计算机科学››2022,第49卷››问题(7): 242-247.数字对象标识:10.11896/jsjkx.210500093

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基于注意力神经网络的对地观测卫星星上自主任务规划方法

彭双, 伍江江, 陈浩, 杜春, 李军  

  1. 国防科技大学电子科学学院 长沙410073
  • 收稿日期:2021-05-13 修回日期:2021-09-08 出版日期:2022-07-15 发布日期:2022-07-12
  • 通讯作者:陈浩(hchen@nudt.edu.cn)
  • 作者简介:(pengshuang08@nudt.edu.cn)
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(62106276);湖南省自然科学基金(2020JJ4103)

基于注意力神经网络的星载观测任务规划

彭爽、吴江江、陈浩、杜春、李军  

  1. 国防科技大学电子科学与技术学院,长沙410073
  • 收到:2021-05-13 修订过的:2021-09-08 在线:2022-07-15 出版:2022-07-12
  • 关于作者:彭爽,1990年生,博士,讲师,中国计算机联合会会员。他的主要研究兴趣包括卫星智能调度和机器学习。
    陈浩,1982年生,博士,教授,硕士生导师,中国计算机联合会会员。他的主要研究兴趣包括计算智能、机器学习和卫星智能调度。
  • 支持单位:
    国家自然科学基金项目(62106276)和湖南省自然科学基金(2020JJ4103)。

摘要:星上自主任务规划是对地观测卫星自主运行的关键技术之一,近年来得到了研究人员的高度关注。考虑到星上计算资源有限,以及星上任务、资源动态变化等特点与挑战,现有研究主要采用启发式搜索算法对卫星星上自主任务规划问题进行求解,但这类算法还有待进一步优化。文中首先构建了一种新的观测任务序贯决策框架。基于该框架,对地观测卫星可以实时决策要执行的观测任务,而无须预先生成任何观测方案。然后,将注意力机制和循环神经网络相结合,设计了观测任务决策模型、任务特征表示方法以及模型训练方法,提出了一种基于注意力神经网络的观测任务序贯算法;最后,基于多组随机数据对所提算法、两种深度学习算法以及两种启发式在线搜索算法进行了比较。实验结果表明,所提方法的平均响应时间不到已有深度学习算法的1/5,收益误差远低于启发式搜索算法,证实了所提方法的可行性和有效性。

关键词: 对地观测卫星, 星上自主任务规划, 序贯决策, 循环神经网络, 注意力机制

摘要:星载自主任务规划是对地观测卫星运行的关键技术之一,近年来受到了研究者的高度重视。考虑到有限的计算资源,以及观测任务和星载资源的动态变化,启发式搜索算法主要用于解决卫星星载任务规划问题,解决方案的优化需要改进。首先,本文构建了一个新的观测任务序贯决策模型框架。基于此框架,地球观测卫星可以实时决定要执行的观测任务,而无需提前生成计划。然后,设计了一种基于注意机制的观察任务决策模型,以及相应的输入特征表示方法和模型训练方法。提出了一种基于注意神经网络的观测任务序列算法。最后,基于一组随机数据,比较了该算法、两种深度学习算法和两种启发式在线搜索算法的性能。实验结果表明,该方法的响应时间小于现有深度学习算法的五分之一,利润差距远小于启发式搜索算法,这证明了该方法的可行性和有效性。

关键词: 注意机制, 地球观测卫星, 循环神经网络, 卫星机载自主任务规划, 顺序决策

中图分类号: 

  • TP391型
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