基于主动成像卫星的变成像时长规划方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于主动成像卫星的变成像时长规划方法及系统，方法包括以下步骤：步骤1：获取目标任务；步骤2：构建主动成像卫星的变成像时长规划模型；步骤3：对变成像时长规划模型进行求解；步骤4：得到规划方案并输出。本发明专利技术实现了卫星对差异性地面目标的动态、可变成像时长的观测，能够获取高优先级地面目标的连续一段时间内的遥感信息，同时保证其他低优先级地面目标的观测，最大化挖掘了敏捷卫星的强大遥感信息获取能力。而且保证了成像方案的能源消耗始终处于最小化。的能源消耗始终处于最小化。的能源消耗始终处于最小化。

【技术实现步骤摘要】
基于主动成像卫星的变成像时长规划方法及系统


[0001]本专利技术属于卫星任务规划领域，尤其涉及一种基于主动成像卫星的变成像时长规划方法及系统。

技术介绍

[0002]现阶段针对于敏捷成像卫星的主动成像能力，如图1所示，在一个点目标的整个可见时间窗口内，卫星可以连续观测点目标的遥感信息，一段时间内连续的遥感信息对于目标观测更有意义和价值。虽然当前对于卫星的目标任务规划提出了很多方法，但是怎样挖掘敏捷成像卫星获取地面目标连续遥感信息，对主动成像卫星的变成像时长进行规划称为当前需要解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的即使问题是怎样挖掘敏捷成像卫星获取地面目标连续遥感信息，对主动成像卫的变成像时长进行规划，提出了一种基于主动成像卫星的变成像时长规划方法。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]一种基于主动成像卫星的变成像时长规划方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：获取目标任务；
[0007]步骤2：构建主动成像卫星的变成像时长规划模型；
[0008]步骤3：对所述变成像时长规划模型进行求解；
[0009]步骤4：得到规划方案并输出。
[0010]进一步地，步骤2中所述变成像时长规划模型为：
[0011]目标函数：
[0012]和分别对应成像质量损失和卫星能源消耗；
[0013][0014]表示所有地面目标都被卫星以最大成像质量观测，获取成像收益；表示被规划观测的地面目标的真实成像质量之和，gt
i
、gt
j
分别表示第i个,第j个地面目标，gt
i
.ω表示地面目标gt
i
的优先级；n
gt
表示地面目标的数量，n
t
表示被观测的地面目标个数； x
i
为决策变量，表示第i个地面目标是否被规划，Q(gt
i
.ow)表示第i个地面目标gt
i
的累计成像质量，ow表示地面目标gt
i
的成像窗口；
[0015][0016]E表示卫星完成有效调度时间范围内所有观测活动和姿态机动活动的总能耗，MEC表示卫星的最大能源消耗；
[0017][0018]maxT表示最大姿态机动时长，maxT
×
ec
×
n
gt
表示所有地面目标都被观测时，地面目标之间卫星进行姿态机动的最大时间之和，gt
j
.w.e
‑ꢀ
gt
j
.w.s表示地面目标gt
j
的可见时间窗口的长度；间窗口的长度；表示卫星观测所有地面目标的最大能源消耗；eo表示卫星观测地面目标的耗能功率；ec表示卫星调整姿态的耗能功率；
[0019]约束条件为：
[0020]x
i
≤1 0≤i≤n
gt
[0021]表示每个地面目标被最多观测一次；
[0022][0023]表示将卫星观测每个地面目标的成像窗口限制在其对应的可见时间窗口内。
[0024]gt
i
.ow.d≥x
i
×
gt
i
.ow.d
0 0≤i≤n
gt
[0025]用于限制卫星观测第i个地面目标的最小成像时长，当且仅当x
i
＝1 时，此约束有效；
[0026][0027]对应卫星姿态机动约束。其中，第一个表达式表示任意两个先后被观测的地面目标(gt
k
和gt
j
)，且gt
k
早于gt
j
被观测。第二个表达式表示它们之间的时间间隔必须大于卫星调整姿态的机动时间。请注意，当且仅当x
j
和x
k
都等于1时，即gt
k
和gt
j
都被规划观测，上述约束条件才有效。
[0028]进一步地，步骤3中对所述变成像时长规划模型进行求解的方法是自适应多目标模因算法。
[0029]自适应多目标模因算法具体为：
[0030]步骤11:获取待规划地面目标集合(AGT)，设置目标选择概率(RS)、解种群规模(NS)、补偿解规模(NA)以及迭代次数(MaxIter)；
[0031]步骤12:根据所述目标选择概率、所述补偿解规模以及所述解种群规模构造初始解；
[0032]步骤13:基于非受支配排序遗传算法(NSGA
‑
II)在所述初始解中筛选精英解种群
[0033]步骤14：选择操作算子，利用所述操作算子以及所述迭代次数更新所述精英解种群。
