[发明专利]面向动态环境的成像卫星自主任务规划方法

说明书

本发明公开了一种面向动态环境的成像卫星自主任务规划方法，它涉及国防建设技术领域；它的方法为：步骤一：卫星自主任务规划问题：(1.1)、问题描述与分析；(1.2)、云层覆盖时间窗计算；(1.3)、符号说明与建模；步骤二：自主任务规划方法；本发明首先对卫星自主任务规划问题进行描述、分析与建模，针对自主任务规划的需求，充分考虑了卫星的资源约束、动态环境变化及其它约束条件，进而提出了面向动态环境的成像卫星自主任务规划方法，制定了任务规划优化策略，合理安排卫星资源，以期最大限度地发挥卫星效能，最后建立不同规模的问题算例进行重复实验，能够在保证成像数量的情况下，有效利用卫星资源。

技术领域：

本发明涉及国防建设技术领域，具体涉及一种面向动态环境的成像卫星自主任务规划方法。

背景技术：

对地观测技术是国防建设的重要组成部分，它可以方便地进行全球侦查、导弹试验跟踪、打击毁伤评估等工作，对于维护我国陆海空天电权益起着重要作用；同时对国民经济和社会的发展也发挥着积极的作用，在环境保护、国土普查、抗震减灾等方面得到广泛应用，已成为国家综合实力的重要标志。

成像卫星作为对地观测的一种重要工具，通过对精确制导武器的跟踪观测，获取了丰富的飞行和毁伤效果数据，在新时期精确制导武器的研发试验过程中发挥积极作用。然而面对复杂战场环境，如何获取更有效的观测数据以提高成像卫星的使用效益，是需要深入研究的问题，其中任务规划技术是解决问题的关键环节，其目的主要是解决成像卫星安排任务过程中的资源利用和任务冲突问题，优化卫星的使用效益。传统卫星使用过程中，其在轨执行的任务都是由地面管控中心事先做好计划方案，每一步动作的指令都是通过测控中心统一上注给卫星，而后再由卫星顺序执行。卫星处于一个复杂的环境，完全依靠地面测控中心对卫星进行管理，要求星地之间有足够的通信时间以及相对稳定的运行环境，由于星地交互频繁，这种方式的运行维护成本较高。

随着面对难以预料的复杂环境（如观测目标上空的云层、卫星故障等）以及各种复杂的观测需求（如需求的应急增加、取消和改变等）的提出，仍然完全依赖地面管控中心控制卫星的方式越来越不适应未来成像卫星的发展需求。Liu、Wang等人提出了一些面向应急任务的规划算法，对应急需求有了更快的响应，在地质灾害、森林火灾、洪水爆发等灾害监测与救援活动中发挥了积极作用，但是在目前的地基任务规划与资源调度系统中，仍然不能实时对动态环境下卫星的规划方案进行调整和上注，导致很多应急观测任务无法及时完成。而且目前包括云在内的气象信息很难准确预测，卫星无法自主规避不利的气象条件进行拍摄，导致地面规划的任务中难以避免会受到未来气象的影响，据专业部门统计我国六成以上的卫星影像受云层影响而满足不了观测需求，卫星观测资源受到了严重浪费。

然而随着空间通信链路的完善和星载计算机处理能力与传感器探测技术的提高，卫星能够及时地获取任务信息、卫星状态信息、外部环境及其他信息，使其自主决策规划完成任务成为可能。因此，有必要探索改进传统的卫星管控模式，研究星载自主规划系统。

自1999年第一颗自主卫星深空一号(Deep Space One)成功完成自主试验以来，各国竞相推动航天器自主规划调度技术的研究。美国航空航天局在航天器自主规划领域有着十余年的成功经验，其研发了ASPEN （Automated Planning and SchedulingEnvironment）、CASPER（Continuous Activity Scheduling Planning Execution and Re-planning）、APGEN（Activity Plan Generator）等多套自主规划调度系统；欧洲也有其自己自主的欧空局提出的星载自主项目PROBA（PRoject for On-Board Autonomy）以及法国空间局的SPOT系列卫星。