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低轨卫星星座能够对空间高速目标进行全程跟踪,弥补了地面雷达系统和高轨卫星系统对空间目标的跟踪间隙,其最核心的任务是快速、高效的对空间目标进行跟踪,由于低轨卫星星座星载传感器数量有限,同时需要监视多个目标,因此需要在满足多项观测约束的条件下将传感器资源合理地分配给各个目标。传感器管理问题具有极大的研究价值。
从数学上总结了卫星多传感器调度问题中的相关定义,提出可观测率、卫星切换次数、目标定位精度、传感器松弛度四个优化目标,总结传感器资源独占性、目标可观测性等多种约束,建立卫星多传感器调度数学模型。
提出了基于惩罚函数实值粒子群算法的卫星多传感器调度算法;结合模拟退火思想有效避免搜索过程陷入局部最小解,并使用修正技术,提出了基于改进粒子群优化算法的卫星多传感器调度算法;仿真试验表明基于修正技术和模拟退火思想的实值粒子群卫星多传感器调度算法能以更少的函数评价次数以更高的频率找到更好的最优解。
针对资源冲突问题,分析了传统编码方法的优缺点,结合组合数学中棋盘多项式的概念,设计出基于棋盘多项式的棋盘编码方法,通过设计专用的解的表示方法来更好对问题进行建模;设计了针对棋盘编码专用的特殊进化搜索算子和基于启发式搜索的多传感器实时重调度算法,更好地解决了卫星多传感器调度与重调调问题;仿真试验表明基于棋盘编码改进粒子群算法的传感器管理算法实时性好、搜索质量高,可以有效解决传感器资源分配的冲突消解问题。
采用面向对象分析和设计方法,得到系统需求,使用UML建模进行了系统模块划分、类设计和模块详细设计,并给出系统实现。