[发明专利]一种基于关键路径优化的连续成像控制方法

说明书

一种基于关键路径优化的连续成像控制方法，适用于可执行连续成像任务的敏捷成像遥感卫星。首先，按照时间顺序形成成像任务队列；然后基于基本指令序列构造每个成像任务的有向图模型；接着，搜索连续成像任务有向图模型所包含的当前成像任务启动数据记录指令对应的顶点到下一次成像任务启动数据记录指令对应的顶点之间的最长时延路径，当连续两次成像任务的启动数据记录指令之间的时间间隔小于有向图模型的关键路径长度时，通过取消任务间姿态回摆、合并任务间开关机指令和基本指令序列解耦等方法，不断优化连续成像任务所对应的有向图模型的顶点和边的“染色”状态；最后，以拓扑优化后的有向图模型为基准，自主生成连续成像任务的控制指令序列。

技术领域

本发明属于卫星控制领域，涉及一种遥感卫星的成像控制方法，适用于可执行连续成像任务的敏捷成像遥感卫星。

背景技术

传统遥感卫星搭载单一载荷，成像分辨率低，姿态机动速度慢，载荷数据量小，卫星主要承担区域普查任务。在普查区域外，用户提前开启载荷设备和数传设备，启动卫星姿态机动即可完成成像任务。因此，传统卫星多依靠人工手段编排成像任务指令，采用串行控制模式依次完成姿态机动、载荷和数传设备开关机等动作，即可满足使用要求。

随着成像分辨率和姿态机动能力的快速提升，遥感卫星的分辨率已达亚米级，卫星在轨应用模式以点目标成像为主，且可以在单轨内完成对多个点目标的成像，时序约束已经成为制约卫星使用效能的核心要素。不失一般性，对于给定的飞行轨道，卫星飞越两个连续目标objⁱ和objⁱ⁺¹的时间间隔记做T^i,i+1。如果实现对两个连续目标成像，卫星必须在T^i,i+1时间内完成目标objⁱ任务准备段(开机段)、状态恢复段(关机段)的指令动作，以及目标objⁱ⁺¹任务准备段(开机段)的指令动作，因此，第i次任务准备段(开机段)时间，状态恢复段(关机段)时间，以及第i+1次任务准备段(开机段)时间决定了遥感卫星在轨连续对两个目标成像的最短切换时间。显然，T^i,i+1越小表明卫星对连续获取目标的距离要求就越小，卫星在轨单位时间内的成像数据获取能力就越强。因此，通过当次任务状态恢复段(关机段)和下次任务准备段(开机段)时序优化减小T^i,i+1，可以显著提升遥感卫星的在轨使用效能。

新一代敏捷成像卫星需要当次任务状态恢复段(关机段)和下次任务准备段(开机段)进行联合优化，而传统的人工手段编制连续成像控制指令的工作强度大、工作效率低、且差错率高。在多任务联合优化方面，国内外学者大多把研究重点放在自主任务规划领域。例如，针对点目标成像卫星的任务规划问题，文献“Three scheduling algorithmsapplied to the earth observing systems Domain”(Wolfe W J,Management Science，2000)和文献“成像侦察卫星调度问题研究”(贺仁杰，国防科学技术大学博士学位论文，2004年)建立了背包模型、混合整数规划和约束满足三种模型；针对卫星敏捷成像任务规划问题，文献“基于点目标的敏捷成像卫星直线扫描条带预生成方法和卫星三轴姿态快速确定方法”(中国专利CN201310041009.2，林晓辉等)提出了基于点目标的敏捷成像卫星直线扫描条带预生成方法和卫星三轴姿态快速确定方法，通过筛选点目标，优化计算得到直线扫描条带，确定待观测目标点对应的新目标点，确定了卫星的三轴姿态。但上述文献均没有涉及如何在指令时序约束维度来优化卫星任务的执行效率。