空间碎片天基光学观测任务的生成方法、存储介质及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种空间碎片天基光学观测任务的生成方法，包括：得到姿态机动角和开机持续时间集；将不满足观测星姿态机动限制约束和环境约束条件的元素从对姿态机动角和开机持续时间集中删除；构成一个元素组合集；根据观测总效能、任务总时间和总资源消耗目标函数，得到所述元素组合集中每个元素组合所对应的观测总效能、任务总时间及总资源消耗；对每个元素组合所对应的观测总效能、任务总时间及总资源消耗进行加权求和，得到各个元素组合对应的目标值并将最大的目标值所对应的元素组合作为姿态协同下的GEO碎片天基光学观测任务。本发明专利技术还公开了一种存储介质和系统。本发明专利技术填补GEO碎片天基光学观测任务规划的空白。

【技术实现步骤摘要】
空间碎片天基光学观测任务的生成方法、存储介质及系统
本专利技术涉及天基光学观测
，具体涉及一种空间碎片天基光学观测任务的生成方法、存储介质及系统。
技术介绍
随着航天活动日益频繁，空间碎片数量快速增加，对空间安全造成了严重威胁。了解和掌握空间碎片可以为空间态势感知、空间资源开发、在轨服务等提供支持。天基光学观测手段在碎片观测中因为其受地球大气影响小、观测范围大、观测时效性高、观测精度高等优势，在国内外被广泛应用。任务规划模型决定了观测方案的合理性。已有的航天器任务规划研究大多针对导航定位卫星、遥感卫星、对地侦察卫星开展，很少见天基碎片观测的任务规划的相关研究。
技术实现思路
本专利技术的目的之一，在于提供一种GEO碎片天基光学观测任务的生成方法，以填补GEO碎片天基光学观测任务规划的空白。本专利技术的目的之二，在于提供一种存储介质。本专利技术的目的之三，在于提供一种GEO碎片天基光学观测任务的生成系统。为了达到上述目的之一，本专利技术采用技术方案实现：一种GEO碎片天基光学观测任务的生成方法，所述生成方法包括如下步骤：获取每个时间点所对应的观测星能够观测到每个碎片时的姿态机动角和开机持续时间，进而得到姿态机动角和开机持续时间集；将不满足观测星姿态机动限制约束和环境约束条件的元素从所述对姿态机动角和开机持续时间集中删除，得到删除后的姿态机动角和开机持续时间集；从删除后的姿态机动角和开机持续时间集中找出满足观测星每次观测一个碎片且满足相邻两次姿态机动时间间隔约束时所有元素组合，构成一个元素组合集；根据观测总效能、任务总时间和总资源消耗目标函数，得到所述元素组合集中每个元素组合所对应的观测总效能、任务总时间及总资源消耗；对每个元素组合所对应的观测总效能、任务总时间及总资源消耗进行加权求和，得到各个元素组合对应的目标值并将最大的目标值所对应的元素组合作为姿态协同下的GEO碎片天基光学观测任务。进一步的，所述姿态机动角和开机持续时间集的每个元素包括开机时间、碎片、姿态机动角和开机持续时间。进一步的，所述观测星姿态机动限制约束为：其中，和分别为第i次观测第j个GEO碎片沿x、y和z轴机动的角度；θx_min、θy_min和θz_min分别为观测星沿x、y和z轴机动角度的下限；θx_max、θy_max和θz_max分别为观测星沿x、y和z轴机动角度的上限；θi,j为第i次观测第j个GEO碎片的合成调姿角度θmax为观测星的合成调姿角度上限。进一步的，所述环境约束条件包括SAA区域约束、地气光约束、太阳光约束、月光约束、反射角约束和地影约束。进一步的，所述观测总效能采用如下公式获取：其中，V为观测总效能；Vj为第j个GEO碎片的观测效能；ηj和SNRj分别为第j个GEO碎片的价值和观测信噪比；τ1为碎片的价值与观测信噪比的权重比；和分别为第j个GEO碎片一个周期内的观测次数、观测总弧长和观测弧段总间隔；τ2、τ3和τ4别为碎片一个周期内的观测次数、观测总弧长和观测弧段总间隔所对应的权重系数。进一步的，所述任务总时间采用如下公式获取：其中，ΔT为任务总时间，I为观测次数；和分别为最后一次观测相机开机时间、观测相机开机持续时间和第一次观测相机开机时间。