[发明专利]快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法

说明书

本发明提出的一种快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法，旨在提供一种能够从成像质量整体最优的角度快速确定指定卫星任务观测时间的方法。本发明通过下述技术方案予以实现：基于胡克定律和力平衡建立弹簧‑质点系统模型；根据观测目标的地理位置和卫星的最大综合角观测能力计算每个观测任务与其它所有观测任务的常量机动时间，形成常量机动时间矩阵；根据观测任务排序，依次将观测任务加入弹簧质点系统，然后应用卫星姿态机动能力表、常量机动时间矩阵，计算每个观测任务加入后，弹簧‑质点系统保持力平衡状态时各任务滑块的位置，获取最优的各任务观测时间，生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划方案。

技术领域

本发明涉及一种航天需求筹划领域中，敏捷成像卫星的需求筹划方法，特别是基于胡克定律和力平衡支持规划方案智能寻优、具备规划方案快速生成的建模方法和实现方法。

背景技术

随着成像卫星应用需求的不断提高,成像卫星平台及载荷技术也在不断地发展,高分辨率敏捷成像卫星就是根据未来卫星应用需求和技术发展趋势而设计研制的新一代先进卫星。为一类具有大范围、快速机动能力的对地观测卫星。敏捷成像卫星在提高卫星观测效率的同时,也使得卫星需求的筹划与调度变得更加的复杂和困难,给卫星需求筹划技术带来了新的挑战。连续成像过程中侧摆角度必须保持不变的这类卫星，对地观测卫星根据用户要求获取地面区域的图敏捷成像卫星被称作非敏捷成像卫星。敏捷成像卫星与传统非敏捷成像卫星相比，敏捷成像卫星具备绕翻滚、俯仰和偏航轴三个方向摆动的能力，使得敏捷成像卫星对地观测具备更大的灵活性和自由度。相对非敏捷卫星而言，敏捷卫星可以利用其俯仰能力对观测目标进行前视、正视或后视，从而提供了更强大的观测能力和更多的观测自由。卫星对地观测任务规划是为了满足用户的遥感图像需求,对遥感卫星系统资源和对地观测任务进行规划与调度的过程。合理的任务规划是提高遥感卫星系统效能的重要手段。任务规划是指为了实现给定的目标,对所有与目标相关的资源和任务进行规划和调度的过程。遥感卫星通常在数百公里的轨道高度上绕地球飞行,星载遥感器的视场角对应于星下线两侧对称的带状区域即卫星的观测带。伴随地球的自转,观测带不断变化并能覆盖地球表面的大部分地区。当卫星经过地面目标上空时,可以利用星载遥感器采集目标数据并存储在星载存储器内,待卫星经过地面接收站上空,再将存储的数据回传至地面。由于卫星的成像操作需要消耗能量,卫星的对地观测将受到能量的限制。此外,某些星载遥感器如光学相机,其数据采集活动还需要在较低的云层覆盖和一定的太阳光照条件下进行,在安排观测任务时必须考虑云层气象条件的限制。遥感卫星在成像过程中始终处于高速飞行状态,其姿态控制能力有限,使得在同一轨道圈次只有部分地面目标能够获得成像机会；另一方面,卫星连续两个圈次的赤道距离大约为几千公里,在一个成像计划编制周期内卫星通常要经过数十个圈。卫星对地观测任务规划具体是指:在综合考虑遥感卫星能力和用户遥感图像需求的基础上,将资源分配给相互竞争的多个观测任务,并确定任务中各具体活动的起止时间,以排除不同任务之间的资源使用冲突,并最大化满足用户的需求。卫星对地观测任务规划是一个复杂的问题,其中包含了许多与特定问题相关的实际约束,如卫星与地面目标之间的可见时间窗口、卫星连续两次观测之间的调整时间、卫星的侧视调整次数、地面目标要求的特定遥感器类型、星载存储器的容量、气象条件等。卫星对地观测是人造卫星按照既定的运行轨道,利用携带的光电遥感器或无线电设备,对用户感兴趣的地面目标进行成像的过程。对地观测卫星根据用户要求获取地面区域的图像,每个观测区域都有一定的时间窗口、观测持续时间和观测收益等属性。对地观测卫星根据用户提出的对地观测需求对目标进行观测,将探测收集到的目标观测信息暂时存放在星载存储器中,当卫星飞过地面站时,通过星地通信链路下传到地面接收站,然后进行观测信息处理。地面数据处理中心通过人工或者智能分析判读观测数据结果,从而得到用户感兴趣的有价值的信息。

敏捷成像卫星需求筹划与传统成像卫星需求筹划相比具有以下不同：

1)敏捷成像卫星对地观测的成像质量由成像时观测起止时间决定，成像时间越靠近观测时间窗口的中间值时，即卫星的观测俯仰角越接近0°时，成像质量越好；同样成像时间越远离观测时间窗口的中间值时，即卫星的观测俯仰角接近最大/最小俯仰角时，成像角度导致的图像畸变，成像质量越差。