卫星一轨内成像任务优化方法技术

卫星一轨内成像任务优化方法，属于卫星成像任务规划领域。相比于传统卫星，敏捷卫星可沿滚动、俯仰、偏航三轴进行快速机动，可以实现对地表任意走向的条带目标的成像，典型的三类扫描成像方式是被动式扫描、俯仰匀速主动扫描与均匀地速主动扫描。对于一轨内多个任意走向的条带目标，何时成像会造成成像过程中侧摆角的差异，进而影响成像时能量的消耗，本发明专利技术建立了可适用于敏捷卫星三类扫描成像方式的成像起始时刻规划模型，采用序列二次规划方法进行求解，使成像时卫星的侧摆角尽可能小，能够有效降低成像时能量的消耗，满足目前卫星使用需求。

Optimization method of satellite one orbit imaging mission

The invention relates to a satellite one orbit imaging mission optimization method, belonging to the field of satellite imaging mission planning. Compared with the traditional satellite, agile satellite along the roll pitch and yaw axis three fast maneuver, can be achieved on an arbitrary surface to strip target imaging, three scanning imaging is a typical passive, active scanning and scanning pitch uniform uniform active scanning speed. For a rail to a plurality of arbitrary bands, when imaging will cause differences in the imaging process of lateral swing angle, thereby affecting the energy consumption of the imaging, the invention establishes the starting time of imaging programming model can be applied to three kinds of agile satellite imaging methods, the sequence of two quadratic programming method to solve it. The imaging satellite side angle as small as possible, can effectively reduce the energy consumption of the satellite imaging, to meet the current needs.

【技术实现步骤摘要】
卫星一轨内成像任务优化方法
本专利技术涉及卫星一轨内成像任务优化方法，属于卫星成像任务规划领域。
技术介绍
随着技术水平的发展，卫星的机动能力越来越强，卫星可以沿滚转、俯仰和偏航3个轴向进行姿态机动，能够在能力允许的范围内对任意走向的地面目标进行观测。由于可以在俯仰方向进行转动，当卫星位于目标前方、上方、后方时，均可对目标进行观测，可用观测时间较长，可以在较长的时间窗口内较自由地选取其中任一时段对目标进行观测，提高了观测的灵活性。但是，较长的可见时间窗口使得观测时间的解空间增大，不同观测时间对应不同观测摆角，观测时间的选取会对任务间卫星姿态调整时间产生影响等等，这都给卫星的成像任务规划问题带来了难度。卫星一轨内成像任务优化规划方法的研究状况如下：Lemaitre与Verfaillie针对Pleiades卫星的轨道选择与成像任务规划问题，使用了贪婪算法、动态规划算法、约束规划算法与局部搜索算法等四种方法进行求解，并比较了四种算法的优劣，其结果表明，约束规划与局部搜索算法可以考虑所有约束，局部搜索算法的求解效果更好。Habet提出了禁忌搜索算法来解决该问题，该算法的主要特征一是采用一致饱本文档来自技高网...

【技术保护点】
卫星一轨内成像任务优化方法，其特征在于步骤如下：(1)建立卫星一轨内成像任务的优化模型：

【技术特征摘要】
1.卫星一轨内成像任务优化方法，其特征在于步骤如下：(1)建立卫星一轨内成像任务的优化模型：其中x为条带目标的起始成像时刻向量，为待优化变量，x0、xi、xn-1分别为第0个、第i个、第n-1个条带目标的起始成像时刻，f(x)为所有条带目标起始侧摆角平方和与结束侧摆角平方和的和函数；t为上一次成像的结束时间与本次成像起始时间的最小间隔，即两次扫描切换的最小时长；c(x)≤0为非线性约束条件，具体约束如下：成像准备时刻-成像起始时刻<＝0；可见起始时刻-成像起始时刻<＝0；成像结束时刻-可见结束时刻<＝0；(2)对于每个条带目标来说，选取可见起始时刻与可见结束时刻之间的中间时刻作为优化求解的初值，分以下三种情况：如果第i个条带的成像方式是被动式扫描，且xi+1<xi+Li/v+t1，则调整第i+1个条带的初值为xi+Li/v+t1，其中xi+1为第i+1个条带的成像起始时刻初值，xi为第i个条带的成像起始时刻初值，Li为第i个条带长度，v为被动式扫描地速，t1为被动式扫描与被动式扫描切换的最小时长；如果第i个条带的成像方式是俯仰匀速扫描，则调整第i+1个条带的初值为xi+t2，t2为俯仰匀速扫描与其他两类扫描切换的最小时长；如果第i个条带的成像方式是均匀地速扫描，且xi+1<xi+Li/v+t3，则调整第i+1个条带的初值为xi+Li/v+t3，t3为均匀地速扫描与其他两类扫描切换的最小时长；(3)利用各个条带目标信息、卫星对每个条带目标的可见时段和卫星轨道数据，求解每一条带目标的起始侧摆角平方和与结束侧摆角平方和；(4)根据每一条带目标的起始侧摆角平方和与结束侧摆角平方和，对步骤(1)的优化模型进行求解，得到优化变量x，x对应的每个条带目标的成像起始时刻使得所有条带目标起始侧摆角平方和与结束侧摆角平方和最小。2.根据权利要求1所述的卫星一轨内成像任务优化方法，其特征在于：如果第i个条带目标的成像方式是被动式扫描或俯仰匀速主动扫描，则步骤(3)中求解第i个条带目标的起始侧摆角平方和与结束侧摆角平方和的实现方法为：(2.1)根据第i个条带目标的起始时刻、起始点经纬度及条带长度计算结束时刻和结束点经纬度；(2.2)计算卫星对第i个条带目标起始点的滚动角、俯仰角与偏航角，由滚动角与俯仰角计算卫星对第i个条带目标起始点的侧摆角；(2.3)计算卫星对第i个条带目标结束点的滚动角、俯仰角与偏航角，由滚动角与俯仰角计算卫星对第i个条带目标结束点的侧摆角；(2.4)根据第i-1个条带结束点的姿态角与第i个条带起始点的姿态角计算机动角度；(2.5)根据机动角度插值计算机动时间，根据机动时间确定第i次成像的准备时刻,第i次成像的准备时刻＝第i次成像的结束时刻+机动时间；(2.6)当第i次成像的准备时刻-第i次成像的起始时刻<＝0时，计算卫星对第i个条带目标起始点的侧摆角平方和与结束点的侧摆角平方和。3.根据权利要求2所述的卫星一轨内成像任务优化方法，其特征在于：当第i个条带目标的成像方式是被动式扫描时，所述步骤(2.1)的实现方法为：(3.1)计算卫星对第i个条带目标起始点的滚动角、俯仰角与地速；(3.2)在被动式扫描过程中，地速保持不变，由条带长度与地速计算得到第i个条带目标的成像结束时刻；(3.3)根据卫星对第i个条带目标起始点的滚动角、俯仰角以及结束时刻，计算得到卫星此刻成像的地面点的经纬度。4.根据权利要求2所述的卫星一轨内成像任务优化方法，其特征在于：当第i个条带目标的成像方式是俯仰匀速主动扫描时，所述步骤(2.1)的实现方法为：(4.1)假设结束时刻为tsolve，根据第i个条带目标的起始时刻、起始点经纬度计算卫星对起始点的滚动角与俯...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜洋，于龙江，杨文涛，张国斌，王跃，李少辉，余婧，汪精华，程侃，范立佳，高阳，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京,11