● 摘要
近空间是最近几年才逐渐被开发出来的新兴空间资源，由于其独特的空间位置，使得近空间平台无论在军事应用还是民事应用上，都具有以往航空航天平台所不具备的多项优势。 本文在深入研究了近空间平台的特点之后，结合以往航空航天的对地观测经验，讨论了不同的近空间平台协同观测策略，并阐述了各种观测模式下的优势与劣势。文章针对区域覆盖协同观测问题中平台与观测点的位置关系，建立了三种不同精度的数学模型：平面化模型、均匀球体化模型和椭球化模型，并分别推导出了计算位置关系的互推公式。在此基础上，将协同观测设计问题抽象为NP-hard集合覆盖模型，进而建立了问题的整体数学模型。 根据建立的数学模型，论文选定了贪婪算法作为基础进行求解。贪婪算法虽然放弃了对问题全局最优解的寻求，但同时却也避免了应用遗传算法、蚁群算法等智能搜索算法在解决此类问题时对全部子集族庞大的存储和复杂的计算。随后文章提出了随机贪婪算法来弥补原始贪婪算法对优解空间搜索不足的缺点，以此提高解的优度。 最后，根据建立的数学模型和设计算法，实现了统一的近空间协同观测的仿真设计软件系统。系统根据近空间平台探测模式，将设计分为单平台单载荷、单平台多载荷、多平台多载荷以及近空间平台与航天器协同四个子系统。每种模式均可以根据给定的观测区域、载荷特性及其它覆盖约束条件进行智能化覆盖设计，并通过文字和嵌入在软件中的STK（Satellite Tool Kit）二维和三维场景显示设计结果。本系统进一步发挥了STK6.1的功能，充分利用了STK与C++之间强大的接口功能，实现了STK对智能化设计的辅助作用与形象化的演示功能。 为了进一步验证设计算法的正确性和有效性，本文选取了海南岛、汶川地震区等典型区域进行了仿真。仿真设计结果证明了整个系统的有效性、实用性。