[發明專利]基于成像分割與規劃一體化的衛星時序最優任務規劃方法

有效

• 申請號: 202210549587.6
• 申請日: 2022-05-20
• 公開（公告）號: CN114926021B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 劉婉;邵曉巍;賈鵬;馬英哲;饒小雙;蘇躍增;傅江良
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06F30/20;G06F16/29;G05D1/12;G06F111/04
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理有限公司 11562
• 代理人: 劉芳

本發明公開了基于成像分割與規劃一體化的衛星時序最優任務規劃方法。首先，通過衛星可視柵格與觀測區域匹配方法，完成了衛星資源觀測能力與長期觀測任務需求的匹配，降低了時序最優任務規劃問題解空間的維度和求解難度。然后，采用成像條帶分割與規劃一體化處理方法，將成像條帶切割操作融入成像任務規劃的過程中，使成像條帶的切割方式因開機資源約束而變化，增加了成像條帶的多樣性，從而使衛星有效載荷資源得到合理高效分配。最后，設計了一種覆蓋最優軌間任務重調整策略，實現了衛星任務規劃序列覆蓋率的最快增長，提高了衛星完成對地觀測任務的工作效率。

技術領域

本發明屬于航天衛星管控技術領域，尤其涉及基于成像分割與規劃一體化的衛星時序最優任務規劃方法。

背景技術

目前，針對衛星最優任務規劃問題，專利“一種基于模擬退火算法的對地觀測衛星任務規劃方法”通過采用模擬退火算法消除任務沖突優化衛星有效載荷資源的分配，但該算法僅對一次開機/成像情況做出規劃，無法適用于一次開機多次成像以及單軌多次開機等復雜成像資源約束的應用場景(參見申請號為CN201711439037.4的專利，公開了“一種基于模擬退火算法的對地觀測衛星任務規劃方法”)。專利“一種基于約束滿足遺傳算法的移動目標單星任務規劃方法”設計了沖突消除算子得到滿足約束且無沖突的任務序列。在此過程中，直接淘汰掉任務執行總個數大于期望執行總個數的個體任務的操作未考慮到個體任務的合并(參見申請號為CN201910061426.0的專利，公開了“一種基于約束滿足遺傳算法的移動目標單星任務規劃方法”)。專利“面向區域覆蓋的多成像衛星任務規劃方法”覆蓋方案的選擇準則是使成像衛星消耗的總能量最小，而未考慮到成像衛星在完成長期規劃任務的觀測時間這一重要因素(參見申請號為CN201810010372.0的專利，公開了“面向區域覆蓋的多成像衛星任務規劃方法”)。專利“一種資源充足情形下最小完工時間的衛星任務規劃方法”以最小完工時間為目標的衛星任務規劃,雖然能夠縮短執行任務所需時間，但仍以在最小完工時間不變的基礎上對不同回歸周期任務規劃序列做出調整，使得對衛星對觀測區域覆蓋率增長速度最快(參見申請號為CN201911008719.9的專利，公開了“一種資源充足情形下最小完工時間的衛星任務規劃方法”)。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出基于成像分割與規劃一體化的衛星時序最優任務規劃方法，該方法實現了衛星任務規劃序列覆蓋率的最快增長，提高了衛星完成對地觀測任務的工作效率。

為實現上述目的，本發明提供了基于成像分割與規劃一體化的衛星時序最優任務規劃方法，包括如下步驟：

基于衛星可視柵格與觀測區域匹配方法，獲得目標任務區域柵格表；

將所述目標任務區域柵格表合成連續成像條帶；

對所述連續成像條帶進行分割與規劃一體化處理，獲得開機塊；

對所述開機塊進行時序規劃；

對時序規劃后的所述開機塊進行軌間任務調整，獲得規劃結果；

基于所述規劃結果，完成衛星對地觀測任務。

可選地，獲得目標任務區域柵格表的具體過程為：

建立衛星載荷對地觀測模型；

基于所述衛星載荷對地觀測模型，建立衛星可視柵格表；

將所述衛星可視柵格表與目標任務觀測區域匹配，獲得目標任務區域柵格表。

可選地，建立衛星可視柵格表的具體過程為：

根據采樣時刻衛星在軌的空間位置狀態，利用所述衛星載荷對地觀測模型，計算星載傳感器可觀測區域的地理信息，建立衛星可視柵格表。

可選地，星載傳感器可觀測區域的地理信息的計算公式為：