2011
年
8
月
第
29
卷第
4
期
西北工业大学学报
Aug. 2011
Vo
l.
29
No.4
Joumal
of
Northwestem
Polytechnical University
空间观测任务调度子
Agent
的底层优化模型及算法
杨博,郭淑霞,刘宁,郝俊
(西北工业大学无人机特种技术国防科技重点实验室,陕西西安
710072)
摘
要:对于采用分层的主从
Agent
体系结构的航天器自主运行系统而言,各个子
Agent
可以羊独设
计,这样就大大减小了设计难度并提高了程序运行效率。对于每个子
Agent
而言,可以专注于底层模
型和算法的设计。空间观测任务调度子
Agent
的任务是对空间观测任务进行调度,以使在有限的资
源下,可观测任务最多,观测价值最大。针对这一子
Agent
,建立了优化模型来完成最优调度问题的建
模。优化模型的目标函数为观测任务的优先级之和最大,优先级与观测任务的价值有关。约束条件
包括观测机会约束、航天器资源约束等。采用基于遗传算法的启发式算法进行求解,建立了具有可扩
展性的任务调度仿真演示系统,直观的演示了调度后的任务运行情况。
关键词:自主运行,空间观测,任务调度,优化,遗传算法
中图分类号
:V423
文献标识码
:A
文章编号:
1000-2758
(2011 )
04
-0
554
-0
5
航天器自主运行是利用人工智能等现代控制技
术,在航天器上建立远程
Agent
,使航天器能够自我
管理并完成任务。它的目标是实现不依赖或尽少依
赖外界信息和控制而能够准确感知自身状态和外部
环境,根据这些信息和用户任务做出各种恰当的决
策,并能够自主地控制航天器来完成各种任务
[1]
。
对于这种基于
Agent
的自主运行体系结构,目
前的研究倾向于采用具有中心控制体的分布式多
Agent
控制结构,其中主控
Agent
负责系统级的规划
和控制,其它每个分系统由一个相应的子
Agent
控
制,各分系统具有一定的自主性,能够自我管理。
这种分层的自主运行管理机制使得每个
Agent
都可以根据具体问题单独设计,这样对于子
Agent
而言就大大降低了设计难度,工作效率也大大增加,
在这样的设计思路下,本文提出了空间观测任务调
度子
Agent
的底层优化模型和算法。
空间观测是以航天器为平台,利用各种观测载
荷来实现对地球或对宇宙空间的观测。为了在观测
仪器和资源有限的情况下完成更多的空间观测任
务,需要研究空间观测任务的调度问题。
空间观测任务调度是执行观测任务的航天器自
主运行的重要内容之一。由于空间观测任务调度问
收稿日期
:2010
-09-0
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题的本质为一个离散受限的组合优化问题,因此对
于执行空间观测任务的航天器而言,观测任务调度
子
Agent
的底层模型可建立为一个优化模型,根据
问题的性质选取适当的算法加以解决。本文对观测
任务调度子
Agent
的底层模型和算法进行了研究。
第一节给出数学模型来描述这个优化问题,第二节
给出采用的计算方法,第三节是调度仿真软件运行
情况,最后对文章加以总结。
1
数学模型的建立
空间观测任务调度子
Agent
将任务调度问题建
模为一个优化问题,国内外已有不少学者研究了这
个问题。例如,
Bensana
等人
[2]
将这一问题作为一
种多维背包问题加以研究
[3]
并提出这个问题可以
用两类数学模型来解决:可变权值约束适定性问题
模型和整数线性规划模型。
Abramson
等人
[4]
提出
这个优化问题优化的目标应该是总观测时间、观测
的数目最多和观测质量最好。根据上述研究,空间
对地观测任务的调度问题可以这样描述:从一个由
对地观测任务组成的集合中选取一个子集,使这个
作者简介:杨
博(
1977
一)
,西北工业大学讲师、博士研究生,主要从事航天器自主运行、状态估计的研究。