[发明专利]一种多星星簇的目标观测方法

权利要求书

1.一种多星星簇的目标观测方法，其特征在于，所述多星星簇的管控结构为集中-分布式结构，其包括一颗主星和多颗执行卫星；所述卫星星簇的观测任务包括常规目标观测任务和应急目标协同观测任务，所述多星星簇的目标观测方法包括：

Step1，各个卫星利用滚动规划算法对常规目标生成预规划观测方案，并执行当前的规划观测方案；

Step2，当有新应急目标到达时，主星先筛选可执行该任务的载荷信息，再通过星间链路将应急目标信息通过广播的方式发送给对应的执行卫星，并设定观测分析报告的接收时间；

Step3，接收到主星传送的应急目标信息的执行卫星利用本地的计算资源预估自己对该应急任务的观测成本，生成观测报告后并发送回主星；

Step4，主星根据各个执行卫星的观测报告，并利用任务协同分配算法确定执行应急目标观测任务的执行卫星，并将应急目标观测任务指派给相应的执行卫星；其中，执行应急目标观测任务的执行卫星满足的条件包括：1、满足应急目标的观测载荷需求；2、满足应急目标的观测截止时间需求；3、不影响该星已有的应急目标观测情况；

Step5，接收到应急目标观测任务指派的执行卫星将新的应急目标观测任务加入到以后的待规划任务中，并利用在线调度方法更新自己的观测方案，并执行新的观测规划方案，其它卫星继续执行原有的观测规划方案；

其中，各执行卫星的主要约束为时间窗约束、时间依赖的机动时间约束和固存约束；应急目标信息包括应急目标ID、位置信息、观测载荷需求、观测收益和最晚可成像时间，

其中，Step5中的“在线调度方法”具体包括：

对所有目标按照收益固存比由大到小的降序进行排列，对执行卫星当前固存余量乘以一个系数exSD得到固存筛选值，选取排序后的目标列表中前N个目标，使得这些目标的所需观测固存之和刚好大于固存筛选值，同时N满足如下公式(49)和(50)，并删除列表中后续的非应急目标；在对任务进行初步筛选后，利用在线调度方法生成新的观测规划方案；

所述收益固存比的表达式为p_k/dur_k*cr^j，其中p_k为目标k的观测收益，dur_k为目标k为的成像时长，cr^j为卫星j单位时间成像消耗的固存，sdR^j为卫星在决策时刻的剩余固存。

2.如权利要求1所述的多星星簇的目标观测方法，其特征在于，Step4中的“任务协同分配算法”包括10种启发式分配策略，各启发式分配策略分别标记为heuA₁至heuA₁₀，参数上标j表示卫星的序号，参数下标i表示当前需要进行协同分配的应急目标，各启发式分配策略对应的算法如下：

算法1：随机选取满足观测应急目标需求的执行卫星执行应急目标的观测任务，具体的执行公式为：

其中，Sat为卫星集合；

算法2：将应急目标安排在最早可开始观测的执行卫星，具体的执行公式为：

其中，为卫星j对目标i的可视时间窗的开始时间；

算法3：将应急目标安排给剩余固存最多的执行卫星，该算法能在一定程度上均衡卫星的固存负载，具体的执行公式为：

其中，sdR^j表示卫星j的剩余固存；

算法4：将应急目标安排给目标密度较低的执行卫星，在此以观测斜率为指标表示卫星需观测的目标密度；对于卫星j目标i与目标k间的观测斜率：

其中，为目标i和目标k在卫星j下的观测斜率，为卫星j对目标i的观测侧摆角，为卫星j对目标i的时间窗中点；

算法5：将应急目标安排在竞争度最小的时间窗口，时间窗口竞争指数为：

其中，表示执行卫星j与目标i的可见时间窗的竞争指数，|wT^j|表示与执行卫星j所有的可视目标的数量，表示两个目标i、k的时间窗的重叠时间；若某一目标的时间窗竞争指数越小，表示该时间窗口与其它目标的时间窗口的重叠时间越少，具体的执行公式为：

算法6：将应急目标安排在时间窗长度最长的执行卫星，侧摆角绝对值较小的时间窗口较长，具体的执行公式为：

算法7：将应急目标安排给收益增量最大的执行卫星，该启发式分配策略利用贪婪规则提高星簇的整体观测收益，具体的执行公式为：

其中，表示卫星j在原待观测目标列表TLS^j下的观测规划方案，表示卫星j在考虑应急目标i的观测规划方案，函数Pro()表示某一观测规划方案的观测收益和；

算法8：将应急目标安排给能获得较高收益固存比的执行卫星，该算法首先按照公式(61)计算卫星j对每个目标的观测固存消耗dur_k*cr^j，其中dur_k为目标k的成像时长，cr^j为卫星i单位时间成像消耗的固存，在计算每个目标的收益固存比p_k/dur_k*cr^j，其中p_k为目标k的观测收益，并以目标的收益固存比升序对所有待观测目标进行排序，在新的目标序列中，通过应急目标i的排序位置来计算该目标在卫星j中的收益固存排名指标，

其中，为应急目标i在卫星j中的收益固存排名百分比，proSd(i)为目标i的收益固存排名序位，|TLS^j+i|为卫星j的待观测目标总数，具体的执行公式为：

算法9：将应急目标给目标观测率最高的执行卫星，以均衡各个卫星的常规目标观测情况，目标的观测率为：

其中，obsP^j表示卫星j的常规目标观测率，TLS^j表示卫星j的待观测目标列表，表示卫星j在考虑应急目标i的观测规划方案，||表示目标总数目，具体的执行公式为：

算法10：在以上发式分配策略中，随机选取一个启发式分配策略来完成应急目标的协同分配，具体的执行公式为：

上述参数中的标j表示卫星序号，以参数下标i表示当前需要进行协同分配的应急目标。