基于成像分割与规划一体化的卫星时序最优任务规划方法技术

本发明专利技术公开了基于成像分割与规划一体化的卫星时序最优任务规划方法。首先，通过卫星可视栅格与观测区域匹配方法，完成了卫星资源观测能力与长期观测任务需求的匹配，降低了时序最优任务规划问题解空间的维度和求解难度。然后，采用成像条带分割与规划一体化处理方法，将成像条带切割操作融入成像任务规划的过程中，使成像条带的切割方式因开机资源约束而变化，增加了成像条带的多样性，从而使卫星有效载荷资源得到合理高效分配。最后，设计了一种覆盖最优轨间任务重调整策略，实现了卫星任务规划序列覆盖率的最快增长，提高了卫星完成对地观测任务的工作效率。对地观测任务的工作效率。对地观测任务的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
基于成像分割与规划一体化的卫星时序最优任务规划方法


[0001]本专利技术属于航天卫星管控
，尤其涉及基于成像分割与规划一体化的卫星时序最优任务规划方法。

技术介绍

[0002]目前，针对卫星最优任务规划问题，专利“一种基于模拟退火算法的对地观测卫星任务规划方法”通过采用模拟退火算法消除任务冲突优化卫星有效载荷资源的分配，但该算法仅对一次开机/成像情况做出规划，无法适用于一次开机多次成像以及单轨多次开机等复杂成像资源约束的应用场景(参见申请号为CN201711439037.4的专利，公开了“一种基于模拟退火算法的对地观测卫星任务规划方法”)。专利“一种基于约束满足遗传算法的移动目标单星任务规划方法”设计了冲突消除算子得到满足约束且无冲突的任务序列。在此过程中，直接淘汰掉任务执行总个数大于期望执行总个数的个体任务的操作未考虑到个体任务的合并(参见申请号为CN201910061426.0的专利，公开了“一种基于约束满足遗传算法的移动目标单星任务规划方法”)。专利“面向区域覆盖的多成像卫星任务规划方法”覆盖方案的选择准则是使成像卫星消耗的总能量最小，而未考虑到成像卫星在完成长期规划任务的观测时间这一重要因素(参见申请号为CN201810010372.0的专利，公开了“面向区域覆盖的多成像卫星任务规划方法”)。专利“一种资源充足情形下最小完工时间的卫星任务规划方法”以最小完工时间为目标的卫星任务规划,虽然能够缩短执行任务所需时间，但仍以在最小完工时间不变的基础上对不同回归周期任务规划序列做出调整，使得对卫星对观测区域覆盖率增长速度最快(参见申请号为CN201911008719.9的专利，公开了“一种资源充足情形下最小完工时间的卫星任务规划方法”)。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提出基于成像分割与规划一体化的卫星时序最优任务规划方法，该方法实现了卫星任务规划序列覆盖率的最快增长，提高了卫星完成对地观测任务的工作效率。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了基于成像分割与规划一体化的卫星时序最优任务规划方法，包括如下步骤：
[0005]基于卫星可视栅格与观测区域匹配方法，获得目标任务区域栅格表；
[0006]将所述目标任务区域栅格表合成连续成像条带；
[0007]对所述连续成像条带进行分割与规划一体化处理，获得开机块；
[0008]对所述开机块进行时序规划；
[0009]对时序规划后的所述开机块进行轨间任务调整，获得规划结果；
[0010]基于所述规划结果，完成卫星对地观测任务。
[0011]可选地，获得目标任务区域栅格表的具体过程为：
[0012]建立卫星载荷对地观测模型；
[0013]基于所述卫星载荷对地观测模型，建立卫星可视栅格表；
[0014]将所述卫星可视栅格表与目标任务观测区域匹配，获得目标任务区域栅格表。
[0015]可选地，建立卫星可视栅格表的具体过程为：
[0016]根据采样时刻卫星在轨的空间位置状态，利用所述卫星载荷对地观测模型，计算星载传感器可观测区域的地理信息，建立卫星可视栅格表。
[0017]可选地，星载传感器可观测区域的地理信息的计算公式为：
[0018][0019]其中，(x
p
,y
p
,z
p
)表示地球表面任意点的位置向量，表示该点的经度、维度和高度，e是子午椭圆第一偏心率，N是法线长度。
[0020]可选地，所述目标任务区域栅格表包括：采样时刻、栅格顶点经纬度坐标、轨道号、星载传感器波位号和升降轨标识信息。
[0021]可选地，将所述目标任务区域栅格表合成连续成像条带的具体过程为：
[0022]对所述目标任务区域栅格表中相邻栅格相距时间等于预设时间步长的栅格进行合并，形成连续成像条带。
