用于卫星星群的地面移动目标自动跟踪任务规划方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种用于卫星星群的地面移动目标自动跟踪任务规划方法及系统，针对移动目标跟踪任务，提供了一种多星协同任务规划算法，相比单星独自负载，多星协同将提高目标跟踪的观测频率，降低目标失踪概率。同时，本发明专利技术的星群系统采用完全分布式结构，成员卫星之间通过通信链路实现任务信息交互，此结构下各成员相对独立，便于提高系统的容错性与稳定性。规划方法可在星群内在线自主运行，可实现对移动目标的实时快速跟踪，方法执行简单且效率较高、可实现任务的快速迭代生成；通过重搜索过程可有效应对移动目标失踪；规划方案可行，可以满足微小卫星群对移动目标跟踪任务的实际需求。

Task planning method and system of ground moving target automatic tracking for satellite constellation

【技术实现步骤摘要】
用于卫星星群的地面移动目标自动跟踪任务规划方法及系统〖
〗本专利技术涉及遥感探测
，尤其涉及一种用于卫星星群的地面移动目标自动跟踪任务规划方法及系统。〖
技术介绍
〗随着航天技术的发展，人类对地观测的需求逐渐增多，航母等大型移动目标已经成为了一类时需观测任务。不同于静止观测目标，移动目标运动轨迹、速度的不确定性导致监测站难以准确地判断其实时位置与状态。使用宽幅天基遥感卫星可以提高对地球移动目标的成像能力，然而单星离线任务规划模式下的卫星观测覆盖范围、对目标的适应性都很有限，难以完成对移动目标的跟踪任务，因此研究多颗微小卫星构成的观测星群自主协同工作、进行移动目标的自动跟踪具有重要意义，为保证多星系统的观测效能，需要设计合理的星群自主任务规划方法。〖
技术实现思路
〗本专利技术提供一种用于卫星星群的地面移动目标自动跟踪任务规划方法及系统，旨在提高卫星星群的观测效能，高效完成对地球移动目标的跟踪侦查任务。本专利技术由以下技术方案实现：一种用于卫星星群的地面移动目标自动跟踪任务规划方法，包括以下步骤：r>步骤一：某颗卫星本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于卫星星群的地面移动目标自动跟踪任务规划方法，包括以下步骤：/n步骤一：某颗卫星接收到来自地面的待跟踪移动目标信息，该某卫星作为招募卫星，生成潜在区域任务，将潜在区域任务作为观测任务在卫星系统内招募执行者；/n步骤二：卫星系统内的成员卫星接收到潜在区域任务后进行任务规划，卫星可以胜任此任务时向招募卫星发送执行任务申请，否则不发送执行任务申请；/n步骤三：招募卫星接收到执行任务申请，并在所有申请中选择一颗卫星作为任务执行者，向其发送执行任务通知；招募卫星未收到执行任务申请时，更新潜在区域任务继续招募；/n步骤四：接收到执行任务通知的卫星作为执行卫星，执行卫星执行潜在区域任务并根据任务执...

【技术特征摘要】
1.一种用于卫星星群的地面移动目标自动跟踪任务规划方法，包括以下步骤：
步骤一：某颗卫星接收到来自地面的待跟踪移动目标信息，该某卫星作为招募卫星，生成潜在区域任务，将潜在区域任务作为观测任务在卫星系统内招募执行者；
步骤二：卫星系统内的成员卫星接收到潜在区域任务后进行任务规划，卫星可以胜任此任务时向招募卫星发送执行任务申请，否则不发送执行任务申请；
步骤三：招募卫星接收到执行任务申请，并在所有申请中选择一颗卫星作为任务执行者，向其发送执行任务通知；招募卫星未收到执行任务申请时，更新潜在区域任务继续招募；
步骤四：接收到执行任务通知的卫星作为执行卫星，执行卫星执行潜在区域任务并根据任务执行结果向地面回传检测图像并将检测结果返回招募卫星，任务执行完毕时向招募卫星发送任务结束指令；
步骤五：若招募卫星未收到任务结束指令，则招募卫星根据返回的检测结果更新潜在区域任务，在系统内重新进行任务招募活动并重复执行步骤三和四，当累积一定检测结果次数均未发现移动目标时，执行步骤六；若招募卫星收到了任务结束指令，任务终止。
步骤六：卫星系统更新任务，重新对移动目标自主搜索，卫星成员由单星规划找到目标潜在概率最高的条带任务发送任务申请，中标范围为所有申请卫星；若多星协同任务后发现目标，进入步骤一，否则，重复步骤六。


