【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及巨型遙感星座任務規(guī)劃，具體是一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法。
技術(shù)介紹
1、隨著航天技術(shù)的進步，以美國spacex（太空探索技術(shù)公司）為代表的企業(yè)正以“一箭60星、每月4發(fā)”的速度推進starlink（星鏈）、starshield（星盾）等動輒數(shù)以百計、甚至萬顆以上規(guī)模的巨型星座組網(wǎng)。未來，巨型遙感星座將呈現(xiàn)異構(gòu)組網(wǎng)、全球分布、多星協(xié)同、一星多用的特點。在這一發(fā)展趨勢牽引下，如何基于現(xiàn)有在軌遙感衛(wèi)星觀測能力，兼顧后續(xù)發(fā)展，設(shè)計彈性多樣的巨型遙感星座任務規(guī)劃框架，解決面向大規(guī)模區(qū)域目標的多星多載荷協(xié)同觀測難題是需要重點突破的技術(shù)難點之一。
2、為了完成多星協(xié)同觀測大面積區(qū)域目標的任務，國內(nèi)外的研究機構(gòu)大多將多星協(xié)同區(qū)域觀測問題拆解為區(qū)域目標分割、觀測活動排序兩個子問題。對于區(qū)域目標分割，本質(zhì)上是采用單顆衛(wèi)星固定成像幅寬的形式，或者固定成像幅寬與偏轉(zhuǎn)角的形式，沿著與衛(wèi)星飛行垂直的方向，通過平行分割的方法，確定衛(wèi)星成像的開關(guān)機時間。該方法僅適用于特定型號衛(wèi)星的單星多次觀測、同軌多星重復觀測場景，很難滿足軌道異構(gòu)情形下的多星協(xié)同觀測，也不適用于敏捷衛(wèi)星的區(qū)域觀測。
3、對于觀測活動排序，國內(nèi)外的研究機構(gòu)通常先利用整數(shù)線性規(guī)劃模型、圖模型、約束滿足模型等模型表征區(qū)域目標觀測調(diào)度問題，再引入衛(wèi)星單次成像時長、每日成像時長等約束信息，以及累積覆蓋面積最大、衛(wèi)星資源消耗最小、觀測時間最早等任務目標，最后采用貪婪算法、遺傳算法、蟻群算法等優(yōu)化算法求得最優(yōu)解。該問題屬于組合爆炸問題，是np-hard
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對全球尺度周期觀測、重點地區(qū)詳查觀測、特定區(qū)域應急觀測等類型的成像需求中的區(qū)域目標多星協(xié)同觀測難題，本專利技術(shù)提供了一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法。
2、為了達到上述目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案為：
3、一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，包括以下步驟：
4、步驟1、構(gòu)建全球區(qū)域參考系統(tǒng)，過程如下：
5、加載多個大規(guī)模觀測區(qū)域目標，獲取每個大規(guī)模觀測區(qū)域目標的邊界拐點經(jīng)緯坐標數(shù)據(jù)集；基于每個大規(guī)模觀測區(qū)域目標的邊界拐點經(jīng)緯坐標數(shù)據(jù)集生成對應區(qū)域目標的外接矩形；以每個大規(guī)模觀測區(qū)域目標的外接矩形的任意一個頂點作為起點在對應大規(guī)模觀測區(qū)域目標中設(shè)置六邊形的參考網(wǎng)格；求取每個大規(guī)模觀測區(qū)域目標與對應的六邊形的參考網(wǎng)格的交集，由此得到每個大規(guī)模觀測區(qū)域目標對應的觀測網(wǎng)格，并得到觀測網(wǎng)格信息；
6、步驟2、確定觀測優(yōu)先級，過程如下：
7、配置步驟1得到的每個參考網(wǎng)格的優(yōu)先級p1ij，以及對每個參考網(wǎng)格觀測需求的優(yōu)先級p2ij、對每個參考網(wǎng)格觀測的衛(wèi)星成像載荷的優(yōu)先級p3ij、每個參考網(wǎng)格的觀測任務的優(yōu)先級p4ij，并基于配置的各個優(yōu)先級計算得到每個參考網(wǎng)格的觀測綜合優(yōu)先級p；
8、步驟3、星座任務預分配，過程如下：
9、加載衛(wèi)星能力參數(shù)信息、星座任務預分配約束條件，獲取觀測需求信息，獲取衛(wèi)星瞬時軌道根數(shù)、步驟1得到的觀測網(wǎng)格信息、步驟2得到的每個參考網(wǎng)格的觀測綜合優(yōu)先級p，依次進行軌道預報計算、圈號計算、觀測網(wǎng)格中心點與衛(wèi)星有效載荷可見性分析計算、地影預報計算，并制定星座任務預分配策略；
