[發明專利]衛星資源受限情形下的多成像衛星覆蓋優化方法

有效

• 申請號: 201810010331.1
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108334664B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 胡笑旋;朱外明;楊善林;夏維;羅賀;馬華偉;王國強;靳鵬
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/20
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 肖冰濱;劉兵

本發明公開了一種衛星資源受限情形下的多成像衛星覆蓋優化方法，屬于衛星通信技術領域。該多成像衛星覆蓋優化方法包括兩個階段，將生成覆蓋模式和選擇覆蓋模式相分離，使得該方法結構合理、層次清晰；該多成像衛星覆蓋優化方法能夠提供至少一個覆蓋方案，使得在成像衛星不足的情況下多個成像衛星的覆蓋收益盡可能的大。該多成像衛星覆蓋優化方法還通過計算覆蓋方案的最優性參數來評價所選擇的覆蓋方案的質量。

技術領域

本發明涉及衛星通信技術領域，具體地涉及一種衛星資源受限情形下的多成像衛星覆蓋優化方法。

背景技術

以馬航MH370的搜索為例，2014年3月20日，澳大利亞聲稱在南印度洋發現疑似MH370殘骸，位置為：緯度-43.58，經度90.57。為了搜索該點附近區域，可以把范圍擴大為以該點為中心的一個正方形區域。

中國曾調用多顆成像衛星對MH370展開搜索，每顆成像衛星的成像區域是一個條帶形區域。圖1示出了一顆成像衛星的成像的條帶形區域的示意圖，如圖1所示，通過控制成像衛星上的傳感器(如相機)的開關機時間，或者控制傳感器的左右偏轉角度，傳感器成像的條帶形區域的位置既可以沿成像掃描方向變化也可以沿垂直于成像掃描方向的方向變化(即可側擺)。

每個覆蓋區域對應一個覆蓋收益，如果該區域被覆蓋則獲得與該區域對應的覆蓋收益，在成像衛星數量不足的情況下，合理的安排各個成像衛星成像的條帶形區域的位置，以使得在成像衛星數量不足的情況下所有成像衛星的覆蓋收益盡可能地大具有至關重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種衛星資源受限情形下的多成像衛星覆蓋優化方法，該方法通過調整成像衛星成像的條帶形區域的位置獲得覆蓋收益盡可能大的覆蓋方案。

為了實現上述目的，本發明的實施方式提供一種衛星資源受限情形下的多成像衛星覆蓋優化方法，包括生成覆蓋模式和選擇覆蓋模式，其中生成覆蓋模式具體包括以下步驟：確定多個成像衛星的成像掃描方向；將欲覆蓋的矩形區域劃分成多個網格，以生成第一網格列表G；針對多個成像衛星中的每一個成像衛星：判斷成像衛星的成像掃描方向是第一傾斜方向還是第二傾斜方向；在判斷成像衛星的成像掃描方向為第一傾斜方向的情況下，以第一網格列表G中的任意網格的左下角頂點為基點，根據成像衛星的成像掃描方向將劃分的多個網格重新排序，以生成第二網格列表LG，以第二網格列表LG中的任意網格的左下角頂點為基點，根據成像衛星覆蓋的條帶形區域的寬度和長度確定成像衛星的覆蓋模式的四個頂點，以形成成像衛星的一個覆蓋模式，以及遍歷第二網格列表LG中的所有網格，以形成成像衛星的覆蓋模式列表；在判斷成像衛星的成像方向為第二傾斜方向的情況下，以第一網格列表G中的任意網格的左上角頂點為基點，根據成像衛星的成像掃描方向將劃分的多個網格重新排序，以生成第三網格列表LG，并以第三網格列表LG中的任意網格的左上角頂點為基點，根據成像衛星覆蓋的條帶形區域的寬度和長度確定成像衛星的覆蓋模式的四個頂點，以形成成像衛星的一個覆蓋模式，以及遍歷第三網格列表LG中的所有網格，以形成成像衛星的覆蓋模式列表；遍歷多個成像衛星，以得到覆蓋模式集合，該覆蓋模式集合包括每個成像衛星的覆蓋模式列表；選擇覆蓋模式具體包括以下步驟：針對多個成像衛星中的每一個成像衛星：設定覆蓋收益上界的初始值，覆蓋收益的初始值，拉格朗日乘子序列的初始值，迭代次數的上限值；采用拉格朗日松弛技術建立成像衛星數量不足的情況下，成像衛星的覆蓋收益最大化的目標函數，以獲得成像衛星的覆蓋收益目標值；計算成像衛覆蓋覆蓋模式列表中的每一個覆蓋模式的覆蓋收益目標值，并從覆蓋模式列表中選擇覆蓋收益目標值最大的一個覆蓋模式；遍歷多個成像衛星，以選擇每一個成像衛星的消耗的時間目標值最小的一個覆蓋模式，以形成一個覆蓋方案；更新覆蓋收益上界的初始值，覆蓋收益的初始值；根據更新后的覆蓋收益上界的初始值和更新后的覆蓋收益的初始值計算修正后的覆蓋方案的最優性參數的值；通過更新拉格朗日乘子的值來更新目標函數，基于更新的目標函數重新選擇每一個成像衛星的覆蓋收益目標值最大的一個覆蓋模式，以形成一個覆蓋方案，針對新形成的覆蓋方案重新計算最優性參數的值；多次更新拉格朗日乘子的值，在拉格朗日乘子的值的更新次數達到迭代次數的上限值的情況下，從選擇和重新選擇的多個覆蓋方案中選擇最優性參數的值最小的覆蓋方案，作為用于覆蓋矩形區域的覆蓋方案。