划概述1
1.1成像卫星概述1
1.1.1成像卫星和遥感器1
1.1.2国外成像卫星发展情况2
1.1.3国内成像卫星发展情况3
1.2成像卫星工作过程5
1.3成像卫星任务规划7
1.3.1成像任务描述方法7
1.3.2任务规划的主要功能8
1.3.3任务规划的优化目标9
1.3.4任务规划的主要约束10
1.3.5任务规划的问题分类12
1.4成像卫星任务规划研究现状13
1.4.1卫星任务筹划13
1.4.2成像卫星调度16
1.4.3卫星资源管理21
1.4.4研究现状总结22
1.5本章小结23
参考文献23
第2章成像卫星任务规划的相关理论方法30
2.1成像卫星任务规划问题分析30
2.2成像卫星任务规划理论方法框架31
2.3整数规划32
2.3.1拉格朗日松弛技术33
2.3.2割平面法36
2.3.3分支定界法37
2.3.4列生成算法39
2.4亚启发式算法41
2.4.1遗传算法42
2.4.2蚁群算法43
2.4.3模拟退火算法44
2.4.4禁忌搜索算法46
2.4.5超启发式算法48
2.5机器学习方法49
2.5.1神经网络50
2.5.2强化学习55
2.5.3S2V-DQN方法59
2.5.4指针神经网络66
2.6评估方法75
2.6.1层次分析法75
2.6.2I>S证据理论77
2.6.3TOPSIS方法78
2.6.4TODIM方法79
参考文献80
第3章区域观测任务分解方法85
3.1单星区域分解方法85
3.2资源受限情形下多星协同区域分解89
3.2.1问题描述89
2.2.2数学模型90
3.2.3优化算法93
3.2.4仿真实验97
3.3资源充足情形下多星协同区域分解106
3.3.1问题描述106
3.3.2数学模型107
3.3.3优化算法108
3.3.4仿真实验111
3.4区域目标内部观测收益不均等情形下多星协同区域分解116
3.4.1问题描述116
3.4.2数学模型117
3.4.3优化算法119
3.4.4仿真实验121
3.5本章小结124
第4章成像卫星调度方法125
4.1参数说明125
4.2任务合成观测调度问题126
4.2.1问题描述126
4.2.2任务合成约束127
4.2.3任务合成优化模型128
4.2.4主问题与子问题130
4.2.5算法设计132
4.2.6数值实验135
4.3成像数传一体化调度问题136
4.3.1问题描述136
4.3.2数学模型137
4.3.3双染色体遗传算法138
4.3.4双蚁群算法144
4.3.5改进模拟退火算法150
4.3.6改进禁忌搜索算法154
4.3.7四种智能算法对比分析158
4.4应急任务调度问题160
4.4.1问题描述160
4.4.2应急任务调度模型161
4.4.3应急任务调度算法164
4.4.4数值实验与讨论168
4.5本章小结174
参考文献175
第5章移动目标搜索任务规划方法176
5.1问题概述176
5.2研究现状177
5.2.1目标搜索问题研究现状178
5.2.2成像卫星在动目标搜索问题中的调度技术现状179
5.2.3海面移动目标航迹预测技术现状181
5.3海面移动目标航迹预测方法182
5.3.1航迹预测问题概述182
5.3.2航迹数据预处理183
5.3.3数据驱动的航迹预测方法189
5.4多星对海面移动目标搜索模型194
5.4.1多星对海面移动目标搜索环境模型194
5.4.2基于搜索图的卫星观测规划方法196
5.5实验、结果与讨论203
5.5.1多星协同海面移动目标搜索实验203
5.5.2观测条带选择方法的对比实验210
5.5.3海面移动目标航迹预测实验211
5.5.4本章小结213
参考文献213
第6章成像卫星任务规划仿真系统220
6.1系统需求分析220
6.1.1系统功能要点220
6.1.2系统性能要点221
6.2规划系统业务设计221
6.2.1系统总体架构设计221
6.2.2系统业务流程222
6.3系统软件设计224
6.3.1软件系统组成224
6.3.2系统的运行与维护231
6.4任务规划开发工具箱231
6.5本章小结232
第7章成像卫星任务规划技术展望233
7.1云-边融合的任务规划技术234
7.2虚拟星座任务规划技术234
7.3天地一体化任务规划技术236
7.4本章小结238
参考文献238