【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種針對敏捷成像衛星的成像任務序列執行時間優化方法，屬于航天器自主任務規劃領域。
技術介紹
1、敏捷成像衛星具備滾動、俯仰、偏航的快速機動能力，同時在成像過程中還可以實時調整視軸的指向。因此，可利用其俯仰姿態機動能力對觀測目標進行前視、正視或后視，從而具備在一個較寬的時間窗口內自由選擇觀測開始時刻。并可針對局部區域的多個成像任務，通過調整不同的成像俯仰角，來消解任務間的時間沖突，從而提高衛星一次過境的拍照目標數量。
2、但是，敏捷衛星在顯著提高任務執行能力的同時，其任務規劃也變得更為復雜和困難，除了需要選擇觀測任務和觀測時間窗口之外，還需要確定成像時間有沖突的不同觀測任務的次序、成像任務在其時間窗內的具體開始時刻以及掃描條帶的走向。
3、對一般敏捷成像衛星來說，雖然每個任務均存在一個可自由調整的執行時機時間窗，但從成像分辨率來說，每個任務存在一個最優的成像時機，即為俯仰零姿態時刻，此時相機對目標成像取得最高分辨率。而對局部區域的多個成像任務來說，受衛星機動能力、可見時間窗口等限制，使得不可能每個任務均取得最優時間點，因此迫切需要開發相關優化方法，實現一個成像任務序列的成像時間點取得整體最優。因此傳統的僅支持側擺成像衛星的任務規劃方法不再適用，需要針對尋找新的解決方法。
技術實現思路
1、本專利技術解決的技術問題是：提出了一種基于鄰域尋優的敏捷成像衛星任務序列時間優化方法，根據給定成像序列和衛星姿態機動能力約束，特別是針對局部區域的多個成像任務序
2、本專利技術的技術解決方案是：一種基于鄰域尋優的敏捷成像衛星任務序列時間優化方法，包括步驟如下：
3、(1)確定優化的敏捷成像衛星任務序列，包括可執行成像任務序列σσ、任務序列的執行時間序列σt、任務屬性中與執行時間相關的狀態變量序列∑x、任務序列的權重系數序列∑ω以及任務的容許執行時間窗口范圍序列∑win；其中各個序列中的元素個數均為n，即序列任務個數為n；
4、(2)進行參數初始化，包括任務序列時間優化成功標志flagopt、迭代循環次數nopt1、連續優化不成功次數nopt2以及時間調整系數kt；
5、(3)根據序列任務個數n確定單次優化的鄰域子集個數m，保存序列∑t和∑x的初始值為∑t′和σx′；
6、(4)進行循環優化，具體包括：
7、(4.1)計算得到各個任務的最優執行時間差序列δ＝{δ1δ2…δn}和序列平均最優絕對執行時間差
8、(4.2)計算任務σi在優化過程中被選中的概率pi；
9、(4.3)進行時間搜索系數kt的調整：
10、(4.4)進行局部優化；
11、(4.5)進行局部優化結果的有效性判斷；
12、對m次計算結果，求得的最小值，m∈[1m]，設為
13、若則本次循環優化有效果，置flagopt＝1，并令否則置flagopt＝0；
14、(4.6)進行連續優化不成功的判斷；
15、若flagopt＝0，則連續優化不成功次數nopt2加1；否則，令nopt2＝0；
16、(4.7)令迭代循環次數nopt1加1；
17、(4.8)當總的優化次數nopt1大于等于maxn1，或者連續優化不成功次數nopt2大于等于maxn2，優化結束，輸出優化后的σt和∑x；其中，maxn1，maxn2為預設閾值，均為大于0的正整數。
18、進一步的，可執行成像任務序列為∑σ＝{σ1σ2...σn}，任務序列的執行時間序列為∑t＝{t1?t2...tn}，任務屬性中與執行時間相關的狀態變量序列為∑x＝{x1?x2...xn}，任務序列的權重系數序列為σω＝{ω1ω2...ωn}，任務的容許執行時間窗口范圍序列為∑win＝{win1?win2...winn}；
19、其中，n為序列任務個數，σi表示一個獨立的成像任務，i∈[1n]；
20、任務的權重系數ωi與任務的優先級正相關，優先級越高，權重系數越大；
21、wini＝{tfi,tmi,thi}中，i∈[1n]，tfi代表任務σi的執行時刻的最小值，thi代表任務σi執行時刻的最大值，tmi代表任務σi執行時刻的最優值。
22、進一步的，所述進行參數初始化，具體包括：初始設置任務序列時間優化成功標志flagopt＝1，迭代循環次數nopt1＝0，連續優化不成功次數nopt2＝0，時間調整系數kt＝0.5。
23、進一步的，所述根據序列任務個數n確定單次優化的鄰域子集個數m，具體為：
24、m＝min(4,ceil(0.5*n))
25、函數ceil(x)表示取大于或等于x的最小整數，函數min(x,y)為取較小值函數。
26、進一步的，所述步驟(4.1)中最優執行時間差序列δ＝{δ1δ2...δn}中，δi＝ti-tmi，i∈[1n]，
27、序列平均最優絕對執行時間差計算如下：
28、ωi為權重系數。
29、進一步的，計算任務σi在優化過程中被選中的概率pi，具體為：
30、進一步的，所述步驟(4.3)進行時間搜索系數kt的調整，具體為：