10、根據(jù)若干組觀測網(wǎng)格中心點與衛(wèi)星有效載荷可見性分析結(jié)果，設(shè)置星座任務預分配優(yōu)化目標；
11、基于觀測網(wǎng)格中心點與衛(wèi)星有效載荷可見性分析計算結(jié)果，結(jié)合星座任務預分配策略、星座任務預分配約束條件，剔除不符合要求的數(shù)據(jù)；接著，根據(jù)星座任務預分配優(yōu)化目標采用優(yōu)化算法生成觀測需求信息中觀測需求周期內(nèi)觀測網(wǎng)格與成像衛(wèi)星的一一對應關(guān)系，即多約束多目標星座任務預分配方案的pareto最優(yōu)解，由此生成觀測需求周期內(nèi)觀測網(wǎng)格與成像衛(wèi)星的一一對應關(guān)系，得到星座任務預分配方案；
12、步驟4、單星任務規(guī)劃，過程如下：
13、加載衛(wèi)星特殊約束條件，設(shè)置衛(wèi)星成像特性參數(shù)，獲取地面接收站信息，基于衛(wèi)星瞬時軌道根數(shù)和地面接收站信息生成衛(wèi)星數(shù)傳方案，并制定衛(wèi)星數(shù)傳方案優(yōu)化策略，然后基于步驟3得到的星座任務預分配方案、衛(wèi)星特殊約束條件、衛(wèi)星成像特征參數(shù)、所述衛(wèi)星數(shù)傳方案及其優(yōu)化策略，生成單星任務規(guī)劃階段的衛(wèi)星成像計劃、衛(wèi)星數(shù)傳計劃。
14、進一步的，步驟1中，計算每個區(qū)域目標的邊界拐點經(jīng)緯坐標數(shù)據(jù)集的最大值與最小值，獲得外接矩形的4個頂點的經(jīng)緯坐標，由此生成對應區(qū)域目標的外接矩形。
15、進一步的，步驟1中，以每個區(qū)域目標的外接矩形的左上角頂點為起點，按順時針方向從左到右、自上而下在對應區(qū)域目標中設(shè)置六邊形參考網(wǎng)格，每個六邊形參考網(wǎng)格的邊長為l/n，其中l(wèi)為巨型遙感星座的典型成像幅寬，n為經(jīng)驗參數(shù)。
16、進一步的，步驟2中，依據(jù)中國及周期地區(qū)優(yōu)于其他地區(qū)、人口多的城市優(yōu)于人口稀少的地區(qū)的原則，?配置步驟1得到的每個參考網(wǎng)格的優(yōu)先級p1ij。
17、進一步的，步驟2中，依據(jù)全球地形地貌數(shù)據(jù)信息，制定不同行業(yè)用戶對每個參考網(wǎng)格觀測需求的優(yōu)先級p2ij。
18、進一步的，步驟2中，按時段配置對每個參考網(wǎng)格觀測的衛(wèi)星成像載荷的優(yōu)先級p3ij。
19、進一步的，步驟2中，依據(jù)單次觀測任務的重要程度、緊急程度，配置每個參考網(wǎng)格的觀測任務的優(yōu)先級p4ij。
20、進一步的，步驟2中，每個參考網(wǎng)格的觀測綜合優(yōu)先級p為優(yōu)先級p1ij、優(yōu)先級p2ij、優(yōu)先級p3ij、優(yōu)先級p4ij的加權(quán)和。
21、進一步的，步驟3中，根據(jù)衛(wèi)星能力參數(shù)信息中的有效載荷類型來制定星座任務預分配策略，星座任務預分配策略為：當?shù)胤綍r為白天時，按可見光載荷>sar載荷>高光譜載荷>電子載荷的原則選用成像衛(wèi)星；當?shù)胤綍r為黑夜時，按紅外載荷>sar載荷>電子載荷>可見光載荷的原則選用成像衛(wèi)星。
22、進一步的，步驟4中，制定的衛(wèi)星數(shù)傳方案優(yōu)化策略為：應急成像任務優(yōu)先下傳、實拍實傳組合次之下傳、成像回放下傳組合最次之下傳。
23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果為：
24、本專利技術(shù)提出了一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，該方法充分考慮了星座軌道異構(gòu)、高度對稱的空間結(jié)構(gòu)及全球周期運動的規(guī)律，結(jié)合衛(wèi)星可見光、紅外、高光譜、sar載荷、電子等典型載荷的應用場景，解決了常用的區(qū)域目標觀測任務規(guī)劃方法中未實現(xiàn)集中式統(tǒng)籌規(guī)劃，算法兼容性差、適用性低、時效性差等一攬子系統(tǒng)性問題，有助于實現(xiàn)巨型遙感星座的即時觀測。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護點】
