一种基于无人机辅助覆盖的小卫星星座遥感系统模型的方法技术方案

本发明专利技术涉及卫星和无人机遥感技术领域，尤其涉及一种基于无人机辅助覆盖的小卫星星座遥感系统模型的方法。本专利基于无人机与小卫星合作机制提出了两者合作的约束模型，并在约束模型下分析了两者合作机制，并且提出了覆盖性能分析算法，对比分析了不同星座下覆盖性能。既改善了单独遥感的覆盖性能，克服了小卫星遥感缝隙问题又能提高遥感分辨率，同时还能降低遥感成本。另外小卫星与无人机合作还能克服无人机遥感范围有限的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星和无人机遥感
，尤其涉及一种基于无人机辅助覆盖的小卫星星座遥感系统模型。
技术介绍
一.卫星遥感技术空间技术与光电探测技术的结合,孕育了现代航天遥感技术。从航天时代一开始,利用航天器所携带的多种传感器对地进行观测,以获取全方位和全天候的地球空间信息的航天遥感技术就称为世界各国竞争和发展的重点之一。由于卫星遥感观测平台具有运行时间长、飞行稳定、获取信息量大并能周期性的重复对地观测及时对数据更新等特点,因此以卫星为运载平台的卫星遥感技术得到了迅速的发展,并成功应用在军事作战和社会经济等各个领域。随着现代空间技术、信息技术和传感器技术的飞速发展,卫星遥感测量技术也获得了长足的发展。在空间分辨率方面,已由最初的几十米提高到现在的米级,甚至亚米级；光谱分辨率已达到纳米量级；在时间分辨率方面,卫星的重访周期也由原来的15一18天缩短到现在的1一2天。同时,遥感卫星的发展也从长寿命、高效率、大容量、多用途的大型卫星开始向低成本、高性能、快速灵活、面向市场的小卫星以及小卫星星座和编队方向发展。最早提出了δ星座、玫瑰星座、Ω星座等后来广泛运用的星座结构，这些研究更侧重的是全球性覆盖星座的设计。针对区域覆盖设计的星座则有太阳同步轨道星座、共地面轨迹区域星座和后来优化的Flower星座等星座结构。二.无人机遥感技术由于无人机具有机动快速、使用成本低、维护操作简单等技术特点,因此被作为一种理想的飞行平台广泛应用于军事和民用各个领域。无人机遥感技术是以无人驾驶飞行器为飞行平台、以高分辨率数字遥感设备为机载传感器、以获取低空高分辨率遥感数据为应用目标，具有快速、实时对地观测、调查监测能力，因此在土地利用动态监测、矿产资源勘探、地质环境与灾害调查、海洋资源与环境监测、地形图更新等领域都将有广泛应用。无人机遥感系统模型(UAVRS)主要由遥感数据获取系统以及遥感数据后处理系统组成。其中遥感数据获取系统按结构划分成为无人机机体、动力系统、飞行控制系统、无线电遥测遥控系统、遥感设备及其控制系统、地面监控中心控制系统。目前无人机遥感数据获取系统能够获取高分辨率航空遥感影像,实现航摄面积覆盖。三.卫星遥感技术缺陷虽然小卫星遥感具有遥感覆盖范围广，遥感分辨率高，工作寿命长等优点，但是还存在着如下缺陷：1)成本高。小卫星对地感测遥感星若实现热点地区的实时观测即重访周期为零需要很多卫星才能实现，并且执照成本，发射成本都比较高，这样会照成资源的严重浪费。2)时效性差。研制周期，发射周期，重访周期都相对较长，另外信息传送时间间隔大会造成很多遥感信息的延时传达。3)机动灵活性差。若有发生突发事件或者严重灾害(例如大面积森林火灾)等需要对热点区域实时监测时小卫星不能及时的完成调度，并且不能达到实时监测。4)受限于深空环境影响。小卫星遥感是处在深空中的系统，他的遥感成像会受到云层，光照等条件的影响，所以对所载传感器的性能要求非常高。5)轨道资源浪费。轨道资源稀缺，随着人们的需求越来越高，发射卫星数量急剧增加，造成轨道资源严重短缺。6)存在遥感缝隙。对于热点区域要求全方位检测，小卫星经过目标区域时并不能每次都能实现全覆盖。四.无人机遥感的不足无人机遥感具有时效性好、灵活性高、分辨率高等特点但是也存在一些不足之处：1)遥感覆盖范围有限。由于受到飞行高度影响，使得所载传感器的监测范围性对于卫星来说大大缩减。2)功能有限。无法发现敏感区域，而且由于载荷能力有限，只能完成简单的图像拍摄任务。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷或不足，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于无人机辅助覆盖的小卫星星座遥感系统模型，既改善了单独遥感的覆盖性能，克服了小卫星遥感缝隙问题，又能提高遥感分辨率，同时还能降低遥感成本。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为提供一种基于无人机辅助覆盖的小卫星星座遥感系统模型，包括以下步骤：步骤A：根据星座参数和目标区域边界点的坐标集合，计算出星座成员经过目标区域相邻两次的时间间隔tri；步骤B：根据以上星座参数以及目标区域边界点的坐标集合，利用面向任意几何区域的遥感卫星对地覆盖面积计算方法,得到星座成员每次经过目标区域时未被覆盖区域的面积Si,(i＝1,2,…,ns)；步骤C：在已知面积和无人机数量，航行平均速度以及无人机覆盖宽度的情况下得到无人机路径航行时间tpath；步骤D：判断tpath是否满足约束条件，若满足约束条件则执行步骤E，不满足则跳出；步骤E：地面控制中心根据缝隙区域和当前可调度的无人机的数量nu对无人机进行航迹规划和任务分配；步骤F：卫星和无人机完成任务后通过数据链路向地面站发送遥感数据，地面站对遥感数据进行融合，得到目标区域完整的遥感数据。