进一步的，所述总消耗资源采用如下公式获取：其中，ΔE为总消耗资源；和分别为第i次观测第j个GEO碎片时沿x轴、y轴、和z轴机动的角度；Δeg_att为每机动1°消耗的资源；为了达到上述目的之二，本专利技术采用技术方案实现：一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序指令，通过执行所述计算机程序指令，实现上述所述的生成方法。为了达到上述目的之三，本专利技术采用技术方案实现：一种GEO(地球静止轨道)碎片天基光学观测任务的生成系统，所述生成系统包括获取模块、删除模块、元素组合集构成模块、目标函数模块和加权求和模块；所述获取模块，用于获取获取每个时间点所对应的观测星能够观测到每个碎片时的姿态机动角和开机持续时间，进而得到姿态机动角和开机持续时间集给所述删除模块；所述删除模块，将不满足观测星姿态机动限制约束和环境约束条件的元素从所述对姿态机动角和开机持续时间集中删除，得到删除后的姿态机动角和开机持续时间集给所述元素组合集构成模块；所述元素组合集构成模块，用于从删除后的姿态机动角和开机持续时间集中找出满足观测星每次观测一个碎片且满足相邻两次姿态机动时间间隔约束时所有元素组合，构成一个元素组合集给所述目标函数模块；所述目标函数模块，用于根据观测总效能、任务总时间和总资源消耗目标函数，得到所述元素组合集中每个元素组合所对应的观测总效能、任务总时间及总资源消耗所述加权求和模块；所述加权求和模块，用于对每个元素组合所对应的观测总效能、任务总时间及总资源消耗进行加权求和，得到各个元素组合对应的目标值并将最大的目标值所对应的元素组合作为姿态协同下的GEO碎片天基光学观测任务。进一步的，所述观测星姿态机动限制约束为：其中，和分别为第i次观测第j个GEO碎片沿x、y和z轴机动的角度；θx_min、θy_min和θz_min分别为观测星沿x、y和z轴机动角度的下限；θx_max、θy_max和θz_max分别为观测星沿x、y和z轴机动角度的上限；θi,j为第i次观测第j个GEO碎片的合成调姿角度θmax为观测星的合成调姿角度上限；所述环境约束条件包括SAA区域约束、地气光约束、太阳光约束、月光约束、反射角约束和地影约束。本专利技术的有益效果：1、本专利技术考虑了影响天基光学观测的多种约束，以观测效能较优、任务总时间较短、消耗资源较少为优化目标，以每次观测的GEO碎片、观测星的姿态调整角度、观测相机的开机时间以及持续时间为决策变量，实现了姿态协同下的GEO碎片天基光学观测任务的设计。2、本专利技术考虑了观测活动约束、资源使用约束、时间窗口约束和环境约束等约束条件，基本涵盖了GEO碎片天基光学观测试验设计需要考虑的所有约束，较为全面。附图说明图1为姿态协同下的GEO碎片天基光学观测任务的生成方法流程示意图。具体实施方式下面根据附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案做进一步详细的解释和说明。本实施例根据目标函数(包括观测总效能、任务总时间和总资源消耗)最优化，即使观测总效能较优、任务总时间较短和总消耗资源较少，结合约束条件观测活动约束、资源使用约束、时间窗口约束及环境约束，得到决策变量θi,j表示第i次观测第j个GEO碎片时观测星需要对姿态进行机动的角度，包括其中，为沿x轴机动的角度，为沿y轴机动的角度，为沿z轴机动的角度；和分别为第i次观测第j个GEO碎片时观测相机的开机时间和开机持续时间，即为GEO碎片天基光学观测任务，参考图1，该生成方法包括如下步骤：步骤一、获取每个时间点所对应的观测星能够观测到每个碎片时的姿态机动角和开机持续时间，进而得到姿态机动角和开机持续时间集。本实施例的姿态机动角和开机持续时间集的每个元素包括开机时间、碎片、姿态机动角和开机持续时间。步骤二、将不满足观测星姿态机动限制约束和环境约束条件的元素从所述对姿态机动角和开机持续时间集中删除，得到删除后的姿态机动角和开机持续时间集。