31、令kt,old＝kt，若flagopt＝1，則kt＝mkup·kt,old；否則kt＝mkdown·kt,old。其中mkup取值在[1.0?2.0]之間，mkdown取值在[0.5?1.0]之間；并將kt值限制在[0.2?1.5]之間。
32、進一步的，
33、所述步驟(4.4)進行局部優化，具體為按如下步驟循環m次計算：
34、(4.4.1)將∑t和∑x的值恢復為歷史保存值，即σt＝∑t′，∑x＝∑x′；
35、(4.4.2)按照各個任務被選中的概率pi，i∈[1n]，隨機從序列∑σ中選取一個任務，設為σj，j∈[1n]；
36、(4.4.3)計算本次時間修正量：δtadd＝kt·δj·km，其中km取位于區間[0?1]之間的隨機數；
37、(4.4.4)限制δtadd的上下限，若則令若δtadd|<mkminadd，則令δtadd＝mkminadd·sign(δtadd)；mkminadd是預設閾值，mkminadd>0；
38、(4.4.5)更新任務σj的執行時刻，令tj＝tj+δtadd，即令tj+δtadd更新tj；若tj>thj，則令tj＝thj；若tj<tfj，則令tj＝tfj，并同步更新任務σj中隨時間tj變化而變化的變量xj；
39、(4.4.6)若j＝n，則置flag＝1，退出計算；若j<n，根據更新后的tj和xj，計算任務σj和σj+1的最短任本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于鄰域尋優的敏捷成像衛星任務序列時間優化方法，其特征在于包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于鄰域尋優的敏捷成像衛星任務序列時間優化方法，其特征在于：可執行成像任務序列為∑σ＝{σ1σ2...σN}，任務序列的執行時間序列為∑t＝{t1?t2...tN}，任務屬性中與執行時間相關的狀態變量序列為ΣX＝{X1?X2...XN}，任務序列的權重系數序列為Σω＝{ω1ω2…ωN}，任務的容許執行時間窗口范圍序列為ΣWIN＝{WIN1WIN2...WINN}；
3.根據權利要求1所述的一種基于鄰域尋優的敏捷成像衛星任務序列時間優化方法，其特征在于：所述進行參數初始化，具體包括：初始設置任務序列時間優化成功標志Flagopt＝1，迭代循環次數nopt1＝0，連續優化不成功次數nopt2＝0，時間調整系數kt＝0.5。
4.根據權利要求1所述的一種基于鄰域尋優的敏捷成像衛星任務序列時間優化方法，其特征在于：所述根據序列任務個數N確定單次優化的鄰域子集個數M，具體為：
5.根據權利要求1所述的一種基于鄰域尋優的敏捷成像衛星任務序列時間
6.根據權利要求5所述的一種基于鄰域尋優的敏捷成像衛星任務序列時間優化方法，其特征在于：計算任務σi在優化過程中被選中的概率pi，具體為：
7.根據權利要求1所述的一種基于鄰域尋優的敏捷成像衛星任務序列時間優化方法，其特征在于：所述步驟(4.3)進行時間搜索系數kt的調整，具體為：
8.根據權利要求1所述的一種基于鄰域尋優的敏捷成像衛星任務序列時間優化方法，其特征在于：
9.一種非易失性存儲介質，其特征在于，包括：計算機程序產品，當所述計算機程序產品被執行時執行權利要求1～8任一項所述的基于鄰域尋優的敏捷成像衛星任務序列時間優化方法。
10.一種計算機程序產品，其特征在于，該計算機程序產品被處理器執行時實現權利要求1～8任一項所述的基于鄰域尋優的敏捷成像衛星任務序列時間優化方法。
...【技術特征摘要】
1.一種基于鄰域尋優的敏捷成像衛星任務序列時間優化方法，其特征在于包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于鄰域尋優的敏捷成像衛星任務序列時間優化方法，其特征在于：可執行成像任務序列為∑σ＝{σ1σ2...σn}，任務序列的執行時間序列為∑t＝{t1?t2...tn}，任務屬性中與執行時間相關的狀態變量序列為σx＝{x1?x2...xn}，任務序列的權重系數序列為σω＝{ω1ω2…ωn}，任務的容許執行時間窗口范圍序列為σwin＝{win1win2...winn}；
3.根據權利要求1所述的一種基于鄰域尋優的敏捷成像衛星任務序列時間優化方法，其特征在于：所述進行參數初始化，具體包括：初始設置任務序列時間優化成功標志flagopt＝1，迭代循環次數nopt1＝0，連續優化不成功次數nopt2＝0，時間調整系數kt＝0.5。
4.根據權利要求1所述的一種基于鄰域尋優的敏捷成像衛星任務序列時間優化方法，其特征在于：所述根據序列任務個數n確定單次優化的鄰域子集個數m，具體為：
5.根...
【專利技術屬性】
技術研發人員：田科豐，雷冰瑤，李博文，楊曉龍，李敏，車汝才，常新亞，王喻林，劉羽白，諶穎，
申請(專利權)人：北京控制工程研究所，
類型：發明
國別省市：
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