本發明專利技術公開一種合成成像衛星元任務的方法及裝置，能夠節省衛星資源。所述方法包括：獲取處于同一成像衛星傳感器的視場角范圍內的多個元任務；根據多個元任務生成第一中間任務和第二中間任務；第一中間任務的側擺角、時間窗口的開始時間、結束時間和最短執行時長分別為θx、wsx、wex和dx，第二中間任務的側擺角、時間窗口的開始時間、結束時間和最短執行時長分別為θy、wsy、wey和dy；判斷θx、wsx、wex和dx，以及θy、wsy、wey和dy是否滿足預設的條件，若滿足，則將多個元任務合成為合成任務。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及成像衛星任務合成
，具體涉及一種合成成像衛星元任務的方 法及裝置。
技術介紹
成像衛星具有一次成像范圍大、成像成本低等特點，已廣泛應用于國防、環保、農 業、氣象、災害應急等領域。然而，成像衛星研制、發射和維護成本高，盡管隨著衛星應用技 術的發展，越來越多的成像衛星升入太空，但相對于人類日益增長的成像需求，衛星資源仍 然異常寶貴。為了最優化地利用成像衛星資源，衛星任務規劃尤為重要。衛星任務規劃即 綜合考慮衛星成像能力及任務需求等約束，以安排任務收益和最大為優化目標，確定要執 行的任務及執行這些任務的時間窗起止時間。一些典型的任務規劃算法包括貪婪算法，禁 忌搜索，線性規劃算法，遺傳算法，進化算法，啟發式算法，拉格朗日松弛技術等。 當不同成像任務對應的觀測目標相距較近時，可通過調整星載傳感器的成像側擺 角，延長傳感器的開機時間，對多個觀測目標進行任務合成觀測。衛星成像任務合成是指 按照一定規則把若干個能被一顆衛星一次過境執行的元任務合并成一個任務。如圖2 (a0) 和2 (al)所示，一個衛星的傳感器在經過觀測目標上空時，以一定的幅寬和長度拍攝一個 條帶。條帶的長度和寬度由衛星的高度，傳感器的視場角，傳感器的側擺角和傳感器的持續 觀測時間決定。一般而言，衛星的高度和傳感器視場角是固定的，我們可以通過調整傳感器 的側擺角和持續觀測時間來決定覆蓋觀測目標條帶的位置與大小。本文所研究的成像目標 為點目標，衛星一次觀測即可完成成像。一個觀測目標可以視為一個元任務，而臨近的兩個 或多個任務可以合并為一個任務。如圖2(b0)、2(bl)、2(c0)和2(cl)所示，兩個觀測任務 Tl和T2可以合并成一個任務，通過衛星的一次拍攝就可以完成。研究衛星成像任務合成 有著重要的意義。首先，這可以避免衛星頻繁的側擺活動，減少開關機次數，有利于保護衛 星傳感器。其次，一些成像衛星每個軌道圈次內的側視成像次數具有嚴格限制，取任務合成 觀測，那么衛星飛行一圈能完成更多的觀測任務。另外，任務合成可以減少任務規劃的解空 間，提高衛星的使用率。因此，考慮任務合成對提高現有成像衛星的觀測能力至關重要。任 務合成對于衛星減少傳感器開關機次數及側擺次數，減少能量消耗，完成更多任務具有重 要的意義。 衛星任務合成方法應用于衛星任務規劃中時，我們需要判斷兩個元任務什么情況 下可以進行合成，以及怎樣構建合成任務。如圖2 (a0)和2 (al)所示，地面上的目標，能被 衛星一次過境完成觀測，那么稱之為元任務。令S= {Sl，S2，…，％}表示成像衛星資源集 合。一個元任務通常綁定一個時間窗口 C 任務執行時長和一個側擺 角#，其中丨和M表示時間窗口的開始時間和結束時間。為方便表示，本文以下部分中 省略上標s。舉例來說，第s個衛星上的第i個元任務則表示為T1= (Wud1, Θ J。 任務1\若能夠被一顆衛星執行，那么必然是在此衛星的可見時間窗口中選擇一段 不少于山的時段，gp 其中tsjP te ;分別表示任務開始執行的時刻和結束的時刻，ws ;和we ;也分別是 任務!\的最早開始時間isf和最晚結束時間tef s 假設Tli j是一個合成任務，它由兩個元任務T JP T j合成。