本發明專利技術涉及航天技術領域，具體公開一種高軌衛星觀測任務的規劃方法，包括：步驟S10，采用隨機森林分類器作為關聯規則構建空間目標態勢評估模型，將空間目標觀測信息作為輸入信息，得到空間目標態勢評估結果和當前時刻觀測的空間目標任務與下一時刻潛在觀測的空間目標任務；步驟S20，根據決策變量、觀測任務收益目標函數、衛星資源消耗目標函數、高軌衛星的空間位置幾何關系、高軌衛星受自身性能及空間目標屬性的限制條件，構建約束條件；步驟S30，將滿足約束條件的多個空間目標任務進行任務合成，得到合成任務；步驟S40，根據自適應混合多策略改進差分進化算法對合成任務和空間目標態勢評估結果進行求解，得到高軌衛星觀測任務規劃的最優方案。務規劃的最優方案。務規劃的最優方案。
【技術實現步驟摘要】
一種高軌衛星觀測任務的規劃方法
[0001]本專利技術涉及航天
，具體涉及一種高軌衛星觀測任務的規劃方法。
技術介紹
[0002]近年來空間技術飛速發展，全球范圍內航天發射活動激增，空間目標種類及數量大幅度增加，空域環境日益復雜。為此，國內外對空間目標觀測提出了更高的要求，獲取空間態勢信息對空間目標進行觀測，以使得合理利用空間資源是航天技術應用領域中不可避免的研究問題。
[0003]高軌衛星的觀測覆蓋廣，觀測時間長，且具有獨特的地理優勢，使得高軌衛星觀測任務規劃在通信、遙感、氣象等領域發揮著越來越重要的作用。高軌衛星觀測任務規劃是指在復雜的空域環境中，根據高軌衛星以及空間目標所在的空間位置，名稱/編號等空間信息，合理規劃高軌衛星的觀測軌道信息、觀測時間及觀測角度對空間目標開展持續觀測，為空間安全提供理論和技術支持。
[0004]目前，針對空間目標觀測的高軌衛星任務規劃仍存在以下問題：1）空間目標態勢感知是指根據空間目標和空間環境等信息進行感知，為高軌衛星下一時刻潛在觀測空間目標任務提供預測，為高軌衛星觀測任務規劃提供數據參考。因此，如何根據空間目標觀測信息構建空間目標態勢感知評估模型，是高軌衛星觀測任務規劃的一大問題；2）高軌衛星觀測任務規劃需考慮高軌衛星在空域環境中受到空間位置幾何位置光照影響，以及空間目標觀測的復雜多約束，現有高軌衛星任務規劃研究還不夠完善，如何構建考慮空間位置幾何約束和空間目標任務約束條件的高軌衛星觀測模型是高軌衛星觀測任務規劃仍需克服的又一問題；3）高軌衛星觀測任務規劃在復雜任務環境下存在復雜多約束，這些約束使得可行解數量減少，求解問題復雜度和計算復雜度呈指數增長。因此，如何快速和準確求解較優的任務規劃方案是高軌衛星觀測任務規劃需要解決的又一問題。
技術實現思路
[0005]針對現有技術的不足，本專利技術提供一種高軌衛星觀測任務的規劃方法，旨在獲取空間態勢信息對空間目標進行持續準確的觀測，合理規劃高軌衛星對空間目標的觀測任務。
[0006]本專利技術的高軌衛星觀測任務的規劃方法，包括：步驟S10，采用隨機森林分類器作為關聯規則構建空間目標態勢評估模型，將空間環境下的空間目標觀測信息作為空間目標態勢評估模型的輸入信息，得到所述空間目標態勢評估模型輸出的空間目標態勢評估結果和當前時刻觀測的空間目標任務與下一時刻潛在觀測的空間目標任務；步驟S20，根據高軌衛星觀測任務規劃的決策變量、觀測任務收益目標函數、衛星
資源消耗目標函數、高軌衛星在空間目標觀測過程中的空間位置幾何關系、高軌衛星在任務規劃過程中受自身性能及空間目標屬性的限制條件，構建高軌衛星觀測的空間目標任務的約束條件；步驟S30，將高軌衛星視場角范圍內滿足所述約束條件的多個空間目標任務進行任務合成，得到合成任務；步驟S40，根據自適應混合多策略改進差分進化算法對所述合成任務和所述空間目標態勢評估結果進行求解，得到高軌衛星觀測任務規劃的最優方案。
