[發(fā)明專利]敏捷衛(wèi)星單軌多點(diǎn)目標(biāo)立體成像任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010437177.3
• 申請(qǐng)日: 2020-05-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111667100B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈欣;李仕學(xué);許俊飛;張過(guò)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06N3/006;G01S19/39;G01S19/53
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴(yán)彥

1.一種敏捷衛(wèi)星單軌多點(diǎn)目標(biāo)立體成像任務(wù)規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，設(shè)有n個(gè)點(diǎn)目標(biāo)，求出每個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的成像時(shí)間窗口；

步驟2，建立多點(diǎn)目標(biāo)立體成像任務(wù)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，將點(diǎn)目標(biāo)的兩次觀測(cè)時(shí)刻作為決策變量，成像時(shí)間窗口、立體交會(huì)角、姿態(tài)機(jī)動(dòng)速度為約束條件，觀測(cè)點(diǎn)數(shù)最多、完成成像時(shí)間最短為目標(biāo)函數(shù)；

步驟3，還原數(shù)學(xué)模型中決策變量的時(shí)序關(guān)系，對(duì)n個(gè)點(diǎn)目標(biāo)兩次成像的2n時(shí)刻進(jìn)行排序；

步驟4，計(jì)算步驟3中對(duì)每個(gè)點(diǎn)目標(biāo)兩次觀測(cè)對(duì)應(yīng)的俯仰角和滾動(dòng)角；

步驟5，計(jì)算兩次連續(xù)觀測(cè)的間隙衛(wèi)星繞俯仰軸、滾動(dòng)軸的機(jī)動(dòng)角；

步驟6，采用有向圖方法，確定觀測(cè)方案可連續(xù)實(shí)施觀測(cè)的次數(shù)和觀測(cè)時(shí)序；

步驟7，采用交會(huì)角條件作為判據(jù)，對(duì)步驟6中得到的觀測(cè)點(diǎn)時(shí)序進(jìn)行立體觀測(cè)判斷，得到可形成立體觀測(cè)的點(diǎn)目標(biāo)數(shù)量；

步驟8，采用PSO優(yōu)化算法求解數(shù)學(xué)模型，得到單軌多點(diǎn)目標(biāo)立體成像任務(wù)規(guī)劃方案，實(shí)現(xiàn)覆蓋最多點(diǎn)目標(biāo)的立體觀測(cè)；

步驟2中，多點(diǎn)目標(biāo)立體成像任務(wù)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型形式化表達(dá)為：

Maximize：f(x₁,x₂,...,x_2n)

Ifcount(x₁,x₂,...,x_2n)count(x₁′,x₂′,...,x_2n')

thenf(x₁,x₂,...,x_2n)f(x₁',x₂',...,x_2n')

elseif

count(x₁,x₂,...,x_2n)＝count(x₁',x₂',...,x_2n')time(x₁,x₂,...,x_2n)time(x₁',x₂',...,x_2n')

thenf(x₁,x₂,...,x_2n)f(x₁',x₂',...,x_2n')

Subjecttox_i∈[s_i,e_i]

θ_min≤θ_i≤θ_max

其模型中，點(diǎn)目標(biāo)個(gè)數(shù)為n，點(diǎn)目標(biāo)任務(wù)集合為P＝{p₁，p₂，...，p_n}，其中p₁，p₂，...，p_n分別為第1個(gè)點(diǎn)目標(biāo)、第2個(gè)點(diǎn)目標(biāo)...第n個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的成像任務(wù)；

模型的決策變量為成像時(shí)刻集合x(chóng)＝{x₁，x₂，...，x_2n}，其中x₁，x₂，...，x_2n用于表示n個(gè)點(diǎn)目標(biāo)相應(yīng)的2n個(gè)觀測(cè)時(shí)刻，目標(biāo)函數(shù)需要取得最大值，x₁′，x₂′，...，x_2n′用于表示n個(gè)點(diǎn)目標(biāo)相應(yīng)的2n個(gè)觀測(cè)時(shí)刻另一方案；

模型的目標(biāo)函數(shù)抽象為邏輯表達(dá)式f(x₁，x₂，…，x_2n)，其涵蓋兩個(gè)指標(biāo)：立體觀測(cè)點(diǎn)數(shù)count(x₁，x₂，…，x_2n)和完成成像時(shí)間time(x₁，x₂，…，x_2n)；

模型的約束條件主要包括：

1)成像時(shí)間窗口約束，要求x_i∈[s_i，e_i]，即成像時(shí)刻必須在對(duì)應(yīng)點(diǎn)的成像時(shí)間窗口內(nèi)，s_i、e_i分別為第i個(gè)目標(biāo)的成像時(shí)間窗口的起止時(shí)間；

2)立體觀測(cè)條件約束，要求θ_min≤θ_i≤θ_max，θ_i為對(duì)第i個(gè)點(diǎn)目標(biāo)兩次觀測(cè)形成的交會(huì)角，θ_min和θ_max為給定交會(huì)角上下界；

3)姿態(tài)機(jī)動(dòng)速度，要求要求衛(wèi)星連續(xù)實(shí)施量測(cè)點(diǎn)目標(biāo)觀測(cè)的時(shí)間差，必須大于以衛(wèi)星平均角速度機(jī)動(dòng)時(shí)時(shí)間消耗，其中Δt_i，j為衛(wèi)星連續(xù)實(shí)施量測(cè)觀測(cè)的時(shí)間差，Δω_i，j分別為衛(wèi)星兩次觀測(cè)的俯仰角、側(cè)擺角變化量，分別為衛(wèi)星繞俯仰軸、側(cè)擺軸機(jī)動(dòng)的平均角速度；

步驟6中，所述采用有向圖方法，確定觀測(cè)方案可連續(xù)實(shí)施觀測(cè)的次數(shù)和觀測(cè)時(shí)序，包括如下操作，

首先進(jìn)行姿態(tài)約束無(wú)向圖型結(jié)構(gòu)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)方式如下，

(1)將各點(diǎn)目標(biāo)的成像時(shí)刻排序，確定點(diǎn)目標(biāo)的觀測(cè)大致順序，并計(jì)算出相鄰點(diǎn)目標(biāo)成像時(shí)刻之差；

(2)計(jì)算兩兩點(diǎn)目標(biāo)之間的姿態(tài)機(jī)動(dòng)調(diào)整時(shí)間，若小于對(duì)應(yīng)成像時(shí)刻之差，則兩點(diǎn)目標(biāo)的公有頂點(diǎn)值為1，否則為0；

(3)若點(diǎn)目標(biāo)之間的公有頂點(diǎn)值確定完畢，則姿態(tài)約束無(wú)向圖型結(jié)構(gòu)完成構(gòu)建；

然后進(jìn)行姿態(tài)約束有向圖型結(jié)構(gòu)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)方式如下，

(1)確定點(diǎn)目標(biāo)姿態(tài)約束無(wú)向圖型結(jié)構(gòu)之后，進(jìn)行分塊定向，分塊定向規(guī)則為：初始點(diǎn)目標(biāo)與其他點(diǎn)目標(biāo)之間的公有頂點(diǎn)為塊I，其他點(diǎn)目標(biāo)之間公有頂點(diǎn)為塊II；塊內(nèi)的方向?yàn)橛上轮辽希瑝K之間的方向?yàn)橛缮现料拢?/p>

(2)若點(diǎn)目標(biāo)的公有頂點(diǎn)均定向完畢，則姿態(tài)約束有向圖型結(jié)構(gòu)完成構(gòu)建。