一种面向区域目标的多星协同覆盖快速规划方法技术

本发明专利技术提供了一种面向区域目标的多星协同覆盖快速规划方法，综合考虑解的优选性需求和计算的快速性需求，采用了一种化繁为简思路，通过把“尽可能早地完成区域全覆盖”这一求解问题分成“每颗卫星尽可能早地观察到区域的全部范围”这样的若干个子问题，对每一子问题求局部最优解，从而快速得到一个全局合法解，在该合法解的基础上，通过循环迭代，最终找到一个全局较优解。该方法同时兼顾了解的优选性和计算的快速性，能够在速度较快的情况下求得尽量好的结果。尽量好的结果。尽量好的结果。

【技术实现步骤摘要】
一种面向区域目标的多星协同覆盖快速规划方法


[0001]本专利技术属于航天任务规划
，具体涉及一种面向区域目标的多星协同覆盖快速规划方法。

技术介绍

[0002]区域目标观测的任务规划旨在根据备选卫星资源的轨道、载荷、卫星平台使用约束等，通过一定的多星协同任务规划方法，得到一组满足用户需求的多星协同观测方案。
[0003]区域目标任务规划的主要任务，是在规定的时间段内，对多颗卫星的多个可能的区域目标观测窗口进行综合优选，最终完成区域目标的全覆盖或使对区域目标的覆盖率尽可能高。因此，区域目标任务规划的问题，实质上可以转化为区域目标的覆盖计算问题。
[0004]另外，基于应急任务的应用背景，在完成区域全覆盖或区域覆盖率尽可能高的前提下，还要求尽可能早地完成任务。因此，尽早完成任务的优化目标，实质上可以转化为基于现有合法解的最晚时限循环迭代寻找更优解的过程。
[0005]不同卫星由于轨道不同、载荷幅宽不同等因素，在对区域观测任务进行协同规划时，需要解决以下问题：
[0006](1)不同卫星协同观测时对区域的重复覆盖问题；
[0007](2)不同区域网格点的被观测机会问题
[0008](3)观测窗口的冲突消解问题
[0009]如何设计一种能够同时考虑以上三个问题，兼顾任务尽早完成，并且运行效率高的多星协同区域目标规划方法，是本专利技术的设计初衷。

