敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划方法及系统技术方案

一种敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划方法及系统，包括针对成像任务区域，基于旋转卡壳的原理建立区域的外接矩形，分割得到若干条带；求出每一个条带对应覆盖率，条带起始边和终止边的中点坐标，计算每个条带起始、终止端点的成像时间窗口；对将卫星姿态运动约化为相机指向点的平面运动，构建多条带拼接成像过程中卫星相机指向点的平面运动约束，确定约束条件；对成像时间窗口进行裁剪和成像时刻归一化操作，确定决策变量；构建敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划数学模型，确定模型决策变量与目标函数、约束条件的定量关系；采用PSO优化算法进行求解，得到成像多条带拼接任务规划方案，实现对成像任务区域的最大覆盖。

【技术实现步骤摘要】
敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划方法及系统
本专利技术涉及卫星遥感
，尤其是涉及一种敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划技术，提供卫星成像优化技术方案。
技术介绍
因敏捷卫星具有绕任意轴(俯仰、滚动、偏航)快速、稳定成像的灵活性，可实现单轨多条带拼接成像任务。如何依据任务需求，制定科学、合理的规划策略，让在轨卫星在高速运行的过程中快速解决单轨多条带成像模式调度，获取高空间分辨率、高时间分辨率的影像，是当前国内外敏捷卫星调度技术研究的热点问题，单轨多条带拼接成像模式如图4所示。与传统敏捷卫星在成像任务的间隙实施姿态机动不同，在动中成像的敏捷卫星需要连续在滚动、俯仰、偏航方向实施连续的姿态机动，大大拓宽了可执行任务的范围和执行效率，在为用户带来多样性的服务同时，对卫星成像任务规划提出了巨大挑战。现有的多条带拼接任务规划研究主要集中在两方面：一是区域分解方法、二是规划模型构建与求解。现有的区域分解的典型方法包括基于单景分解方法、基于预定义参考系统的场景划分方法等等。现有的建模求解方面，主要包括区域目标动态分解等。主要思路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1，针对成像任务区域，先基于旋转卡壳的原理建立区域的外接矩形，再按照幅宽要求对外接矩形矩形分割，得到若干条带；/n步骤S2，求出步骤S1中每一个条带所对应的覆盖率；/n步骤S3，求出步骤S1中得到的条带的起始边和终止边的中点坐标，计算每个条带起始、终止端点的成像时间窗口；/n步骤S4，对将卫星姿态运动约化为相机指向点的平面运动，构建多条带拼接成像过程中卫星相机指向点的平面运动约束，确定多条带拼接成像任务规划数学模型的约束条件；/n步骤S5，对步骤S3中求出的成像时间窗口进行裁剪和成像时刻归一化操作，确定多条...

【技术特征摘要】
1.一种敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，针对成像任务区域，先基于旋转卡壳的原理建立区域的外接矩形，再按照幅宽要求对外接矩形矩形分割，得到若干条带；
步骤S2，求出步骤S1中每一个条带所对应的覆盖率；
步骤S3，求出步骤S1中得到的条带的起始边和终止边的中点坐标，计算每个条带起始、终止端点的成像时间窗口；
步骤S4，对将卫星姿态运动约化为相机指向点的平面运动，构建多条带拼接成像过程中卫星相机指向点的平面运动约束，确定多条带拼接成像任务规划数学模型的约束条件；
步骤S5，对步骤S3中求出的成像时间窗口进行裁剪和成像时刻归一化操作，确定多条带拼接任务规划数学模型的决策变量；
步骤S6，构建敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划数学模型，确定模型决策变量与目标函数、约束条件的定量关系；
步骤S7，采用PSO优化算法进行求解，得到成像多条带拼接任务规划方案，实现对成像任务区域的最大覆盖。


2.根据权利要求1所述敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划方法，其特征在于：步骤S1中，基于旋转卡壳的原理建立区域的外接矩形，以实现确定目标区域的一个最优的外接矩形，使得对于同一区域目标进行划分的条带数目减少，实现方式如下，
步骤S1.1，设按照顺时针顺序输入一个凸多边形P的n个顶点，计算全部四个多边形的端点，记为xminP,xmaxP,yminP,ymaxP；
步骤S1.2，通过四个点构造P的四条切线，确定两个“卡壳”集合；
步骤S1.3，如果一条或两条切线与一条边重合，计算由四条切线决定的矩形的面积，并且保存为当前最小值，否则将当前最小值定义为无穷大；
步骤S1.4，顺时针旋转线直到其中一条和多边形的一条边重合；
步骤S1.5，计算新矩形的面积，并且和当前最小值比较，如果小于当前最小值则更新，并保存确定最小值的矩形信息；
步骤S1.6，重复步骤S1.4和步骤S1.5，直到切线旋转过的角度大于90度；
步骤S1.7，输出最小外接矩形的顶点坐标。


3.根据权利要求1所述敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划方法，其特征在于：步骤S5中，对成像时间窗口进行裁剪操作如下，
裁剪操作需要对所有条带起始边、终止边终点的成像时间窗口的起始时刻和终止时刻进行处理，令两个连续点i、i+1成像时间窗口分别为[Ti_s，Ti_e]和[Ti+1_s，Ti+1_e]，其中Ti_s表示第i个点成像时间窗口的起始时刻，Ti_e表示第i个点成像时间窗口的终止时刻，Ti+1_s表示第i+1个成像时间窗口的起始时刻，Ti+1_e表示第i+1个成像时间窗口的终止时刻；
首先进行第一类裁剪操作，基于裁剪相邻时间窗口的起始时刻进行，顺序从第一个点开始，比较相邻两个点成像时间窗口的起始时刻，若存在Ti_s＞Ti+1_s，则令Ti_s＝Ti+1_s，直至顺序完成对所有点成像时间窗口起始时刻的操作；然后进行第二类裁剪操作，再对相邻时间窗口的终止时刻进行裁剪，逆序从最后一个点开始，若存在Ti_e＞Ti+1_e，则令Ti_e＝Ti+1_e，直至逆序完成对所有点成像时间窗口终止时刻的裁剪。


4.根据权利要求3所述敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划方法，其特征在于：步骤S5中，在成像时间窗口裁剪的基础上，根据观测点的顺序和相邻点的成像时间窗口起始时刻，将每个点的成像时刻压缩到[0，1]区间内，成为归一化时间系数，在保持点的观测时序的基础上，实现对无效搜索空间的排除；
相应进行成像时刻归一化操作实现如下，
1)根据第一个点成像时刻对应的归一化系数s1，采用下式恢复s1对应的成像时刻t1：
t1＝s1*(T1_e-T1_s)
2)根据计算出的t1与第二个点成像时间窗口起始时刻T2_s的先后顺序，恢复出t2：
若t1≤T2_s，则令t2＝T2_s+s2*(T2_e-T2_s)；
若t1＞T2_s，则令t2＝T2_...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈欣，李仕学，许俊飞，蒋永华，张过，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42