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数学 > 优化与控制

arXiv:2507.10394v1 (math)
[提交于 2025年7月14日 ]

标题: 可重构地球观测卫星调度问题

标题: The Reconfigurable Earth Observation Satellite Scheduling Problem

Authors:Brycen D. Pearl, Joseph M. Miller, Hang Woon Lee
摘要: 地球观测卫星(EOS)在捕捉和分析行星现象中起着关键作用,从自然灾害到社会发展。 地球观测卫星调度问题(EOSSP),即优化地球观测卫星的调度,通常针对天底方向的地球观测卫星系统进行求解,从而限制了目标的观测时间和每颗地球观测卫星的有效性。 本文利用最先进的星座再配置能力,开发了可再配置的地球观测卫星调度问题(REOSSP),其中假设地球观测卫星可以机动,从而在调度过程中多个机会形成更优的星座配置。 本文为REOSSP开发了一种新的混合整数线性规划公式,以最优方式解决给定参数的调度问题。 此外,由于REOSSP对于大规模问题可能计算成本高昂,因此开发了一种滚动时间范围程序(RHP)求解方法。 通过一组随机实例对REOSSP的性能进行了基准测试,其中问题特征被改变,并进行了一项案例研究,使用飓风桑迪来展示实际性能。 这些实验证明了星座再配置在EOSSP应用中的价值,产生的解决方案提高了性能,而RHP则提高了大规模REOSSP实例的计算运行时间。
摘要: Earth observation satellites (EOS) play a pivotal role in capturing and analyzing planetary phenomena, ranging from natural disasters to societal development. The EOS scheduling problem (EOSSP), which optimizes the schedule of EOS, is often solved with respect to nadir-directional EOS systems, thus restricting the observation time of targets and, consequently, the effectiveness of each EOS. This paper leverages state-of-the-art constellation reconfigurability to develop the reconfigurable EOS scheduling problem (REOSSP), wherein EOS are assumed to be maneuverable, forming a more optimal constellation configuration at multiple opportunities during a schedule. This paper develops a novel mixed-integer linear programming formulation for the REOSSP to optimally solve the scheduling problem for given parameters. Additionally, since the REOSSP can be computationally expensive for large-scale problems, a rolling horizon procedure (RHP) solution method is developed. The performance of the REOSSP is benchmarked against the EOSSP, which serves as a baseline, through a set of random instances where problem characteristics are varied and a case study in which Hurricane Sandy is used to demonstrate realistic performance. These experiments demonstrate the value of constellation reconfigurability in its application to the EOSSP, yielding solutions that improve performance, while the RHP enhances computational runtime for large-scale REOSSP instances.
评论: 48页
主题: 优化与控制 (math.OC) ; 系统与控制 (eess.SY)
引用方式: arXiv:2507.10394 [math.OC]
  (或者 arXiv:2507.10394v1 [math.OC] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.10394
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Hang Woon Lee [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 7 月 14 日 15:36:27 UTC (3,529 KB)
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