随着卫星应用的不断发展和网络化趋势的不断加深,在电信和控制工程背景下,从优化角度研究卫星之间以及卫星与地面站之间的调度交互问题已经显示出它的重要性和迫切性。遵循原著的写作思路,本书依据以军事应用为基础,以电信应用为方向的原则进行编译。
本书适用于卫星领域科研工作者、卫星运营工程师、高等学校相关专业的学生,为他们提供卫星任务设计的设计理论和算法案例,为探索卫星领域更为复杂的问题提供系统框架和解决问题的思路。
卫星之间以及卫星与地面站之间的调度交互问题困扰人们数十年了,绝大多数的研究文献在处理这个问题时都将重点放在近似解上。本书尝试寻找这个问题及其某些变量的最优解,并且对卫星任务调度文献中用到的准则和符号进行归纳整理。据我们所知,这是第一部同时实现这两个目标的专著。
这本书是我们在空军科学研究实验室(Air Force Research Laboratory,AFRL)做博士后研究员2年时间(2013-2015)内的努力结果,受到美国国家科学研究委员会基金资助。在此期间,书中的主要成果已在一系列的会议和期刊上发表。本书虽然基于这些已发表的文章,但是却很大程度地将它们扩展到解决新问题的层面,并且将这些零散的成果整合为一个完整的体系。
在电信和控制工程背景下,从运行研究角度来分析处理问题,这种努力并非易事。但是我们认为这种结合增加了本书的价值。我们希望本书在该领域已有文献中保持高水准,而尤其重要的是,我们尝试让那些第一次面对这一问题的读者更易于理解。此书也适用于卫星运营工程师和调度算法设计人员,因为在书中还提供了对这一问题及其一些最重要变量的参考(最优)解决方案。
我们清醒地认识到,本书仅抓住了卫星任务调度的表象,但是我们努力尝试为持续探索本领域的更为复杂的问题提供一个强有力的系统框架。尤为重要的是,我们希望本书能对学生和算法设计人员有所帮助。
叶芝慧,女,工学博士,南京理工大学副教授。本科和硕士研究生毕业于解放军理工大学通信与信息工程专业,博士研究生毕业于东南大学信息与通信工程专业。2007年获“江苏省333高层次人才培养工程中青年学科带头人”称号。
长期承担本科和研究生《通信原理》《信息论与编码》《移动通信》等课程主讲,并开设过《单边带电台设备》《短波与超短波电台》《现代移动通信》等课程。
第一部分 引言
第1章 动机
1.1 动机描述
1.2 为什么要进行最优调度?
1.3 为什么要写这本书?
1.4 本书结构
1.5 各章概要及文献出处
参考文献
第2章 调度过程
2.1 调度过程描述
2.2 调度器的特征
2.3 卫星任务调度问题
2.4 超出本书范围的一些问题
参考文献
第二部分 卫星任务调度
第3章 卫星任务调度问题
3.1 SRS问题的公式化
3.1.1 场景模型
3.1.2 请求模型
3.1.3 问题的限制条件
3.1.4 调度度量
3.2 SRS的复杂性
3.2.1 复杂性理论介绍
3.2.2 SRS问题的复杂性
3.3 通用调度问题
3.3.1 问题分类
3.3.2 问题的可还原性
3.4 相关卫星和通用调度问题
3.4.1 单机问题
3.4.2 多个同样机器的SRS问题
3.4.3 多个不相关机器问题
3.5 小结
参考文献
第4章 最优卫星任务调度
4.1 固定时隙SRS的场景模型
4.2 固定时隙SRS的最优解
4.2.1 算法描述
4.2.2 解法的最优性和算法的复杂性
4.3 算法扩展
4.3.1 最优离散化可变余量SRS
4.3.2 具有冗余度的最优固定时隙SRS
4.4 复杂性评判
4.4.1 贪婪最早截止时间算法
4.4.2 贪婪最大优先权算法
4.4.3 关于场景的拓扑
4.4.4 关于通过数
4.4.5 关于部分结果
4.5 图生成示例
4.6 仿真
4.6.1 仿真:实际情况
4.6.2 仿真:最坏情况
4.6.3 仿真:通过数量
4.6.4 仿真:部分结果
4.7 小结
参考文献
……
第三部分 卫星任务调度的变型
术语表