技术实现思路

[0010]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种面向区域目标的多星协同覆盖快速规划方法，以多颗遥感卫星在其侧摆能力范围内不同侧摆角对应的载荷对区域的覆盖范围信息为输入，提供一种快速的计算方法，该方法要求同时考虑减少不必要的区域重复覆盖、不同区域网格点的被观测机会，各观测窗口间的冲突、区域整体覆盖率，最终给出一组能够完成区域全覆盖或区域覆盖比达到最大的观测窗口集合。
[0011]一种面向区域目标的多星协同覆盖规划方法，包括如下步骤：
[0012]步骤1、获取目标区域的网格点，得到待规划网格点集合points；
[0013]步骤2、获取所有备选遥感卫星对区域目标的可执行观测窗口，构成windows集合；窗口包含的信息包括：卫星编号、观测起止时间、姿态角、该窗口覆盖的区域对应的网格点集合；
[0014]步骤3、对步骤1和2输入信息进行预处理，剔除步骤2获取的各窗口覆盖的非目标区域的点,由此更新待规划网格点集合points；
[0015]步骤4、遍历网格点集合points中所有网格点，确认是否有网格点未被任何windows集合中的窗口所覆盖：
[0016]若存在，表明该网格点属于不可见区域，直接剔除出待规划的网格点集合，循环遍历，直至剔除所有未被任何windows集合中的窗口覆盖的网格点，更新待规划网格点集合points；
[0017]若不存在，待规划网格点集合即为输入的所有目标区域网格点集合；
[0018]步骤5、采用覆盖收益最大化的原则，每次选取一个覆盖点尽量多的窗口，直至生成一组合法解，具体步骤如下：
[0019]S51、采用随机的方式，从windows集合中随机选出设定数量的窗口；
[0020]S52、在S51中随机选出的窗口中选出1个或者2个覆盖网格点最多的一个窗口；
[0021]S53、针对待规划网格点集合points中网格点，删除被S52选中的窗口覆盖的网格点，由此更新待规划网格点集合points；
[0022]S54、在windows集合中，去除与S52选中的窗口冲突的窗口，然后进一步删除与S52选中窗口具有相同覆盖区域的窗口，由此更新windows集合；
[0023]S55、判断当前待规划网格点集合points中是否存在一个网格点没有被任何windows集合中的窗口所覆盖，若存在，则说明当前解非法，返回S51；若不存在，进行下一步判断；
[0024]S56、当待规划网格点集合points中存在一个网格点只被一个windows集合中的窗口覆盖时，直接选取该窗口；返回步骤S53；
[0025]S57、重复S51至S56，直至找到合法解，即所有待规划的网格点均被覆盖，输出该合法解；
[0026]步骤6、选取尽可能早的完成任务的解，具体步骤如下：
[0027]S61、以步骤5生成的合法解为基础，以该解的最晚结束的窗口为界限，晚于或等于该时间的窗口全部去除，更新windows集合；
[0028]S62、基于S61获得的windows集合再次运行步骤5，直至运行出一个“好”的解或者迭代次数达到上限为止，每执行完一次步骤5，判断是否满足如下评判条件：
[0029]A)统计windows集合中所有窗口的最早起始时间st和最晚结束时间ed，将该时间分为三段，如果得到的优选解的窗口最晚结束时间t在前20％，则认为是一个“好”的解，结束；
[0030]B)如果得到的优选解的窗口最晚结束时间在20％-50％之间，则去除掉所有结束时间大于或等于该最晚结束时间的窗口，更新windows集合，继续运行步骤5的过程；
[0031]C)如果得到的优选解中窗口的最晚结束时间在50％之后，则删除该最晚结束窗口，更新windows集合，运行步骤5的过程。
[0032]较佳的，所述步骤3中，将目标区域的所有网格点编号映射为1～n连续的编号。
[0033]较佳的，所述步骤S51中，设定数量为10个。
[0034]较佳的，所述S52中，选择一个窗口和两个窗口的概率均为0.5。
[0035]较佳的，所述S57中，当程序运行超时、迭代次数达到上限还没有完成所有点的覆盖，则认为当前任务找不到合法解，也停止程序，输出当前最优解。
[0036]本专利技术具有如下有益效果：
[0037]本专利技术提供了一种面向区域目标的多星协同覆盖快速规划方法，综合考虑解的优选性需求和计算的快速性需求，采用了一种化繁为简思路，通过把“尽可能早地完成区域全
覆盖”这一求解问题分成“每颗卫星尽可能早地观察到区域的全部范围”这样的若干个子问题，对每一子问题求局部最优解，从而快速得到一个全局合法解，在该合法解的基础上，通过循环迭代，最终找到一个全局较优解。该方法同时兼顾了解的优选性和计算的快速性，能够在速度较快的情况下求得尽量好的结果。
附图说明
[0038]图1是本专利技术中多星协同区域覆盖的基础合法解生成流程图；
[0039]图2是本专利技术中基于基础合法解生成完成时间更早的更优解生成流程图。
具体实施方式
[0040]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0041]本专利技术的解决方案是：采用覆盖收益最大化原则，每次选取一个覆盖点最多的窗口(为了加快选取速度，采用随机的方式，随机选出10个窗口，选取其中覆盖点最多的一个和一对窗口，以0.5的概率选取一个窗口，以0.5的概率选取一对窗口)，选出该窗口，去除其他窗口中含有的该窗口拥有的点的信息，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向区域目标的多星协同覆盖规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、获取目标区域的网格点，得到待规划网格点集合points；步骤2、获取所有备选遥感卫星对区域目标的可执行观测窗口，构成windows集合；窗口包含的信息包括：卫星编号、观测起止时间、姿态角、该窗口覆盖的区域对应的网格点集合；步骤3、对步骤1和2输入信息进行预处理，剔除步骤2获取的各窗口覆盖的非目标区域的点,由此更新待规划网格点集合points；步骤4、遍历网格点集合points中所有网格点，确认是否有网格点未被任何windows集合中的窗口所覆盖：若存在，表明该网格点属于不可见区域，直接剔除出待规划的网格点集合，循环遍历，直至剔除所有未被任何windows集合中的窗口覆盖的网格点，更新待规划网格点集合points；若不存在，待规划网格点集合即为输入的所有目标区域网格点集合；步骤5、采用覆盖收益最大化的原则，每次选取一个覆盖点尽量多的窗口，直至生成一组合法解，具体步骤如下：S51、采用随机的方式，从windows集合中随机选出设定数量的窗口；S52、在S51中随机选出的窗口中选出1个或者2个覆盖网格点最多的一个窗口；S53、针对待规划网格点集合points中网格点，删除被S52选中的窗口覆盖的网格点，由此更新待规划网格点集合points；S54、在windows集合中，去除与S52选中的窗口冲突的窗口，然后进一步删除与S52选中窗口具有相同覆盖区域的窗口，由此更新windows集合；S55、判断当前待规划网格点集合points中是否存在一个网格点没有被任何windows集合中的窗口所覆盖，若存在，则说明当前解非法，返回S51；若不存在，进行下一步判断；S56、当待规划网格点集合points中存在一个网格点只被一个windo...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄丽霞，殷建丰，涂歆滢，何琨，王正理，彭妮娜，王通，皇威，曲炜，王心月，
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：