[發明專利]一種基于多頭注意力指針網絡的成像衛星任務規劃方法

在審

• 申請號: 202110182573.0
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN113033072A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 趙凡宇;馬一凡;金仲和;王春暉;王鑫
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明針對成像衛星任務規劃問題約束復雜、求解空間大和輸入任務序列長度不固定的特點，基于深度強化學習求解組合優化的思路，公開了一種基于多頭注意力指針網絡的成像衛星任務規劃方法。首先，綜合考慮時間窗口約束、資源約束對成像衛星任務規劃問題進行建模。其次，基于多頭注意力指針網絡建立序列決策算法模型。最后，基于Actor Critic強化學習算法對算法模型進行訓練。該方法實現了對成像衛星任務規劃問題有效的求解，相比于傳統優化算法具有更快的求解速度和獲得更高的收益，提出的多頭注意力指針網絡模型相比于一般指針網絡模型具有更快的訓練速度和泛化能力。

技術領域

本發明涉及成像衛星任務規劃領域，具體涉及一種基于多頭注意力指針網絡的成像衛星任務規劃方法。

背景技術

成像衛星任務規劃問題是在考慮時間窗口和資源約束的條件下，對衛星資源加以分配，制定出合理的任務觀測序列，從而實現有限的衛星資源得以高效利用。隨著成像衛星應用領域的不斷擴大和成像衛星用戶需求的不斷增加，如何對大量用戶觀測任務進行規劃，以充分發揮成像衛星的工作效益成為了衛星在軌運行的重要研究內容，也成為了實現衛星智能化的重要研究課題。

針對成像衛星任務規劃問題，目前國內外已經展開了豐富的研究。王法瑞在其碩士論文《基于改進遺傳算法的微小衛星自主任務規劃方法研究》中考慮時間窗口約束、電池電量約束和存儲空間約束對單星任務規劃問題進行了建模。考慮衛星任務的復雜多樣性和時間相關性，在遺傳算法中設計了基于定長整數序列編碼的個體編解碼規則。面向衛星在軌應用需求，考慮星上計算資源受限，提出了一種多模式交叉、變異的改進遺傳算法。賀仁杰等人在《成像衛星任務規劃技術》一書中，綜合考慮了成像衛星的各種條件，研究了衛星在成像過程中的各種約束條件，綜合分析了目前成像衛星任務規劃領域的研究情況。書中首先針對衛星的成像問題的研究背景做了深入的分析，考慮衛星的成像特性和各種約束條件，將任務規劃問題分割為預處理和規劃求解兩部分，建立了預處理模型，然后分別研究了單星觀測任務規劃技術，多星綜合任務規劃技術，動態任務規劃技術和自主任務規劃技術，最后詳細介紹了一種衛星任務規劃仿真系統，并對未來的成像衛星任務規劃做了展望。LiY等人在2014年的中國航空學報(英文版)上發表的《Rescheduling of observingspacecraft using fuzzy neural network and ant colony algorithm》論文中，針對不確定性條件下的衛星觀測任務重調度問題，提出模糊神經網絡和混合重調度策略進行處理。首先建立衛星觀測任務重調度的數學模型，并通過提出引入自適應控制機制的蟻群算法來進行求解。最后在某成像衛星的重調度問題上進行應用，具有較好的可行性和有效性。Wei J等人在2013年的ICMSE(International Conference on Management Science andEngineering)會議上發表的《The mission planning model and improved ant colonysolving algorithm for networking SAR satellites》論文中，針對組網合成孔徑雷達(synthetic aperture radar，SAR)面臨的任務多、調度復雜和求解空間大的問題，構建多目標優化模型，完成組網SAR的協同規劃。提出結合蟻群算法和模擬退火算法解決模型的高維離散組合優化問題，以提高算法的收斂速度和魯棒性。