[发明专利]卫星一轨内成像任务优化方法

权利要求书

1.卫星一轨内成像任务优化方法，其特征在于步骤如下：

(1)建立卫星一轨内成像任务的优化模型：

其中x为条带目标的起始成像时刻向量，为待优化变量，x₀、x_i、x_n-1分别为第0个、第i个、第n-1个条带目标的起始成像时刻，f(x)为所有条带目标起始侧摆角平方和与结束侧摆角平方和的和函数；

t为上一次成像的结束时间与本次成像起始时间的最小间隔，即两次扫描切换的最小时长；

c(x)≤0为非线性约束条件，具体约束如下：

成像准备时刻-成像起始时刻＝0；

可见起始时刻-成像起始时刻＝0；

成像结束时刻-可见结束时刻＝0；

(2)对于每个条带目标来说，选取可见起始时刻与可见结束时刻之间的中间时刻作为优化求解的初值，分以下三种情况：

如果第i个条带的成像方式是被动式扫描，且x_i+1x_i+L_i/v+t₁，则调整第i+1个条带的初值为x_i+L_i/v+t₁，其中x_i+1为第i+1个条带的成像起始时刻初值，x_i为第i个条带的成像起始时刻初值，L_i为第i个条带长度，v为被动式扫描地速，t₁为被动式扫描与被动式扫描切换的最小时长；

如果第i个条带的成像方式是俯仰匀速主动扫描，则调整第i+1个条带的初值为x_i+t₂，t₂为俯仰匀速主动扫描与其他两类扫描切换的最小时长；

如果第i个条带的成像方式是均匀地速主动扫描，且x_i+1x_i+L_i/v+t₃，则调整第i+1个条带的初值为x_i+L_i/v+t₃，t₃为均匀地速主动扫描与其他两类扫描切换的最小时长；

(3)利用各个条带目标信息、卫星对每个条带目标的可见时段和卫星轨道数据，求解每一条带目标的起始侧摆角平方和与结束侧摆角平方和；

如果第i个条带目标的成像方式是被动式扫描或俯仰匀速主动扫描，则步骤(3)中求解第i个条带目标的起始侧摆角平方和与结束侧摆角平方和的实现方法为：

(2.1)根据第i个条带目标的起始时刻、起始点经纬度及条带长度计算结束时刻和结束点经纬度；

(2.2)计算卫星对第i个条带目标起始点的滚动角、俯仰角与偏航角，由滚动角与俯仰角计算卫星对第i个条带目标起始点的侧摆角；

(2.3)计算卫星对第i个条带目标结束点的滚动角、俯仰角与偏航角，由滚动角与俯仰角计算卫星对第i个条带目标结束点的侧摆角；

(2.4)根据第i-1个条带结束点的姿态角与第i个条带起始点的姿态角计算机动角度；

(2.5)根据机动角度插值计算机动时间，根据机动时间确定第i次成像的准备时刻,第i次成像的准备时刻＝第i次成像的结束时刻+机动时间；

(2.6)当第i次成像的准备时刻-第i次成像的起始时刻＝0时，计算卫星对第i个条带目标起始点的侧摆角平方和与结束点的侧摆角平方和；

当第i个条带目标的成像方式是被动式扫描时，所述步骤(2.1)的实现方法为：

(3.1)计算卫星对第i个条带目标起始点的滚动角、俯仰角与地速；

(3.2)在被动式扫描过程中，地速保持不变，由条带长度与地速计算得到第i个条带目标的成像结束时刻；

(3.3)根据卫星对第i个条带目标起始点的滚动角、俯仰角以及结束时刻，计算得到卫星此刻成像的地面点的经纬度；

当第i个条带目标的成像方式是俯仰匀速主动扫描时，所述步骤(2.1)的实现方法为：

(4.1)假设结束时刻为tsolve，根据第i个条带目标的起始时刻、起始点经纬度计算卫星对起始点的滚动角与俯仰角；

(4.2)利用公式：结束时刻的俯仰角＝成像时刻俯仰角+俯仰角速度*成像时间，计算第i个条带目标结束时刻tsolve的俯仰角；

(4.3)利用成像结束时刻tsolve、结束时刻tsolve的俯仰角和滚动角、轨道信息，求解出结束时刻tsolve的经纬度；

(4.4)利用成像起始时刻经纬度、结束时刻tsolve经纬度，求得成像条带长度；

(4.5)利用计算得到的条带长度与已知的条带长度相等，建立非线性方程，求得成像结束时刻tsolve，为最终的结束时刻；

如果第i个条带目标的成像方式是均匀地速主动扫描，则步骤(3)中求解第i个条带目标的起始侧摆角平方和与结束侧摆角平方和的实现方法为：

(6.1)根据第i个条带目标的起始点经纬度、结束点经纬度计算条带长度；

(6.2)根据条带长度L_i与地速v_i，计算第i个条带目标的成像结束时刻(t_end)_i＝x_i+L_i/v_i；

(6.3)计算卫星对第i个条带目标起始点的姿态角与姿态角速度，由姿态角计算起始侧摆角；

(6.4)计算卫星对第i个条带目标结束点的姿态角(θ_e)_i、(ψ_e)_i与姿态角速度由姿态角计算结束侧摆角(η_e)_i，

(6.5)由第i-1个条带目标结束点的姿态角(θ_e)_i-1、(ψ_e)_i-1与第i个条带目标起始点的姿态角计算机动角度；

(6.6)根据机动角度插值计算机动时间，根据机动时间确定第i次成像的准备时刻,第i次成像的准备时刻＝第i-1次成像的结束时刻+机动时间；

(6.7)当第i次成像的准备时刻-第i次成像的起始时刻＝0时，计算卫星对第i个条带目标起始点的侧摆角平方和与结束点的侧摆角平方和；

(4)根据每一条带目标的起始侧摆角平方和与结束侧摆角平方和，对步骤(1)的优化模型进行求解，得到优化变量x，x对应的每个条带目标的成像起始时刻使得所有条带目标起始侧摆角平方和与结束侧摆角平方和的和函数最小。