1.一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，其特征在于，步驟1中，計算每個區(qū)域目標的邊界拐點經(jīng)緯坐標數(shù)據(jù)集的最大值與最小值，獲得外接矩形的4個頂點的經(jīng)緯坐標，由此生成對應區(qū)域目標的外接矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，其特征在于，步驟1中，以每個區(qū)域目標的外接矩形的左上角頂點為起點，按順時針方向從左到右、自上而下在對應區(qū)域目標中設(shè)置六邊形參考網(wǎng)格，每個六邊形參考網(wǎng)格的邊長為L/n，其中L為巨型遙感星座的典型成像幅寬，n為經(jīng)驗參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2中，依據(jù)中國及周期地區(qū)優(yōu)于其他地區(qū)、人口多的城市優(yōu)于人口稀少的地區(qū)的原則，?配置步驟1得到的每個參考網(wǎng)格的優(yōu)先級P1ij。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2中，依據(jù)全球地形地貌數(shù)據(jù)信息，制定不同行業(yè)用戶對每個參考網(wǎng)格觀測需求的優(yōu)
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2中，按時段配置對每個參考網(wǎng)格觀測的衛(wèi)星成像載荷的優(yōu)先級P3ij。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2中，依據(jù)單次觀測任務的重要程度、緊急程度，配置每個參考網(wǎng)格的觀測任務的優(yōu)先級P4ij。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2中，每個參考網(wǎng)格的觀測綜合優(yōu)先級P為優(yōu)先級P1ij、優(yōu)先級P2ij、優(yōu)先級P3ij、優(yōu)先級P4ij的加權(quán)和。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，其特征在于，步驟3中，根據(jù)衛(wèi)星能力參數(shù)信息中的有效載荷類型來制定星座任務預分配策略，星座任務預分配策略為：當?shù)胤綍r為白天時，按可見光載荷>SAR載荷>高光譜載荷>電子載荷的原則選用成像衛(wèi)星；當?shù)胤綍r為黑夜時，按紅外載荷>SAR載荷>電子載荷>可見光載荷的原則選用成像衛(wèi)星。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，其特征在于，步驟4中，制定的衛(wèi)星數(shù)傳方案優(yōu)化策略為：應急成像任務優(yōu)先下傳、實拍實傳組合次之下傳、成像回放下傳組合最次之下傳。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，其特征在于，步驟1中，計算每個區(qū)域目標的邊界拐點經(jīng)緯坐標數(shù)據(jù)集的最大值與最小值，獲得外接矩形的4個頂點的經(jīng)緯坐標，由此生成對應區(qū)域目標的外接矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，其特征在于，步驟1中，以每個區(qū)域目標的外接矩形的左上角頂點為起點，按順時針方向從左到右、自上而下在對應區(qū)域目標中設(shè)置六邊形參考網(wǎng)格，每個六邊形參考網(wǎng)格的邊長為l/n，其中l(wèi)為巨型遙感星座的典型成像幅寬，n為經(jīng)驗參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2中，依據(jù)中國及周期地區(qū)優(yōu)于其他地區(qū)、人口多的城市優(yōu)于人口稀少的地區(qū)的原則，?配置步驟1得到的每個參考網(wǎng)格的優(yōu)先級p1ij。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2中，依據(jù)全球地形地貌數(shù)據(jù)信息，制定不同行業(yè)用戶對每個參考網(wǎng)格觀測需求的優(yōu)先級p2ij。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向區(qū)域目標的巨型遙感星座任務規(guī)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：連曉斌，王玉鑫，寧昕，魏琳森，曹煦陽，王弘炎，劉蘇毅，
申請(專利權(quán))人：西北工業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。