[發(fā)明專利]快速生成敏捷成像衛(wèi)星對地觀測需求籌劃的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710603566.7
• 申請日: 2017-07-23
• 公開（公告）號: CN107491591B
• 公開（公告）日: 2020-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋竹
• 申請（專利權(quán)）人: 西南電子技術(shù)研究所（中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 成飛(集團(tuán))公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發(fā)明提出的一種快速生成敏捷成像衛(wèi)星對地觀測需求籌劃的方法，旨在提供一種能夠從成像質(zhì)量整體最優(yōu)的角度快速確定指定衛(wèi)星任務(wù)觀測時間的方法。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：基于胡克定律和力平衡建立彈簧?質(zhì)點系統(tǒng)模型；根據(jù)觀測目標(biāo)的地理位置和衛(wèi)星的最大綜合角觀測能力計算每個觀測任務(wù)與其它所有觀測任務(wù)的常量機(jī)動時間，形成常量機(jī)動時間矩陣；根據(jù)觀測任務(wù)排序，依次將觀測任務(wù)加入彈簧質(zhì)點系統(tǒng)，然后應(yīng)用衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動能力表、常量機(jī)動時間矩陣，計算每個觀測任務(wù)加入后，彈簧?質(zhì)點系統(tǒng)保持力平衡狀態(tài)時各任務(wù)滑塊的位置，獲取最優(yōu)的各任務(wù)觀測時間，生成敏捷成像衛(wèi)星對地觀測需求籌劃方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種航天需求籌劃領(lǐng)域中，敏捷成像衛(wèi)星的需求籌劃方法，特別是基于胡克定律和力平衡支持規(guī)劃方案智能尋優(yōu)、具備規(guī)劃方案快速生成的建模方法和實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

