一种多星编队协同区域成像自主任务规划方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种多星编队协同区域成像自主任务规划方法及系统，包括：中枢星实时处理星上任务队列，按时间触发区域拼接任务；根据各星准备状态，确定参与当前拼接的卫星集合及各星所用的成像模式；以中枢星轨道对地面上注区域成像任务进行分解计算得到的参数，定义为中枢星参数；根据中枢星参数分解进行区域合法性检查；根据区域分解的各类约束及地面上注区域多边形任务描述的中枢星参数分解，按照一定的重叠度要求，使用飞行方向平行的近似长方形覆盖目标多边形区域，计算得到各近似长方形的中心点经纬度以及成像时长，并分配给各有效成员星。

【技术实现步骤摘要】
一种多星编队协同区域成像自主任务规划方法及系统
本专利技术涉及多星的协同任务规划领域，具体地，涉及一种多星编队协同区域成像自主任务规划方法及系统。
技术介绍
对地观测卫星的成像任务根据用户的观测需求，获取对地球表面指定的目标图像信息。对地观测成像可对指定目标点或指定区域成像，也根据目标区域的特点划分及载荷成像的特征区别和观测偏好，可将区域划分成像，如一星一条带成像，卫星对地观测范围是一个以星下点轨迹为中心的带状区域，处于这个带状区域内的地面目标都有可能被卫星观测到。卫星对地观测任务通常由地面发起，任务需求搜集、任务筹划、可见性计算，指令生成，境内或中继上注等。随着卫星数量的增多、编队组网系统协同需求的提出、任务的日趋复杂、时效性要求的提高，传统的星地大回路的管控方式已无法适应，特别当星上具备一定的自主认知能力，可根据实时探测数据即时处理结果，在轨实时生成突发应急任务，如点或区域成像任务，当区域较大，无法由单星完成，需实时进行多星的协同观测。因此，星上需具备多星协同区域成像自主任务规划能力。目前对多星区域成像任务规划，多为对同类型分布在不同轨道的组网卫星的地面任务规划方法，对于由同轨携带多种成像载荷的异构编队卫星系统，则无能为力。对比同类已公开方法：面向区域覆盖的多成像卫星任务规划方法(专利技术专利，CN201810010372.0)，该方法提供了一种区域覆盖方案使得多个成像卫星消耗的总能量尽可能的小。本专利与其有以下明显不同：区域分解方式不同：本专利采用平行矩形分解方法，对比专利采用不规则方向覆盖方法；约束及优化目标不同，本专利采用星下区域分解，成像偏好的优选排序准则为约束，对比专利主要考虑覆盖率约束；计算模型不同：本专利采用星地几何计算方法与对比专利显著不同。对比同类已公开方法：一种遥感卫星狭长目标区域的斜条带拼接成像方法(专利技术专利，CN201410490348.3)，该专利提出一种采用不同方向的斜条带对狭长目标区域的连续完整覆盖成像的方法。本专利与其有以下明显不同：本专利面向多边形地表区域，包含了凸多边形、凹多边形，狭长区域等，对比专利仅针对狭长目标区域；本专利面向同轨编队卫星，采用顺轨条带分解方法，对比专利采用斜条带对狭长目标区域的轨迹拼接成像。本专利面向多星协同观测，对比专利面向单星观测。综上，目前，尚未见针对同轨携带多种成像载荷的异构卫星系统的多星编队协同区域成像自主任务规划方法。本专利与现有技术具有显著的技术特征、差异性、创新性和新颖性。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种多星编队协同区域成像自主任务规划方法及系统。根据本专利技术提供的一种多星编队协同区域成像自主任务规划方法，包括：步骤M1：中枢星实时处理星上任务队列，按时间触发区域拼接任务；步骤M2：根据各星准备状态，确定参与当前拼接的卫星集合及各星所用的成像模式；步骤M3：以中枢星轨道对地面上注区域成像任务进行分解计算得到的参数，定义为中枢星参数；步骤M4：根据中枢星参数分解进行地面上注区域合法性检查，得到合法的地面上注区域；步骤M5：根据区域分解的各类约束及合法的地面上注区域成像任务分解得到的中枢星参数分解，按照一定的重叠度要求，使用飞行方向平行的近似长方形覆盖目标多边形区域，计算得到各近似长方形的中心点经纬度以及成像时长，并分配给各有效成员星。