基于成像资源自适性调节的卫星最小量元任务规划方法技术

本发明专利技术涉及基于成像资源自适性调节的卫星最小量元任务规划方法，包括：构建卫星载荷对地观测模型，计算星载传感器目标观测区域的经纬度信息并记录在卫星可视栅格表中；基于卫星可视栅格表构建任务区域栅格表；将相邻栅格间进行合并，形成初始成像条带集进行合并，获得连续成像条带；对连续成像条带进行开机层规划处理，获得元任务条带，将调节后的元任务条带分配到不同的开机块；根据轨道层约束将开机块分配到不同的回归周期中，产生单轨任务规划序列，提取优先级和收益信息，对单轨任务进行排序，产生最终的任务规划序列。本发明专利技术降低了任务规划问题的计算量和复杂度,提高了卫星对地观测任务规划的效率。地观测任务规划的效率。地观测任务规划的效率。

【技术实现步骤摘要】
基于成像资源自适性调节的卫星最小量元任务规划方法


[0001]本专利技术涉及卫星任务规划
，特别是涉及一种基于成像资源自适性调节的卫星最小量元任务规划方法。

技术介绍

[0002]目前，针对卫星任务分解规划问题，专利“一种基于多星多载荷的卫星集群协同规划方法”以任务区域覆盖范围最大化，采集次数、采集成本和最终采集时间组合最小化为目标，对有效条带进行分解和排序，其中未考虑到任务的优先级。专利“基于合成策略的成像卫星应急任务规划方法和系统”在规划方案中将选取的应急任务插入到可见时间窗的无冲突位置,该方法虽然能够通过合成观测减少成像卫星开机次数，但不能使任务区域的总体观测时间最短。专利“一种面向自然灾害应急响应的卫星快速规划方法及系统”采用基于重点任务优先规则的快速卫星任务规划方式进行动态任务的协同规划和资源重组，同样未考虑到总体观测时间。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完成卫星任务规划,虽然能够缩短执行任务所需时间，但仍可以在最小完工时间不变的基础上对不同回归周期的任务规划序列做出调整，从而在卫星对观测区域任务优先级和收益方面做出改进。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供基于成像资源自适性调节的卫星最小量元任务规划方法，以解决上述现有技术中存在的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]基于成像资源自适性调节的卫星最小量元任务规划方法，包括：
[0006]构建卫星载荷对地观测模型，基于所述卫星载荷对地观测模型计算目标观测区域的经纬度信息并记录在卫星可视栅格表中；
[0007]基于所述卫星可视栅格表构建任务区域栅格表，所述任务区域栅格表包括完全落在和部分落在所述目标观测区域内的卫星可视栅格；
[0008]参照所述任务区域栅格表，进行相邻栅格间的合并，形成初始成像条带，将所述初始成像条带进行合并，获得连续成像条带集；
[0009]对所述连续成像条带集进行开机层规划处理，获得元任务条带，调节所述元任务条带长度，并将调节后的元任务条带分配到不同的开机块；
[0010]根据轨道层约束将所述开机块分配到不同的回归周期中，产生单轨任务规划序列，其中，所述单轨任务规划序列处于不同回归周期，提取单轨任务规划序列的优先级和收益信息，对单轨任务进行排序，产生最终的任务规划序列。
[0011]优选地，所述卫星可视栅格表中包括采样时刻、栅格顶点经纬度坐标、轨道号、星载传感器波位号、升降轨标识信息。
[0012]优选地，所述任务区域栅格表中还包括：栅格的优先级和收益信息。
[0013]优选地，获得所述连续成像条带集，包括：
[0014]参照所述任务区域栅格表，首先进行相邻栅格间的初步合并，形成所述初始成像条带，再根据最小开机时长和最小成像时长约束，将同波位初始成像条带再次合并得到所述连续成像条带集，并计算连续成像条带集的优先级和收益。
[0015]优选地，所述相邻栅格间的初步合并为，对相邻栅格相距时间等于时间步长的栅格进行合并；所述同波位初始成像条带再次合并为，当具有相同波位号的前一初始成像条带满足第一预设阈值且紧邻的后一初始成像条带满足第二预设阈值时，则初始成像条带、所述前一初始成像条带与所述紧邻的后一初始成像条带合并为同一个连续成像条带。
[0016]优选地，所述第一预设阈值为所述前一初始成像条带的观测时长小于最小开机时长和最小成像时长，所述第二预设阈值为所述紧邻的后一初始成像条带的开始观测时间在其前一条带的最小开机时长和最小成像时长内。
[0017]优选地，所述初始成像条带和所述连续成像条带中包括：成像开机时间、成像结束时间、轨道号、波位号、升降轨标识、优先级和收益，其中，所述优先级为条带所包含栅格的最高优先级，所述收益包括所述栅格收益的总和。