本实施例的观测星姿态机动限制约束为：其中，和分别为第i次观测第j个GEO碎片沿x、y和z轴机动的角度；θx_min、θy_min和θ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间碎片天基光学观测任务的生成方法，其特征在于，所述生成方法包括如下步骤：获取每个时间点所对应的观测星能够观测到每个碎片时的姿态机动角和开机持续时间，进而得到姿态机动角和开机持续时间集；将不满足观测星姿态机动限制约束和环境约束条件的元素从所述对姿态机动角和开机持续时间集中删除，得到删除后的姿态机动角和开机持续时间集；从删除后的姿态机动角和开机持续时间集中找出满足观测星每次观测一个碎片且满足相邻两次姿态机动时间间隔约束时所有元素组合，构成一个元素组合集；根据观测总效能、任务总时间和总资源消耗目标函数，得到所述元素组合集中每个元素组合所对应的观测总效能、任务总时间及总资源消耗；对每个元素组合所对应的观测总效能、任务总时间及总资源消耗进行加权求和，得到各个元素组合对应的目标值并将最大的目标值所对应的元素组合作为姿态协同下的GEO碎片天基光学观测任务。

【技术特征摘要】
1.一种空间碎片天基光学观测任务的生成方法，其特征在于，所述生成方法包括如下步骤：获取每个时间点所对应的观测星能够观测到每个碎片时的姿态机动角和开机持续时间，进而得到姿态机动角和开机持续时间集；将不满足观测星姿态机动限制约束和环境约束条件的元素从所述对姿态机动角和开机持续时间集中删除，得到删除后的姿态机动角和开机持续时间集；从删除后的姿态机动角和开机持续时间集中找出满足观测星每次观测一个碎片且满足相邻两次姿态机动时间间隔约束时所有元素组合，构成一个元素组合集；根据观测总效能、任务总时间和总资源消耗目标函数，得到所述元素组合集中每个元素组合所对应的观测总效能、任务总时间及总资源消耗；对每个元素组合所对应的观测总效能、任务总时间及总资源消耗进行加权求和，得到各个元素组合对应的目标值并将最大的目标值所对应的元素组合作为姿态协同下的GEO碎片天基光学观测任务。2.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，所述姿态机动角和开机持续时间集的每个元素包括开机时间、碎片、姿态机动角和开机持续时间。3.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，所述观测星姿态机动限制约束为：其中，和分别为第i次观测第j个GEO碎片沿x、y和z轴机动的角度；θx_min、θy_min和θz_min分别为观测星沿x、y和z轴机动角度的下限；θx_max、θy_max和θz_max分别为观测星沿x、y和z轴机动角度的上限；θi,j为第i次观测第j个GEO碎片的合成调姿角度θmax为观测星的合成调姿角度上限。4.根据权利要求1～3中任意一项所述的生成方法，其特征在于，所述环境约束条件包括SAA区域约束、地气光约束、太阳光约束、月光约束、反射角约束和地影约束。5.根据权利要求1～3中任意一项所述的生成方法，其特征在于，所述观测总效能采用如下公式获取：其中，V为观测总效能；Vj为第j个GEO碎片的观测效能；ηj和SNRj分别为第j个GEO碎片的价值和观测信噪比；τ1为碎片的价值与观测信噪比的权重比；和分别为第j个GEO碎片一个周期内的观测次数、观测总弧长和观测弧段总间隔；τ2、τ3和τ4别为碎片一个周期内的观测次数、观测总弧长和观测弧段总间隔所对应的权重系数。6.根据权利要求1～3中任意一项所述的生成方法，其特征在于，所述任务总时间采用如下公式获取：其中，ΔT为...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢必达，郑昌文，
申请(专利权)人：中国科学院软件研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11