[發(fā)明專利]一種針對(duì)敏捷衛(wèi)星的在線調(diào)度方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710515825.0
• 申請(qǐng)日: 2017-06-29
• 公開（公告）號(hào): CN107290961B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳宇寧;褚驍庚;陳英武;賀仁杰;姚鋒;邢立寧;劉曉路;陳成;陳盈果;王濤;呂濟(jì)民;張忠山;常忠祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 北京匯智勝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11346
• 代理人: 石輝

本發(fā)明公開了一種針對(duì)敏捷衛(wèi)星的在線調(diào)度方法，該方法包括：Step 1，設(shè)置由目標(biāo)發(fā)現(xiàn)星和目標(biāo)識(shí)別星組成的星簇；Step 2，目標(biāo)發(fā)現(xiàn)星獲取目標(biāo)的低分辨率圖像，并提取目標(biāo)坐標(biāo)及目標(biāo)收益；Step 3，目標(biāo)發(fā)現(xiàn)星將目標(biāo)坐標(biāo)和目標(biāo)收益?zhèn)魉徒o目標(biāo)識(shí)別星；Step 4，目標(biāo)識(shí)別星接收目標(biāo)坐標(biāo)和目標(biāo)收益，并獲取目標(biāo)的高分辨率圖像，同時(shí)根據(jù)目標(biāo)坐標(biāo)和目標(biāo)收益，以目標(biāo)總收益最大化為優(yōu)化目標(biāo)，在線生成一個(gè)滿足時(shí)序約束條件的觀測(cè)調(diào)度方案；Step 5，當(dāng)觀測(cè)完當(dāng)前目標(biāo)，目標(biāo)識(shí)別星根據(jù)Step 4生成的觀測(cè)調(diào)度方案，目標(biāo)識(shí)別星姿態(tài)機(jī)動(dòng)到下一個(gè)目標(biāo)的開始觀測(cè)姿態(tài)。本發(fā)明能夠解決海面目標(biāo)識(shí)別的目標(biāo)場(chǎng)景，利用一次過(guò)境的機(jī)會(huì)即可對(duì)海面的多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種針對(duì)敏捷衛(wèi)星的在線調(diào)度方法。

背景技術(shù)

在海面目標(biāo)偵察場(chǎng)景中，在衛(wèi)星飛過(guò)海域前難以獲取目標(biāo)精確的位置坐標(biāo)。同時(shí)，只有通過(guò)高分辨率圖像才可識(shí)別目標(biāo)的具體類型信息。在傳統(tǒng)的觀測(cè)衛(wèi)星管控體制下，地面站要提前一天規(guī)劃好衛(wèi)星所有的觀測(cè)計(jì)劃，并上注給衛(wèi)星進(jìn)行執(zhí)行。在計(jì)劃執(zhí)行過(guò)程中，衛(wèi)星不能再對(duì)計(jì)劃進(jìn)行更改，這種管控方式導(dǎo)致衛(wèi)星的響應(yīng)能力很低。同時(shí)，由于目標(biāo)具有一定的機(jī)動(dòng)能力，在得知目標(biāo)位置后再規(guī)劃衛(wèi)星的觀測(cè)計(jì)劃，會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星在觀測(cè)時(shí)丟失目標(biāo)。所以面對(duì)海面目標(biāo)識(shí)別的場(chǎng)景，傳統(tǒng)的管控模式只能通過(guò)多個(gè)目標(biāo)識(shí)別星Sat2的條帶拼接來(lái)對(duì)一個(gè)海面區(qū)域進(jìn)行一次性成像，來(lái)識(shí)別海面中目標(biāo)的具體特征。由于目標(biāo)識(shí)別星Sat2的成像條帶較窄，導(dǎo)致這種目標(biāo)執(zhí)行模式對(duì)資源造成大量的浪費(fèi)。

利用自主規(guī)劃能力來(lái)提高敏捷衛(wèi)星的觀測(cè)效能受到了越來(lái)越多研究人員的重視。目前，比較成功的自主敏捷衛(wèi)星系統(tǒng)主要有EO1、Firebird和OptiSAR。EO1是來(lái)自NAS的敏捷自主衛(wèi)星，它能發(fā)現(xiàn)地球表面的火山噴發(fā)、冰層消融、云霧遮擋地殼運(yùn)動(dòng)等科學(xué)事件。EO1先自主生成一個(gè)起始的調(diào)度算法，再利用迭代改進(jìn)的方式來(lái)解決衛(wèi)星狀態(tài)、資源約束和時(shí)序沖突等問(wèn)題。Firebird是火災(zāi)識(shí)別系統(tǒng)(Hot Spot Recognition System)的重要組成部分，該衛(wèi)星能獲得火災(zāi)位置和火情區(qū)域規(guī)模等火災(zāi)參數(shù)信息。Firebird通過(guò)火情發(fā)現(xiàn)等自動(dòng)探測(cè)事件來(lái)實(shí)現(xiàn)有限自主目標(biāo)規(guī)劃。

OptiSARTM由來(lái)自兩個(gè)軌道的8個(gè)串聯(lián)模塊組成，每個(gè)串聯(lián)模塊由一個(gè)SAR(synthetic Aperture Rader)衛(wèi)星和一個(gè)與其相距幾分鐘的光學(xué)衛(wèi)星構(gòu)成(Fabrizio，2016)。這個(gè)星座不僅可同時(shí)對(duì)某一目標(biāo)進(jìn)行SAR成像和光學(xué)成像，也可通過(guò)SAR衛(wèi)星的云判系統(tǒng)來(lái)使避免光學(xué)衛(wèi)星對(duì)云霧遮擋區(qū)域進(jìn)行成像，從而提高了光學(xué)衛(wèi)星的觀測(cè)效率。

另一個(gè)值得一提的雙敏捷衛(wèi)星星座是Pleiades。雖然該星座不是自主星座，但是該星座具有24h內(nèi)可對(duì)地表任一目標(biāo)進(jìn)行成像的能力。地面管控中心每天要分三個(gè)時(shí)段生成Pleiades的調(diào)度方案，并通過(guò)不同的地面站進(jìn)行上注。這種方式提高了星座的響應(yīng)能力，可使星座對(duì)其上注時(shí)刻2小時(shí)前的所有目標(biāo)進(jìn)行響應(yīng)。雖然該星座的響應(yīng)能力已經(jīng)高于了傳統(tǒng)敏捷衛(wèi)星，但是自主規(guī)劃能力可進(jìn)一步增加該星座的響應(yīng)能力，并可減小該星座的人力資源等運(yùn)營(yíng)成本。

目前，研究者普遍認(rèn)為自主能力可以大幅度提高衛(wèi)星的使用效率。LaVallee etal.(2006)和Tran et al.(2004)的研究表明自主調(diào)度能力在深空探測(cè)等項(xiàng)目方面具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

ASPEN(Automated Scheduling and Planning Environment)是目前最成功的自主規(guī)劃與調(diào)度的框架之一。CASPER(Continuous Activity Scheduling，Planning，Execution，and Replanning)繼承了ASPEN的推理規(guī)劃能力，在EO1項(xiàng)目中也得到了成功的應(yīng)用。CASPER采用了迭代改進(jìn)的方法，該方法支持對(duì)方案持續(xù)的修改并能根據(jù)運(yùn)行環(huán)境的變化快速更新當(dāng)前方案。該方法中的沖突消解策略能用最小的時(shí)間消耗來(lái)對(duì)原方案進(jìn)行修改，使新方案能滿足當(dāng)前的使用約束。