空间机动目标监视智能优化方法

在轨航天器数量与机动的大幅提升，对空间目标监视的覆盖性、时效性提出了新的更高要求。本书将深度学习、因果推断、图神经网络等人工智能前沿方法应用于空间目标探测资源调度与机动感知，提出并构建了一套智能优化模型算法，为高密度、高动态空间目标监视提供了理论方法与技术框架。本书适合空间态势感知、航天测控管理、太空任务规划等领域的科研人员与工程技术人员阅读，也可作为高等院校航空航天、系统工程等相关专业学生的参考书。

序

前言

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 巨型星座提出的挑战 1

1.1.2 人工智能带来的机遇 2

1.2 空间目标监视 4

1.2.1 概述 4

1.2.2 空间目标监视资源调度 9

1.2.3 空间目标机动感知 16

1.3 本书内容编排 21

1.3.1 本书内容 21

1.3.2 章节安排 22

第2章 资源调度与轨道机动理论基础 25

2.1 资源调度理论基础 25

2.1.1 调度问题描述 25

2.1.2 空间目标探测资源调度问题界定 26

2.1.3 资源调度求解算法 28

2.2 轨道机动理论基础 34

2.2.1 轨道参数及其转换 34

2.2.2 机动模式 37

2.2.3 轨道机动运动方程 38

2.3 空间目标机动特性 40

2.3.1 共面脉冲机动 41

2.3.2 共面连续机动 42

2.3.3 异面脉冲机动 43

2.3.4 异面连续机动 43

2.4 本章小结 44

第3章 基于改进粒子群优化算法的多地基资源协同调度 45

3.1 多地基资源日常调度问题分析 45

3.1.1 问题描述 45

3.1.2 基本假设 48

3.1.3 本章研究思路 48

3.2 地基资源日常调度模型 49

3.2.1 决策变量 49

3.2.2 目标函数 50

3.2.3 约束条件 50

3.2.4 问题属性分析 52

3.3 RNP？PSO算法 53

3.3.1 算法框架 53

3.3.2 算法设计 54

3.3.3 复杂性分析 63

3.4 仿真实验及分析 63

3.4.1 实验设计 63

3.4.2 算法性能对比 66

3.4.3 参数灵敏度分析 73

3.4.4 策略有效性验证 78

3.5 本章小结 80

第4章 基于图卷积调控模拟退火算法的天地基资源协同调度 81

4.1 天地基资源协同日常调度问题分析 81

4.1.1 问题描述 81

4.1.2 基本假设 83

4.1.3 本章研究思路 84

4.2 天地基资源协同日常调度模型 85

4.2.1 决策变量 85

4.2.2 目标函数 86

4.2.3 约束条件 86

4.2.4 问题属性分析 89

4.3 GCRSA算法 89

4.3.1 算法框架 89

4.3.2 任务分配 91

4.3.3 单中心调度 93

4.3.4 协同优化 97

4.4 仿真实验及分析 103

4.4.1 实验设计 103

4.4.2 GCN性能对比 106

4.4.3 单中心调度性能对比 107

4.4.4 ASAPIS性能对比 111

4.4.5 参数灵敏度分析 115

4.5 本章小结 117

第5章 轨道机动预测自适应深度学习方法 118

5.1 基于TLE数据的轨道机动预测问题分析 118

5.1.1 问题描述 118

5.1.2 卫星历史轨道机动识别与分析 121

5.1.3 轨道机动预测流程 123

5.2 自动优化时空因果注意力深度学习框架 124

5.2.1 框架设计 124

5.2.2 网络参数自适应优化 128

5.3 非参数化阈值动态更新与机动识别 128

5.3.1 误差平滑与阈值确定 129

5.3.2 阈值动态更新 130

5.4 仿真实验及分析 131

5.4.1 实验设计 131

5.4.2 参数预测算法对比 133

5.4.3 机动识别有效性分析 138

5.4.4 消融实验 142

5.5 本章小结 146

第6章 轨道机动快速检测因果深度学习方法 147

6.1 基于探测数据的轨道机动检测问题分析 147

6.1.1 问题描述 147

6.1.2 误差来源与面临挑战 150

6.1.3 空间目标轨道机动检测流程 151

6.2 轨道机动因果特征选择 151

6.2.1 因果推断与机动检测 152

6.2.2 探测残差获得 154

6.2.3 时间序列探测残差的SCE 155

6.2.4 基于MATE的轨道机动特征选择 157

6.3 Hybrid Transformer 161

6.3.1 网络设计 161

6.3.2 贝叶斯优化 163

6.4 仿真实验及分析 164

6.4.1 实验设计 164

6.4.2 算法性能对比 166

6.4.3 消融实验 171

6.4.4 典型场景验证 176

6.5 本章小结 179

第7章 面向目标机动的应急调度分层自治优化方法 181

7.1 多地基资源应急调度问题 181

7.1.1 问题描述 181

7.1.2 基本假设 183

7.1.3 本章研究思路 184

7.2 地基资源应急调度模型 184

7.2.1 决策变量 184

7.2.2 目标函数 185

7.2.3 约束条件 186

7.2.4 问题属性分析 187

7.3 HD？TCRC？DES算法 187

7.3.1 算法框架 187

7.3.2 滚动时域调度 188

7.3.3 任务分配 189

7.3.4 冲突消解 191

7.3.5 资源协商 197

7.3.6 中心协同 199

7.3.7 算法复杂性分析 200

7.4 仿真实验及分析 200

7.4.1 实验设计 201

7.4.2 RHS性能分析 202

7.4.3 算法性能对比 202

7.4.4 策略有效性分析 207

7.5 本章小结 210

第8章 总结与展望 211

8.1 主要工作总结 211

8.2 未来研究展望 212

参考文献 214