[0018]优选地，所述开机层规划处理包括，根据开机层约束对所述连续成像条带进行适应性条带切割、条带补充和条带融合，得到所述元任务条带并分配到所述不同的开机块，所述开机块记录有本开机块内的连续成像条带信息、成像次数、成像时间间隔、开机时长以及开关机时间。
[0019]优选地，所述开机层约束包括单次开机最大时长、单次开机成像次数、单次开机累计成像时长、最大成像时长、最小成像时长、同波位成像间隔和不同波位成像间隔。
[0020]优选地，产生所述最终的任务规划序列，包括：从所述不同回归周期的单轨任务规划序列中提取优先级和收益信息，根据不同回归周期累计优先级和收益的大小，对单轨任务进行排序，产生最终的任务规划序列；其中，所述不同回归周期的单轨任务规划序列记录有每个回归周期分配到的开机块信息、开关机次数、开关机时间间隔、该回归周期的第一次开机时刻、最后一次关机时刻、单轨优先级和收益。
[0021]本专利技术的有益效果为：
[0022](1)本专利技术通过采用成像条带自适性调节方法，实现卫星最小量元任务的分解，解决了连续成像条带在复杂成像约束下如何进行切割、补充和融合的问题，提高了卫星冗余成像资源的利用率；
[0023](2)本专利技术通过采用层次化任务规划方法，利用层级嵌套的方式，实现开机块内成像任务规划和轨道层开机任务规划，解决了一次开机多次成像和单轨多次开机的复杂任务规划问题，降低了任务规划问题的计算量和复杂度,提高了卫星对地观测任务规划的效率；
[0024](3)本专利技术通过综合优先级收益最大的轨间任务重组策略，实现在以最小回归周期数为规划目标的前提下，卫星任务规划序列综合优先级收益的最大化，兼顾了卫星对地观测任务的工作效率和经济效益。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例的方法流程图；
[0027]图2为本专利技术实施例的条带补充过程示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例的条带融合过程示意图；
[0029]图4为本专利技术实施例的条带适应性切割、补充和融合过程示意图；
[0030]图5为本专利技术实施例的不同回归周期单轨任务规划结果示意图；
[0031]图6为本专利技术实施例的随回归周期数增长的综合优先级收益和覆盖率变化情况示意图；
[0032]图7为本专利技术实施例的卫星元任务贪婪规划算法流程图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于成像资源自适性调节的卫星最小量元任务规划方法，其特征在于，包括：构建卫星载荷对地观测模型，基于所述卫星载荷对地观测模型计算目标观测区域的经纬度信息并记录在卫星可视栅格表中；基于所述卫星可视栅格表构建任务区域栅格表，所述任务区域栅格表包括完全落在和部分落在所述目标观测区域内的卫星可视栅格；参照所述任务区域栅格表，进行相邻栅格间的合并，形成初始成像条带，将所述初始成像条带进行合并，获得连续成像条带集；对所述连续成像条带集进行开机层规划处理，获得元任务条带，调节所述元任务条带长度，并将调节后的元任务条带分配到不同的开机块；根据轨道层约束将所述开机块分配到不同的回归周期中，产生单轨任务规划序列，其中，所述单轨任务规划序列处于不同回归周期，提取单轨任务规划序列的优先级和收益信息，对单轨任务进行排序，产生最终的任务规划序列。2.根据权利要求1所述的基于成像资源自适性调节的卫星最小量元任务规划方法，其特征在于，所述卫星可视栅格表中包括采样时刻、栅格顶点经纬度坐标、轨道号、星载传感器波位号、升降轨标识信息。3.根据权利要求1所述的基于成像资源自适性调节的卫星最小量元任务规划方法，其特征在于，所述任务区域栅格表中还包括：栅格的优先级和收益信息。4.根据权利要求1所述的基于成像资源自适性调节的卫星最小量元任务规划方法，其特征在于，获得所述连续成像条带集，包括：参照所述任务区域栅格表，首先进行相邻栅格间的初步合并，形成所述初始成像条带，再根据最小开机时长和最小成像时长约束，将同波位初始成像条带再次合并得到所述连续成像条带集，并计算连续成像条带集的优先级和收益。5.根据权利要求4所述的基于成像资源自适性调节的卫星最小量元任务规划方法，其特征在于，所述相邻栅格间的初步合并为，对相邻栅格相距时间等于时间步长的栅格进行合并；所述同波位初始成像条带再次合并为，当具有相同波位号的前一初始成像条带满足第一预设阈值且紧邻的后一初始成像条带满足第二预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵晓巍，刘婉，张德新，鞠潭，马英哲，杜轶琛，王角，陈悦，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：