[0007]在一種可能的實現方式中，所述步驟S10，包括：步驟S11，對從高軌衛星獲取的空間目標觀測信息進行數據處理，得到半結構化的空間目標數據；步驟S12，根據空間目標的屬性對所述半結構化的空間目標數據進行等價劃分，得到所述空間目標態勢評估模型的原始數據；步驟S13，采用所述隨機森林分類器對所述原始數據進行特征提取，得到所述空間目標態勢評估模型輸出的空間目標態勢評估結果和當前時刻觀測的空間目標任務與下一時刻潛在觀測的空間目標任務。
[0008]在一種可能的實現方式中，在所述S10之前，還包括：根據空間目標的特征生成關聯規則；所述特征至少包括空間目標的位置、名稱和用途；將相同屬性的所述關聯規則組成決策樹；通過多個表示空間目標不同屬性的決策樹，構成隨機森林分類器。
[0009]在一種可能的實現方式中，所述步驟S20包括：步驟S21，根據以下公式構建高軌衛星觀測任務規劃的決策變量：；步驟S22，根據以下公式構建高軌衛星觀測任務規劃的觀測任務收益目標函數：；其中，表示空間目標任務數量，表示高軌衛星數量，表示該空間目標任務的時間窗口個數，表示觀測任務收益；步驟S23，根據以下公式構建衛星資源消耗目標函數：；其中，、分別表示高軌衛星第i個任務及第i+1個任務的側擺角度，表示所需的衛星載荷開關機次數。
[0010]在一種可能的實現方式中，所述高軌衛星在空間目標觀測過程中的空間位置幾何
關系包括：地球與高軌衛星和空間目標之間的幾何位置關系、月球與高軌衛星和空間目標之間的幾何位置關系、太陽與高軌衛星和空間目標之間的幾何位置關系。
[0011]在一種可能的實現方式中，所述高軌衛星在任務規劃過程中受自身性能及空間目標屬性的限制條件包括：高軌衛星執行空間目標觀測成像需滿足的觀測成像時間約束、高軌衛星執行下一時刻空間目標任務側擺角轉換滿足高軌衛星傳感器動作切換時間約束、一個衛星資源在同一時刻只能完成一項任務、合成任務間轉換時間應小于兩合成任務的間隔時間且合成任務內元任務的側擺角度在高軌衛星遙感器視場角范圍內。
[0012]在一種可能的實現方式中，所述步驟S30包括：步驟S31，根據高軌衛星與空間目標的可見時間窗，確定高軌衛星的觀測信息和軌道信息；步驟S32，將滿足所述約束條件的空間目標，按照觀測時間進行排序；步驟S33，通過調整高軌衛星的側擺角，將多個滿足所述約束條件的空間目標納入觀測條帶范圍；步驟S34，對納入觀測條帶范圍內的所述空間目標進行任務合成，得到合成任務。
[0013]在一種可能的實現方式中，所述S40包括：步驟S41，根據所述空間目標觀測信息和所述空間目標態勢評估結果，隨機生成若干種群個體；每個個體對應一個高軌衛星觀測任務規劃方案；步驟S42，根據所述種群個體的適應度值進行排序，確定所述種群個體的類型；每個所述類型對應一種變異策略；步驟S43，在變異過程中，目標向量根據不同的變異策略，同時產生不同的變異向量，通過交叉操作生成三個不同的實驗向量，通過當前的最優個體與所述目標向量生成下一代的種群個體；以及當達到最大迭代次數時，將當前種群中的最優種群個體作為高軌衛星觀測任務規劃的最優方案。
[0014]在一種可能的實現方式中，所述步驟S40之后，還包括，步驟S50，對所述最優方案進行評估，得到所述最優方案的多個評價指標；所述評價指標包括：最高任務收益、平均任務收益、最低任務收益、最高資源消耗、平均資源消耗、最低資源消耗。
[0015]在一種可能的實現方式中，所述步驟S50包括：步驟S51，根據以下公式計算表示高軌衛星對空間目標任務的觀測收益的最大值，作為最高任務收益：；步驟S52，根據以下公式計算表示高軌衛星對空間目標任務的觀測收益的平均值，作為平均任務收益：；