[0034]进一步地，步骤12，包括：
[0035]步骤121：根据所述目标选择概率RS以及所述待规划地面目标集合，随机生成实际
规划地面目标集合(IGT)；
[0036]步骤122:利用随机启发式贪心算法(RGHA)，生成一个初始解
[0037]步骤123:利用各个所述初始解确定初始解集合若所述初始解集合的规模小于所述解种群规模，跳转至步骤121。
[0038]进一步地，步骤14，包括：
[0039]步骤141：利用自适应协调器选择操作算子；
[0040]步骤142：基于所述操作算子确定后代种群解，规模是解种群规模与补偿解规模之和,并更新所述操作算子的权重；
[0041]步骤143：利用所述非受支配排序遗传算法以及更新后的权重，更新所述精英解种群；
[0042]步骤144：获取更新迭代次数，若所述更新迭代次数小于所述迭代次数，跳转至步骤141。
[0043]本专利技术还提供了基于主动成像卫星的变成像时长规划系统，其特征在于，包括以下模块：
[0044]第一处理模块，用于获取目标任务；
[0045]第二处理模块，用于构建主动成像卫星的变成像时长规划模型；
[0046]第三处理模块，用于对所述变成像时长规划模型进行求解；
[0047]第四处理模块，用于得到规划方案并输出。
[0048]采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：
[0049]本专利技术提供的一种基于主动成像卫星的变成像时长规划方法及系统，通过对地面目标的连续遥感时间进行规划，充分利用敏捷成像卫星的特点，获得每个地面目标的最佳观测时长，花费最小的功耗获得最大的收益。并且实现了卫星对差异性地面目标的动态、可变成像时长的观测，能够获取高优先级地面目标的连续一段时间内的遥感信息，同时保证其他低优先级地面目标的观测，最大化挖掘了敏捷卫星的强大遥感信息获取能力。而且保证了成像方案的能源消耗始终处于最小化。
附图说明
[0050]图1为敏捷成像卫星的主动成像能力示意图；
[0051]图2为基于主动成像卫星的变成像时长规本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于主动成像卫星的变成像时长规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取目标任务；步骤2：构建主动成像卫星的变成像时长规划模型；步骤3：对所述变成像时长规划模型进行求解；步骤4：得到规划方案并输出。2.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，步骤2中所述变成像时长规划模型为：目标函数：目标函数：和分别对应成像质量损失和卫星能源消耗；表示变成像时长规划；表示变成像时长规划；表示所有地面目标都被卫星以最大成像质量观测，获取成像收益；表示被规划观测的地面目标的成像收益之和，gt
i
、gt
j
分别表示第i个，第j个地面目标，gt
i
.ω表示地面目标gt
i
的优先级；n
gt
表示地面目标的数量，n
t
表示被观测的地面目标个数；x
i
为决策变量，表示第i个地面目标是否被规划，Q(gt
i
.ow)表示第i个地面目标gt
i
的累计成像质量，ow表示地面目标gt
i
的成像窗口；E表示卫星完成有效调度时间范围内所有观测活动和姿态机动活动的总能耗，MEC表示卫星的最大能源消耗；E＝eo
×
ot+ec
×
ct其中，ot和ct分别对应卫星观测地面目标的成像时长之和以及卫星在所有地面目标间的姿态机动时间之和，而eo和ec分别表示卫星观测地面目标的耗能功率和卫星调整姿态的耗能功率，MEC表示卫星的最大能源消耗，eo表示卫星观测地面目标的耗能功率，gt
j
.w.e表示地面目标gt
j
可见时间窗口的结束时间，gt
j
·
w.s表示地面目标gt
j
可见时间窗口的开始时间，gt
j
.w.e
‑
gt
j
.w.s表示地面目标gt
j
的可见时间窗口的长度，maxT表示最大姿态机动时长，表示卫星观测所有地面目标的最大能源消耗，maxT
×
ec
×
n
gt
表示所有地面目标都被观测时，地面目标之间卫星进行姿态机动的最大时间之和，ec表示卫星调整姿态的耗能功率；约束条件为：x
i
≤1 0≤i≤n
gt
ꢀꢀꢀꢀ
(4)
gt
i
.ow.d≥x
i
×
gt
i
.ow.d
0 0≤i≤n
gt
ꢀꢀꢀꢀ
(6)式4表示每个地面目标被最多观测一次；式5表示将卫星观测每个地面目标的成像窗口限制在其对应的可见时间窗口内；gt
j
.ow.b表示地面目标成像窗...

【专利技术属性】
技术研发人员：常中祥，周忠宝，吴宝中，李瑞阳，陈恩铭，刘书源，
申请(专利权)人：湖南国科轩宇信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：