2.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，步骤一中，生成潜在区域任务时采用滚动的方式进行潜在区域任务的更新，滚动观测周期时长为W，滚动以某颗卫星Sm(0<m≤NS)收到地面上传任务或一次任务执行并完成图像检测事件触发。


3.根据权利要求2所述的规划方法，其特征在于，步骤一中，移动目标信息由地面上传时给出其发现时刻t0、发现位置(经纬度坐标)P0(lon0,lat0)、最大移动速度vmax、可能的移动速度的信息以及检测此目标需要的最低图像分辨率、最小太阳高度角的图像约束信息；并假设时，目标处于中低速运动状态，反之，目标处于高速运动状态，vHT为速度阈值；并假设移动目标在下一个观测周期内的最大潜在区域为以P0为圆心、r为半径的圆形区域，r＝vmax·W。


4.根据权利要求3所述的规划方法，其特征在于，步骤一中，计算得到的潜在区域时，跟踪过程中记录每次目标被发现的时间与位置，由此得到目标的已侦查轨迹信息{(t0，P0)，(t1，P1)，…，(tn，Pn)}，在下一个观测周期内，处于中低速运动阶段的目标在此时段的潜在区域仍以Pn为圆形区域；处于高速移动阶段的目标在此时段潜在区域为以Pn为中心的椭圆形区域；当n≥1时，目标在tn时刻的运动速度为沿二维平面上方向，大小为并通过与vHT的大小关系判断此时目标处于何种运动状态，当目标处于高速状态时，椭圆形区域的长轴沿方向，短轴与长轴垂直，长半轴长度la及短半轴长度lb按下式计算：





5.根据权利要求4所述的规划方法，其特征在于，步骤一中，招募潜在区域任务执行者时，以计算得到的潜在区域作为观测任务在卫星系统内通过广播报文的方式进行招募。


6.根据权利要求5所述的规划方法，其特征在于，步骤一中，招募时，招募报文中给出目标的初始上报信息，并标明等待反馈的时间、任务的规划时段[st,et]，st需满足st>ct+dt，ct为本次任务的生成时间，dt为反馈等待、星间通信造成的延迟；根据实际通信状况预置大延迟dt’对st进行限制，即令st＝ct+dt’。


7.根据权利要求1-6任意一项所述的规划方法，其特征在于，步骤二包括：
(1)由轨道递推得到卫星在此时段的惯性系下的轨道数据，计算可见时间窗口[ws,we]；
(2)若[ws,we]不为空，则选择成像模式，进行区域任务的预处理；
(3)以Δt为步长在窗口[ws,we]内迭代检查约束条件，寻找任务开始成像时间点ts，约束检验包括姿态范围、资源限制；
(4)根据规划结果计算成像方案效能，包括成像的时段[ts,te]、平均图像分辨率f、扫描覆盖率h；
(5)将成像方案效能发送给卫星Sm。


8.根据权利要求7所述的规划方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：当成员卫星Si(0<i≤N)接收潜在区域任务以后，首先计算在时段[ts,te]内自身对潜在区域任务的可见时间窗口[ws,we]：绕圆心等幅角取四个点(lon1,lat1)、(lon2,lat2)、(lon3,lat3)、(lon4,lat4)，由轨道推算及星地几何分别计算Si在时段[ts,te]内对四点的可见时间窗口[ws1,we1]、[ws2,we2]、[ws3,we3]、[ws4,we4]，则[ws,we]可由4个窗口取交集得到：
[ws,we]＝[ws1,we1]∩[ws2,we2]∩[ws3,we3]∩[ws4,we4](2)。


9.根据权利要求8所述的规划方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：成像模式方面，可见光相机采用被动成像模式扫描，SAR采用条带模式成像，以卫星在[ws,we]时段的星下点轨迹方向为成像载荷的扫描方向d’，扫描宽度为遥感器的幅宽L，做过区域圆心方向为d’的向量，由此向量与区域边界的交点计算每条条带的成像开始点Ps(lons,lats)与结束点Pe(lon...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘通，安好，
申请(专利权)人：赛德雷特珠海航天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44