优选地，所述步骤M1中任务队列包括：任务队列来自于地面上注或星上生成，所述星上生成包括中枢星或成员星根据在轨实时探测数据的目标分布或区域特征生成的任务。优选地，所述步骤M2包括：中枢星根据地面预先指定成员星，成员星星间进行交互信息，确定当前拼接的成员星集合；所述交互信息包括中枢星发成员星数据包中的任务启动标志、任务T0和任务时长dt；成员星根据自身任务执行状态，判断任务时长dt时段内是否与自身任务存在冲突，若无冲突，则反馈给中枢星，确定为当前拼接的成员星；当存在冲突，则不是当前拼接的成员星。优选地，所述步骤M3包括：根据中枢星的GPS轨道信息，计算拼接区域多边形任务描述的中枢星各顶点和中心点的过顶时刻和侧摆角。优选地，所述步骤M4包括：根据中枢星参数分解得到的各顶点和中心点的过顶时刻和侧摆角，过顶时间取上一步过顶时刻最大和最小值取平均值，侧摆角取上一步最大和最小侧摆角取平均，得到平均中心点和平均侧摆角；当所有点的侧摆角同正或同负，且绝对值均大于卫星侧摆阈值，星上返回错误字，区域拼接超范围，否则区域合法。优选地，所述步骤M5包括：步骤M5.1：根据任务区域分解的各类约束和拼接区域多边形任务描述的区域中枢星分解参数，进行基于约束满足的规划处理，将多边形任务区域划分，得到星下视场按卫星载荷类型排列的分条带顺序；步骤M5.2：根据分条带顺序计算成员星分条带成像中心点经纬度；步骤M5.3：根据成员星分条带成像中心点经纬度，递推轨道到区域中心点过顶时刻，根据各星指向角计算各星与地面交点经纬度；步骤M5.3：根据中枢星分解参数，计算得到成像时长；步骤M5.4：中枢星将计算得到各星与地面交点经纬度和成像时长经星间网络发送至成员星，成员星执行成像。优选地，所述步骤M5.1中任务区域分解的各类约束包括：任务约束、卫星约束、环境约束和处理约束；所述任务约束包括地面预先指定的全域或局部优选载荷类型；所述卫星约束包括姿态机动或载荷指向边界；包括不超过成像星侧摆角约束、载荷的太阳高度角约束和最大成像时长约束；所述环境约束包括区域内的太阳光照角度、局部云层覆盖和不分配可见光，优先SAR卫星；所述处理约束包括临近条带使用同类载荷成像优先、区域全图均匀分辨率、侧摆角大的优先用高分辨率载荷、在条带间预留一定的重叠度。优选地，所述步骤M5.3包括：根据中枢星各顶点最大过顶时刻减去中枢星各顶点最小过顶时刻，增加预设值余量，确定成像时长。根据本专利技术提供的一种多星编队协同区域成像自主任务规划系统，包括：模块M1：中枢星实时处理星上任务队列，按时间触发区域拼接任务；模块M2：根据各星准备状态，确定参与当前拼接的卫星集合及各星所用的成像模式；模块M3：以中枢星轨道对地面上注区域成像任务进行分解计算得到的参数，定义为中枢星参数；模块M4：根据中枢星参数分解进行地面上注区域合法性检查，得到合法的地面上注区域；模块M5：根据区域分解的各类约束及合法的地面上注区域成像任务分解得到的中枢星参数分解，按照一定的重叠度要求，使用飞行方向平行的近似长方形覆盖目标多边形区域，计算得到各近似长方形的中心点经纬度以及成像时长，并分配给各有效成员星。优选地，所述模块M1中任务队列包括：任务队列来自于地面上注或星上生成，所述星上生成包括中枢星或成员星根据在轨实时探测数据的目标分布或区域特征生成的任务；所述模块M2包括：中枢星根据地面预先指定成员星，成员星星间进行交互信息，确定当前拼接的成员星集合；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多星编队协同区域成像自主任务规划方法，其特征在于，包括：/n步骤M1：中枢星实时处理星上任务队列，按时间触发区域拼接任务；/n步骤M2：根据各星准备状态，确定参与当前拼接的卫星集合及各星所用的成像模式；/n步骤M3：以中枢星轨道对地面上注区域成像任务进行分解计算得到的参数，定义为中枢星参数；/n步骤M4：根据中枢星参数分解进行地面上注区域合法性检查，得到合法的地面上注区域；/n步骤M5：根据区域分解的各类约束及合法的地面上注区域成像任务分解得到的中枢星参数分解，按照一定的重叠度要求，使用飞行方向平行的近似长方形覆盖目标多边形区域，计算得到各近似长方形的中心点经纬度以及成像时长，并分配给各有效成员星。/n

