【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于sar卫星对地观测成像，尤其涉及一种多星协同最优观测方法。
技术介绍
1、自从1978第一颗sar卫星(seasat-a)发射以来，sar卫星飞速发展，至今取得了极为瞩目的成就，在对地观测领域已经成为一种不可或缺的手段。但在轨运行的sar卫星仍然有一些不足：目前 sar 卫星的轨道高度大约在500~1 000 km，重访周期短则几天长则十几天，无法对目标区域进行高频率或者应急观测成像；除此之外前后视时多普勒带宽过小，单星sar一般只能进行侧视成像。近年来，世界主要航天大国非常重视 sar 卫星组网观测技术的发展，目前已建成了多个sar 卫星星座系统：意大利的csk星座、欧空局的sentinel-1星座、加拿大的 radarsat 星座、中国的高分三号及陆探星座。sar星座可以通过多星组网大大缩短重访周期，从而显著提高对地观测能力，满足对热点区域的高频率观测需求。在卫星平台及sar低成本、小型化的背景下，星座组网正成为sar对地观测发展的主要方向之一。
2、理论上多星协同对某一区域目标进行观测为多边形几何覆盖问题的变种，本质上是一个np-hard组合优化问题，目前国内外对此研究比较少，现有技术大多采用启发式算法或者遗传算法试图寻找一个最优或者次优的观测方案。
3、现有算法的研究对象大多是光学卫星，并未综合考虑卫星和目标区域的几何关系，其算法只有理论指导意义，并不能对实际的多星协同区域观测任务进行处理。多颗sar卫星协同观测问题(multiple sar satellites cooperati
4、1) 该问题是一个np-hard组合优化问题，其解空间规模和问题的规模呈指数关系。sar卫星的数量越多则协同的难度越大，但协同观测的能力也越强；
5、2) 该问题涉及到多颗sar卫星针对区域目标的多次观测机会，需要综合考虑升降轨的情况，观测机会之间的耦合关系很难分析，所以不同观测机会的条带之间可能会有大量重叠；
6、3) 对该问题进行建模时需要综合考虑sar卫星的时间、角度和能量等多种约束；
7、4) 每次观测机会的开关机时间和下视角均从连续空间取值，所以理论上解空间的规模为无穷大。
8、求解msp时需要综合考虑用户需求和sar卫星的约束条件，合理分配sar卫星的观测资源，为区域目标制定相应的观测策略。
技术实现思路
1、针对传统三阶段规划方法存在的问题，本专利技术提出了一种多星协同最优观测方法，做出的主要改进如下所示：
2、1) 通过分析msp的时间、角度和能量等约束，本专利技术建立了msp的约束满足模型，进而在该模型的基础上提出了一种新型三阶段规划方法。本专利技术提出的新型规划方法的三个阶段分别为：不规则区域目标网格化、基于网格分割的基本观测模式设计、观测方案生成。
3、2) 新型三阶段规划方法在第一阶段中将任意形状的区域目标网格化从而便于计算观测方案的观测率，随后在第二阶段中利用区域目标的网格动态生成基本观测模式，每一个基本观测模式对应一个条带，最后在第三阶段中通过优化算法选择基本观测模式子集从而生成观测方案。
4、3) 本专利技术在第一阶段设计了归一化的区域目标网格化算法。相对于传统三阶段规划方法中只能处理矩形区域的网格化算法，本专利技术归一化的区域目标网格化算法可以将任意形状的区域目标网格化；本专利技术在第二阶段设计了基于网格分割的基本观测模式生成算法。传统三阶段规划方法中基于并行分割的条带生成方式无法处理面积过大的区域目标，且条带的数量和灵活性都在一定程度上受限。本专利技术基于网格分割的基本观测模式生成算法可以处理任意大小的区域目标并生成更多更灵活的条带；本专利技术在第三阶段设计了串行的变邻域禁忌搜索算法。相对于传统三阶段规划方法中的标准遗传算法，本专利技术提出的变邻域禁忌搜索算法可以生成质量更高的观测方案。
5、本专利技术提出一种多星协同最优观测方法，所述方法包括以下步骤：
6、步骤1. 建立约束满足模型；
7、步骤2. 不规则区域目标网格化；
8、步骤3. 基于网格分割的基本观测模式设计；
9、步骤4. 最优观测方案生成。
10、进一步，步骤1建立的约束满足模型为：
11、首先，模型中使用的参数如下文所示定义：
12、：用户针对特定区域的成像需求，与相关的参数如下所示：
13、：待观测的大范围区域目标；
14、：任务开始时间；
15、：任务结束时间；
16、：执行观测任务的sar卫星集合，与相关的参数如下所示：
17、：的单次最大开机时长；
18、：的最大下视角；
19、：任务周期内的观测机会集合，与相关的参数如下所示：
20、：的观测开始时间；
21、：的观测结束时间；
22、：的基本观测模式集合，与相关的参数如下所示：
23、：的开机时间；
24、：的关机时间；
25、：的下视角；
26、其中，i表示卫星，j表示观测机会，k表示观测模式；
27、：分段线性函数；定义了观测收益和观测率之间的映射关系；
28、：面积计算函数；用来计算具体观测方案在该任务中观测到的面积；
29、决策变量为：
30、，
31、约束条件为：
32、⑴ 基本观测模式数量约束：
33、，
34、为的基本观测模式；
35、每个观测机会只能选择一个基本观测模式，即卫星每次过境只能观测一个长度可变宽度不变的条带区域；
36、⑵ 时间窗口约束：
37、，
38、，
39、所有的观测机会必须在任务周期内执行，一个观测机会对应多个基本观测模式，所有基本观测模式的开关机时间均要满足观测机会的成像时间窗口约束；
40、⑶ 角度约束：
41、，
42、sar卫星的侧视能力是有限的，所以每个基本观测模式选择的下视角必须满足对应sar卫星的侧视能力的约束条件；
43、⑷ 能量约束：
44、，
45、表示卫星i最大开机时间；
46、sar卫星依靠太阳能维持电力系统并执行成像任务，所以每个基本观测模式的开机时间是有限的，开机时长必须满足sar卫星的能量约束；
47、目标函数为：
48、，
49、其中，u表示求并集；
50、目标是为每一个观测机会选择对应的基本观测模式，从而使得选中的基本观测模式子集获取本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多星协同最优观测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1建立的约束满足模型为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2的具体实现方法为，其中，输入为区域目标，输出为区域目标网格；包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3的具体实现方法为，其中，输入为观测机会和区域目标网格，输出为基本观测模式集合；包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4的具体实现方法为，其中，输入为CPU运行时间、禁忌长度、切换邻域状态的迭代次数；输出为最优观测方案；包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种多星协同最优观测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1建立的约束满足模型为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2的具体实现方法为，其中，输入为区域目标，输出为区域目标网格；包括以下步骤：
4.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘大成，昌盛，邓云凯，韩传钊，于春锐，郑起存，岳海霞，贾小雪，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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