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤A中，星座参数包括卫星个数ns和轨道个数以及轨道参数V(a，θ，e，ω，Ω，f)，所述目标区域边界点的坐标集合C(((λ1，ψ1)，(λ2，ψ2),….(λk，ψk)，(λm，ψm))，其中，a为轨道半长轴，θ为轨道倾角，e为偏心率，ω为近地点幅角，Ω为升交点赤经，λk为边界点经度，ψk为边界点纬度。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤A中星座成员经过目标区域相邻两次的时间间隔tri的公式为： t r 1 = P n s / l - T f 2 - - - ( 1 ) ]]>式中：tr1表示同一轨道面星座成员对目标区域访问的时间间隔，tr2表示不同轨道面星座成员多目标区域访问的平均时间间隔，Tf为单个星座成员对目标区域的可视时间，P为轨道周期(由星座参数得到)，λmax,λmin分别表示目标区域是星下点至目标位置相对于地心的最大和最小张角，θc为地面目标在卫星视场范围内的总覆盖角；ns为卫星个数；l为星座的轨道数量。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤C中tpath的公式如下： t p a t h = S i n u · d · v - - - ( 4 ) . ]]>作为本专利技术的进一步改进，所述步骤D中约束条件为tri≥tpath+△t (5)式中△t为无人机转弯所消耗的时间。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤F后还有步骤G，对加入无人机之后的覆盖性能进行分析对比，提出了全覆盖率增益r， r = 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无人机辅助覆盖的小卫星星座遥感系统模型，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：根据星座参数和目标区域边界点的坐标集合，计算出星座成员经过目标区域相邻两次的时间间隔tri；步骤B：根据以上星座参数以及目标区域边界点的坐标集合，利用面向任意几何区域的遥感卫星对地覆盖面积计算方法,得到星座成员每次经过目标区域时未被覆盖区域的面积Si,(i＝1,2,…,ns)；步骤C：在已知面积和无人机数量，航行平均速度以及无人机覆盖宽度的情况下得到无人机路径航行时间tpath；步骤D：判断tpath是否满足约束条件，若满足约束条件则执行步骤E，不满足则跳出；步骤E：地面控制中心根据缝隙区域和当前可调度的无人机的数量nu对无人机进行航迹规划和任务分配；步骤F：卫星和无人机完成任务后通过数据链路向地面站发送遥感数据，地面站对遥感数据进行融合，得到目标区域完整的遥感数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机辅助覆盖的小卫星星座遥感系统模型，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：根据星座参数和目标区域边界点的坐标集合，计算出星座成员经过目标区域相邻两次的时间间隔tri；步骤B：根据以上星座参数以及目标区域边界点的坐标集合，利用面向任意几何区域的遥感卫星对地覆盖面积计算方法,得到星座成员每次经过目标区域时未被覆盖区域的面积Si,(i＝1,2,…,ns)；步骤C：在已知面积和无人机数量，航行平均速度以及无人机覆盖宽度的情况下得到无人机路径航行时间tpath；步骤D：判断tpath是否满足约束条件，若满足约束条件则执行步骤E，不满足则跳出；步骤E：地面控制中心根据缝隙区域和当前可调度的无人机的数量nu对无人机进行航迹规划和任务分配；步骤F：卫星和无人机完成任务后通过数据链路向地面站发送遥感数据，地面站对遥感数据进行融合，得到目标区域完整的遥感数据。2.根据权利要求1所述的基于无人机辅助覆盖的小卫星星座遥感系统模型，其特征在于：所述步骤A中，星座参数包括卫星个数ns和轨道个数以及轨道参数V(a，θ，e，ω，Ω，f)，所述目标区域边界点的坐标集合C(((λ1，ψ1)，(λ2，ψ2),….(λk，ψk)，(λm，ψm))，其中，a为轨道半长轴，θ为轨道倾角，e为偏心率，ω为近地点幅角，Ω为升交点赤经，λk为边界点经度，ψk为边界点纬度。3.根据权利要求1所述的基于无人机辅助覆盖的小卫星星座遥感系统模型，其特征在于：所述步骤A中星座成员经过目标区域相邻两次的时间间隔tri的公式为： t r 1 = P n s / l - T f 2 - - - ( ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志华，苏敏，刘振涛，金豪杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44