當實際執行T u的時間 大于任務所需要的執行時長Clli,時，那么將會浪費一部分寶貴的衛星資源來完成這個任務。 合成任務時間窗口的冗余時間指的是，當任務的實際執行時間大于任務所需要的 執行時間時，即那么時間窗口中有一部分時間被浪費，這部分時間被稱為 冗余時間。 從圖2 (a0)和2 (al)可知，地面目標1，2,和3可以作為3個元任務T1, TjPT3，通 過兩顆衛星完成觀測成像。如圖2 (b0)、2 (bl)、2 (cO)和2 (cl)所示，衛星也可以通過執行合 成任務Tli2和元任務T 3來完成對這三個目標的成像。圖2 (b0)和2 (bl)與2 (cO)和2 (cl) 的不同之處在于，前者的合成時間窗口中存在冗余時間，而后者并沒有。 -些對考慮任務合成的衛星任務規劃問題的研究認為，若成像任務TJPT2能夠進 行合成，必須滿足以下兩個條件: ，. 其中Δ ds，Δ Θ s分別表示衛星s的單次成像開機時間和視場角。 若成像任務1\和T 2能夠進行合成，那么合成任務1\2的時間窗口和側擺角為： 這種常規合成方式沒有考慮合成任務的執行時長。任務的執行時長是指根據成像 衛星的軌道參數和成像任務的地理位置所計算出的，是衛星對該任務進行成像的時間。在 任務調度的過程中這個時間不會變化，因而也可以看成是成像任務的一種屬性。當衛星軌 道較高或星載傳感器視場范圍較大時，衛星的可見時間窗口長度往往大于衛星對目標觀測 所需的實際時間，衛星執行成像任務僅需在可見時間窗口中選取一段時間成像即可。這種 任務合成的方式，使得合成時間窗口中存在冗余時間，如圖2(b0)和2(bl)所示。在衛星任 務規劃中，若采取上述常規任務合成的思想，有可能導致有些原本可以合成的任務無法合 成，同時合成的成像任務要求的成像持續時間不是理論上的最短時間；另外，合成后的成像 側擺角也不是理論上最小的能同時觀測到任務!\和T 2對應觀測目標的成像側擺角。 由此可知，常規的任務合成方法構造的合成任務不能充分利用衛星資源，從而造 成衛星資源的浪費。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，提供一種合成成像衛星元任務的方法及裝置，能夠充分利用 衛星資源，從而能夠節省衛星資源。 為此目的，一方面，本專利技術提出一種合成成像衛星元任務的方法，包括： S1，獲取處于同一成像衛星傳感器的視場角范圍內的多個元任務T1JyT3，…，Tn; S2,根據所述多個元任務T1, T2, T3，…，1；生成第一中間任務和第二中間任務；所 述第一中間任務的側擺角、時間窗口的開始時間、結束時間和最短執行時長分別為Θ x、WSx、 weJP d x，所述第二中間任務的側擺角、時間窗口的開始時間、結束時間和最短執行時長分 別為 Θ y、wsy、wejP dy; S3,判斷所述θ x、wsx、wejP d x，以及所述Θ y、wsy、wejP d y是否滿足 (wsy+dy) - (wex_dx)彡 Δ ds (wsx< ws y)以及 I θ χ- Θ y I 彡 Δ Θ s 或（wsx+dx)-(wey_dy)彡 Δ ds(wsy〈wsx)以及 I θ χ-θ y| 彡 Δ θ s， 其中，所述Δ ds，Δ θ 3分別表示所述成像衛星s的單次成像開機時間和視場角， 若滿足，則將所述多個元任務TpTyT3，…，Tn合成為合成任務， 若滿足 (wsy+dy)-(wex_d x)彡 Δ ds(wsx< ws y)以及 I θ χ-Θ y| 彡 Δ Θ s， 所述合成任務的側擺角為θ _,，[1 2 'r 所述合成任務的時間窗口的開始時間為wsx,y， 所述合成任務的時間窗口的結束時間為wex,y， 右倆疋 (wsx+dx)-(wey_d y)彡 Δ ds(wsy〈wsx)以及 