[0023]可选地，获得开机块的具体过程为：
[0024]根据同波位和不同波位成像间隔、单次开机预设时长、成像次数、累计成像时长，利用循环贪婪法，对所述连续成像条带进行贪婪规划，生成开机块。
[0025]可选地，对所述开机块进行时序规划的具体过程为：
[0026]根据单轨开机次数和时长、单轨累计成像次数和时长、单次开机预设时长和开机间隔，对所述开机块进行轨道层任务规划，产生不同回归周期的单轨任务规划序列。
[0027]可选地，对时序规划后的所述开机块进行轨间任务调整的具体过程为：
[0028]从所述不同回归周期的单轨任务规划序列中，提取单轨累计成像时长；
[0029]根据不同回归周期的所述单轨累计成像时长的大小，对单轨任务进行排序，大于预设回归周期的所述单轨累计成像时长对应的单轨任务序列优先被观测。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0031]本专利技术公开了基于成像分割与规划一体化的卫星时序最优任务规划方法：
[0032](1)通过卫星可视栅格与观测区域匹配方法，将对不规则区域的覆盖问题转化为对栅格的覆盖问题，解决了长期观测任务需求和卫星资源观测能力的匹配问题，降低了时序最优任务规划问题解空间的维度和求解难度。
[0033](2)通过成像条带分割与规划一体化处理方法，在成像任务规划的过程中实现成像条带切割与延长，使得到的成像条带长度受同波位和不同波位成像间隔、以及单次开机的最大时长、成像次数和累计成像时长等约束的影响，增加了条带组合方式的多样性，有利于成像条带排列更加紧密，从而使卫星有效载荷资源得到更加合理高效的分配。
[0034](3)通过采用覆盖最优轨间任务重调整策略，在以时序最优规划的前提下实现卫星任务规划序列覆盖率的最快增长，提高了完成卫星对地观测任务的实际工作效率。
附图说明
[0035]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0036]图1为本专利技术实施例的基于成像分割与规划一体化的卫星时序最优任务规划方法流程示意图；
[0037]图2为本专利技术实施例的成像条带分割与规划一体化处理算法流程图；
[0038]图3为本专利技术实施例的目标区域任务栅格及处理后的连续成像条带示意图，其中，(a)为目标任务区域栅格示意图，(b)经合并、切割和延长后的连续成像条带示意图；
[0039]图4为本专利技术实施例的开机块时序最优规划算法流程图；
[0040]图5为本专利技术实施例的不同回归周期的单轨任务规划结果示意图，其中，(a)为根据第一次开机时间先后将成像条带规划到不同的回归周期示意图，(b)参考每轨累计成像时长将成像条带规划到不同的回归周期示意图；
[0041]图6为本专利技术实施例的随回归周期数增长卫星观测覆盖率的变化情况示意图。
具体实施方式
[0042]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于成像分割与规划一体化的卫星时序最优任务规划方法，其特征在于，包括以下步骤，基于卫星可视栅格与观测区域匹配方法，获得目标任务区域栅格表；将所述目标任务区域栅格表合成连续成像条带；对所述连续成像条带进行分割与规划一体化处理，获得开机块；对所述开机块进行时序规划；对时序规划后的所述开机块进行轨间任务调整，获得规划结果；基于所述规划结果，完成卫星对地观测任务。2.根据权利要求1所述的基于成像分割与规划一体化的卫星时序最优任务规划方法，其特征在于，获得目标任务区域栅格表的具体过程为：建立卫星载荷对地观测模型；基于所述卫星载荷对地观测模型，建立卫星可视栅格表；将所述卫星可视栅格表与目标任务观测区域匹配，获得目标任务区域栅格表。3.根据权利要求2所述的基于成像分割与规划一体化的卫星时序最优任务规划方法，其特征在于，建立卫星可视栅格表的具体过程为：根据采样时刻卫星在轨的空间位置状态，利用所述卫星载荷对地观测模型，计算星载传感器可观测区域的地理信息，建立卫星可视栅格表。4.根据权利要求3所述的基于成像分割与规划一体化的卫星时序最优任务规划方法，其特征在于，星载传感器可观测区域的地理信息的计算公式为：其中，(x
p
,y
p
,z
p
)表示地球表面任意点的位置向量，表示该点的经度、维度和高度，e是子午椭圆第一偏心率，N是法线长度。5.根据权利要求2所述的基于成像分割与规划一体...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘婉，邵晓巍，贾鹏，马英哲，饶小双，苏跃增，傅江良，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：