隨著成像衛(wèi)星應(yīng)用需求的不斷提高,成像衛(wèi)星平臺及載荷技術(shù)也在不斷地發(fā)展,高分辨率敏捷成像衛(wèi)星就是根據(jù)未來衛(wèi)星應(yīng)用需求和技術(shù)發(fā)展趨勢而設(shè)計研制的新一代先進(jìn)衛(wèi)星。為一類具有大范圍、快速機(jī)動能力的對地觀測衛(wèi)星。敏捷成像衛(wèi)星在提高衛(wèi)星觀測效率的同時,也使得衛(wèi)星需求的籌劃與調(diào)度變得更加的復(fù)雜和困難,給衛(wèi)星需求籌劃技術(shù)帶來了新的挑戰(zhàn)。連續(xù)成像過程中側(cè)擺角度必須保持不變的這類衛(wèi)星，對地觀測衛(wèi)星根據(jù)用戶要求獲取地面區(qū)域的圖敏捷成像衛(wèi)星被稱作非敏捷成像衛(wèi)星。敏捷成像衛(wèi)星與傳統(tǒng)非敏捷成像衛(wèi)星相比，敏捷成像衛(wèi)星具備繞翻滾、俯仰和偏航軸三個方向擺動的能力，使得敏捷成像衛(wèi)星對地觀測具備更大的靈活性和自由度。相對非敏捷衛(wèi)星而言，敏捷衛(wèi)星可以利用其俯仰能力對觀測目標(biāo)進(jìn)行前視、正視或后視，從而提供了更強大的觀測能力和更多的觀測自由。衛(wèi)星對地觀測任務(wù)規(guī)劃是為了滿足用戶的遙感圖像需求,對遙感衛(wèi)星系統(tǒng)資源和對地觀測任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃與調(diào)度的過程。合理的任務(wù)規(guī)劃是提高遙感衛(wèi)星系統(tǒng)效能的重要手段。任務(wù)規(guī)劃是指為了實現(xiàn)給定的目標(biāo),對所有與目標(biāo)相關(guān)的資源和任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃和調(diào)度的過程。遙感衛(wèi)星通常在數(shù)百公里的軌道高度上繞地球飛行,星載遙感器的視場角對應(yīng)于星下線兩側(cè)對稱的帶狀區(qū)域即衛(wèi)星的觀測帶。伴隨地球的自轉(zhuǎn),觀測帶不斷變化并能覆蓋地球表面的大部分地區(qū)。當(dāng)衛(wèi)星經(jīng)過地面目標(biāo)上空時,可以利用星載遙感器采集目標(biāo)數(shù)據(jù)并存儲在星載存儲器內(nèi),待衛(wèi)星經(jīng)過地面接收站上空,再將存儲的數(shù)據(jù)回傳至地面。由于衛(wèi)星的成像操作需要消耗能量,衛(wèi)星的對地觀測將受到能量的限制。此外,某些星載遙感器如光學(xué)相機(jī),其數(shù)據(jù)采集活動還需要在較低的云層覆蓋和一定的太陽光照條件下進(jìn)行,在安排觀測任務(wù)時必須考慮云層氣象條件的限制。遙感衛(wèi)星在成像過程中始終處于高速飛行狀態(tài),其姿態(tài)控制能力有限,使得在同一軌道圈次只有部分地面目標(biāo)能夠獲得成像機(jī)會；另一方面,衛(wèi)星連續(xù)兩個圈次的赤道距離大約為幾千公里,在一個成像計劃編制周期內(nèi)衛(wèi)星通常要經(jīng)過數(shù)十個圈。衛(wèi)星對地觀測任務(wù)規(guī)劃具體是指:在綜合考慮遙感衛(wèi)星能力和用戶遙感圖像需求的基礎(chǔ)上,將資源分配給相互競爭的多個觀測任務(wù),并確定任務(wù)中各具體活動的起止時間,以排除不同任務(wù)之間的資源使用沖突,并最大化滿足用戶的需求。衛(wèi)星對地觀測任務(wù)規(guī)劃是一個復(fù)雜的問題,其中包含了許多與特定問題相關(guān)的實際約束,如衛(wèi)星與地面目標(biāo)之間的可見時間窗口、衛(wèi)星連續(xù)兩次觀測之間的調(diào)整時間、衛(wèi)星的側(cè)視調(diào)整次數(shù)、地面目標(biāo)要求的特定遙感器類型、星載存儲器的容量、氣象條件等。衛(wèi)星對地觀測是人造衛(wèi)星按照既定的運行軌道,利用攜帶的光電遙感器或無線電設(shè)備,對用戶感興趣的地面目標(biāo)進(jìn)行成像的過程。對地觀測衛(wèi)星根據(jù)用戶要求獲取地面區(qū)域的圖像,每個觀測區(qū)域都有一定的時間窗口、觀測持續(xù)時間和觀測收益等屬性。對地觀測衛(wèi)星根據(jù)用戶提出的對地觀測需求對目標(biāo)進(jìn)行觀測,將探測收集到的目標(biāo)觀測信息暫時存放在星載存儲器中,當(dāng)衛(wèi)星飛過地面站時,通過星地通信鏈路下傳到地面接收站,然后進(jìn)行觀測信息處理。地面數(shù)據(jù)處理中心通過人工或者智能分析判讀觀測數(shù)據(jù)結(jié)果,從而得到用戶感興趣的有價值的信息。

敏捷成像衛(wèi)星需求籌劃與傳統(tǒng)成像衛(wèi)星需求籌劃相比具有以下不同：

1)敏捷成像衛(wèi)星對地觀測的成像質(zhì)量由成像時觀測起止時間決定，成像時間越靠近觀測時間窗口的中間值時，即衛(wèi)星的觀測俯仰角越接近0°時，成像質(zhì)量越好；同樣成像時間越遠(yuǎn)離觀測時間窗口的中間值時，即衛(wèi)星的觀測俯仰角接近最大/最小俯仰角時，成像角度導(dǎo)致的圖像畸變，成像質(zhì)量越差。