I θ χ-Θ y| 彡 Δ Θ s， 所述合成任務的側擺角為0x y， 另一方面，本專利技術提出一種合成成像衛星元任務的裝置，包括： 獲取單元，用本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種合成成像衛星元任務的方法，其特征在于，包括：S1，獲取處于同一成像衛星傳感器的視場角范圍內的多個元任務T1，T2，T3，…，Tn；S2，根據所述多個元任務T1，T2，T3，…，Tn生成第一中間任務和第二中間任務；所述第一中間任務的側擺角、時間窗口的開始時間、結束時間和最短執行時長分別為θx、wsx、wex和dx，所述第二中間任務的側擺角、時間窗口的開始時間、結束時間和最短執行時長分別為θy、wsy、wey和dy；S3，判斷所述θx、wsx、wex和dx，以及所述θy、wsy、wey和dy是否滿足(wsy+dy)?(wex?dx)≤Δds(wsx≤wsy)以及|θx?θy|≤Δθs或(wsx+dx)?(wey?dy)≤Δds(wsy<wsx)以及|θx?θy|≤Δθs，其中，所述Δds，Δθs分別表示所述成像衛星s的單次成像開機時間和視場角，若滿足，則將所述多個元任務T1，T2，T3，…，Tn合成為合成任務，其中，若滿足(wsy+dy)?(wex?dx)≤Δds(wsx≤wsy)以及|θx?θy|≤Δθs，所述合成任務的側擺角為θx,y，θx,y=max{θx-Δθs2,0},ifθx≥0,|θx|≥|θy|min{θx+Δθs2,0},ifθx<0,|θx|≥|θy|max{θy-Δθs2,0},ifθy≥0,|θy|>|θx|min{θy+Δθs2,0},ifθy<0,|θy|>|θx|,]]>所述合成任務的時間窗口的開始時間為wsx,y，wsx,y=wex-dx,if|Wx∩Wy|≤min(dx,dy)min{wsy,max(wsx,wsy+dy-dx)},else,]]>所述合成任務的時間窗口的結束時間為wex,y，wex,y=wsy+dy,if|Wx∩Wy|≤min(dx,dy)min(wex-dx,wey-dy)+max{dx,dy},else,]]>所述合成任務的最短執行時長為dx,y，dx,y=wsy+dy-(wex-dx),if|Wx∩Wy|≤min(dx,dy)max{dx,dy},else,]]>其中，若滿足(wsx+dx)?(wey?dy)≤Δds(wsy<wsx)以及|θx?θy|≤Δθs，所述合成任務的側擺角為θx,y，θx,y=max{θy-Δθs2,0},ifθy≥0,|θy|≥|θx|min{θy+Δθs2,0},ifθy<0,|θy|≥|θx|max{θx-Δθs2,0},ifθx≥0,|θx|>|θy|min{θx+Δθs2,0},ifθx<0,|θx|>|θy|,]]>所述合成任務的時間窗口的開始時間為wsx,y，wsx,y=wey-dy,if|Wx∩Wy|≤min(dx,dy)min{wsx,max(wsy,wsx+dx-dy)},else,]]>所述合成任務的時間窗口的結束時間為wex,y，wex,y=wsx+dx,if|Wx∩Wy|≤min(dx,dy)min(wey-dy,wex-dx)+max{dx,dy},else,]]>所述合成任務的最短執行時長為dx,y，dx,y=wsx+dx-(wey-dy),if|Wx∩Wy|≤min(dx,dy)max{dx,dy},else.]]>...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：唐宏，吳立新，牛曉楠，
申請(專利權)人：北京師范大學，
類型：發明
國別省市：北京;11
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