【技术特征摘要】
1.一种多星编队协同区域成像自主任务规划方法，其特征在于，包括：
步骤M1：中枢星实时处理星上任务队列，按时间触发区域拼接任务；
步骤M2：根据各星准备状态，确定参与当前拼接的卫星集合及各星所用的成像模式；
步骤M3：以中枢星轨道对地面上注区域成像任务进行分解计算得到的参数，定义为中枢星参数；
步骤M4：根据中枢星参数分解进行地面上注区域合法性检查，得到合法的地面上注区域；
步骤M5：根据区域分解的各类约束及合法的地面上注区域成像任务分解得到的中枢星参数分解，按照一定的重叠度要求，使用飞行方向平行的近似长方形覆盖目标多边形区域，计算得到各近似长方形的中心点经纬度以及成像时长，并分配给各有效成员星。


2.根据权利要求1所述的多星编队协同区域成像自主任务规划方法，其特征在于，所述步骤M1中任务队列包括：任务队列来自于地面上注或星上生成，所述星上生成包括中枢星或成员星根据在轨实时探测数据的目标分布或区域特征生成的任务。


3.根据权利要求1所述的多星编队协同区域成像自主任务规划方法，其特征在于，所述步骤M2包括：中枢星根据地面预先指定成员星，成员星星间进行交互信息，确定当前拼接的成员星集合；
所述交互信息包括中枢星发成员星数据包中的任务启动标志、任务T0和任务时长dt；
成员星根据自身任务执行状态，判断任务时长dt时段内是否与自身任务存在冲突，若无冲突，则反馈给中枢星，确定为当前拼接的成员星；当存在冲突，则不是当前拼接的成员星。


4.根据权利要求1所述的多星编队协同区域成像自主任务规划方法，其特征在于，所述步骤M3包括：根据中枢星的GPS轨道信息，计算拼接区域多边形任务描述的中枢星各顶点和中心点的过顶时刻和侧摆角。


5.根据权利要求1所述的多星编队协同区域成像自主任务规划方法，其特征在于，所述步骤M4包括：根据中枢星参数分解得到的各顶点和中心点的过顶时刻和侧摆角，过顶时间取上一步过顶时刻最大和最小值取平均值，侧摆角取上一步最大和最小侧摆角取平均，得到平均中心点和平均侧摆角；当所有点的侧摆角同正或同负，且绝对值均大于卫星侧摆阈值，星上返回错误字，区域拼接超范围，否则区域合法。


6.根据权利要求1所述的多星编队协同区域成像自主任务规划方法，其特征在于，所述步骤M5包括：
步骤M5.1：根据任务区域分解的各类约束和拼接区域多边形任务描述的区域中枢星分解参数，进行基于约束满足的规划处理，将多边形任务区域划分，得到星下视场按卫星载荷类型排列的分条带顺序；
步骤M5.2：根据分条带顺序计算成员星分条带成像中心点经纬度；
步骤M5.3：根据成员星分条带成像中心点经纬度，递推轨道到区域中心点过顶时刻，根据各星指向角计算各星与地面交点经纬度；
步骤M5.3：根据中枢星分解参数，计算得到成像时长；
步骤M5.4：中枢星将计算得到各星与地面交点经纬度和成像时长经星间网络发送至成员星，成员星执行成像。


7.根据权利要求6所述的多星编队协同区域成像自主任务规划方法，其特征在于，所述步骤M5.1中任务区域分解的各类约束包括：任务约束、卫星约束、环境约束和处理约束；
所述任务约束包括地面预先指定的全域或局部优选载荷类型；
所述卫星约束包括姿态机动或载荷指向边界；包括不超过成像星侧摆角约束、载荷的太阳高度角约束和最大成像时长约束；
所述环境约束包括区域内的太阳光照角度、局部云层覆盖和不分配可见光，优先SAR卫星；
所述处理约束包括临近条带使用同类载荷成像优先、区域全图均匀分辨率、侧摆角...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲耀斌，崔本杰，范凯，陈占胜，杨勇，陈荷，曹岸杰，朱晨聪，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31