步驟S53，根據以下公式計算表示高軌衛星對空間目標任務的觀測收益的最小值，作為最低任務收益：；步驟S54，根據以下公式計算表示高軌衛星對空間目標任務的衛星資源消耗最大值，作為最高資源消耗：；步驟S55，根據以下公式計算表示高軌衛星對空間目標任務的衛星資源消耗平均本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種高軌衛星觀測任務的規劃方法，其特征在于，包括：步驟S10，采用隨機森林分類器作為關聯規則構建空間目標態勢評估模型，將空間環境下的空間目標觀測信息作為空間目標態勢評估模型的輸入信息，得到所述空間目標態勢評估模型輸出的空間目標態勢評估結果和當前時刻觀測的空間目標任務與下一時刻潛在觀測的空間目標任務；步驟S20，根據高軌衛星觀測任務規劃的決策變量、觀測任務收益目標函數、衛星資源消耗目標函數、高軌衛星在空間目標觀測過程中的空間位置幾何關系、高軌衛星在任務規劃過程中受自身性能及空間目標屬性的限制條件，構建高軌衛星觀測的空間目標任務的約束條件；步驟S30，將高軌衛星視場角范圍內滿足所述約束條件的多個空間目標任務進行任務合成，得到合成任務；步驟S40，根據自適應混合多策略改進差分進化算法對所述合成任務和所述空間目標態勢評估結果進行求解，得到高軌衛星觀測任務規劃的最優方案。2.根據權利要求1所述的規劃方法，其特征在于，所述步驟S10，包括：步驟S11，對從高軌衛星獲取的空間目標觀測信息進行數據處理，得到半結構化的空間目標數據；步驟S12，根據空間目標的屬性對所述半結構化的空間目標數據進行等價劃分，得到所述空間目標態勢評估模型的原始數據；步驟S13，采用所述隨機森林分類器對所述原始數據進行特征提取，得到所述空間目標態勢評估模型輸出的空間目標態勢評估結果和當前時刻觀測的空間目標任務與下一時刻潛在觀測的空間目標任務。3.根據權利要求1所述的規劃方法，其特征在于，在所述S10之前，還包括：根據空間目標的特征生成關聯規則；所述特征至少包括空間目標的位置、名稱和用途；將相同屬性的所述關聯規則組成決策樹；通過多個表示空間目標不同屬性的決策樹，構成隨機森林分類器。4.根據權利要求1所述的規劃方法，其特征在于，所述步驟S20包括：步驟S21，根據以下公式構建高軌衛星觀測任務規劃的決策變量：；步驟S22，根據以下公式構建高軌衛星觀測任務規劃的觀測任務收益目標函數：；其中，表示空間目標任務數量，表示高軌衛星數量，表示該空間目標任務的時間窗口個數，表示觀測任務收益；步驟S23，根據以下公式構建衛星資源消耗目標函數：
；其中，、分別表示高軌衛星第i個任務及第i+1個任務的側擺角度，表示所需的衛星載荷開關機次數。5.根據權利要求1所述的規劃方法，其特征在于，所述高軌衛星在空間目標觀測過程中的空間位置幾何關系包括：地球與高軌衛星和空間目標之間的幾何位置關系、月球與高軌衛星和空間目標之間的幾何位置關系、太陽與高軌衛星和空間目標之間的幾何位置關系。6.根據權利要求1所述的規劃方法，其特征在于，所述高軌衛星在任務規劃過程中受自身性能及空間目標屬性的限制條件包括：高軌衛星執行空間目標觀測成像需滿足的觀測成像時間...
【專利技術屬性】
技術研發人員：胡敏，楊學穎，黃剛，阮永井，薛文，陶雪峰，殷智勇，王詩涵，
申請(專利權)人：中國人民解放軍戰略支援部隊航天工程大學，
類型：發明
國別省市：
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