[发明专利]卫星资源受限情形下的多成像卫星覆盖优化方法

说明书

本发明公开了一种卫星资源受限情形下的多成像卫星覆盖优化方法，属于卫星通信技术领域。该多成像卫星覆盖优化方法包括两个阶段，将生成覆盖模式和选择覆盖模式相分离，使得该方法结构合理、层次清晰；该多成像卫星覆盖优化方法能够提供至少一个覆盖方案，使得在成像卫星不足的情况下多个成像卫星的覆盖收益尽可能的大。该多成像卫星覆盖优化方法还通过计算覆盖方案的最优性参数来评价所选择的覆盖方案的质量。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，具体地涉及一种卫星资源受限情形下的多成像卫星覆盖优化方法。

背景技术

以马航MH370的搜索为例，2014年3月20日，澳大利亚声称在南印度洋发现疑似MH370残骸，位置为：纬度-43.58，经度90.57。为了搜索该点附近区域，可以把范围扩大为以该点为中心的一个正方形区域。

中国曾调用多颗成像卫星对MH370展开搜索，每颗成像卫星的成像区域是一个条带形区域。图1示出了一颗成像卫星的成像的条带形区域的示意图，如图1所示，通过控制成像卫星上的传感器(如相机)的开关机时间，或者控制传感器的左右偏转角度，传感器成像的条带形区域的位置既可以沿成像扫描方向变化也可以沿垂直于成像扫描方向的方向变化(即可侧摆)。

每个覆盖区域对应一个覆盖收益，如果该区域被覆盖则获得与该区域对应的覆盖收益，在成像卫星数量不足的情况下，合理的安排各个成像卫星成像的条带形区域的位置，以使得在成像卫星数量不足的情况下所有成像卫星的覆盖收益尽可能地大具有至关重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种卫星资源受限情形下的多成像卫星覆盖优化方法，该方法通过调整成像卫星成像的条带形区域的位置获得覆盖收益尽可能大的覆盖方案。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供一种卫星资源受限情形下的多成像卫星覆盖优化方法，包括生成覆盖模式和选择覆盖模式，其中生成覆盖模式具体包括以下步骤：确定多个成像卫星的成像扫描方向；将欲覆盖的矩形区域划分成多个网格，以生成第一网格列表G；针对多个成像卫星中的每一个成像卫星：判断成像卫星的成像扫描方向是第一倾斜方向还是第二倾斜方向；在判断成像卫星的成像扫描方向为第一倾斜方向的情况下，以第一网格列表G中的任意网格的左下角顶点为基点，根据成像卫星的成像扫描方向将划分的多个网格重新排序，以生成第二网格列表LG，以第二网格列表LG中的任意网格的左下角顶点为基点，根据成像卫星覆盖的条带形区域的宽度和长度确定成像卫星的覆盖模式的四个顶点，以形成成像卫星的一个覆盖模式，以及遍历第二网格列表LG中的所有网格，以形成成像卫星的覆盖模式列表；在判断成像卫星的成像方向为第二倾斜方向的情况下，以第一网格列表G中的任意网格的左上角顶点为基点，根据成像卫星的成像扫描方向将划分的多个网格重新排序，以生成第三网格列表LG，并以第三网格列表LG中的任意网格的左上角顶点为基点，根据成像卫星覆盖的条带形区域的宽度和长度确定成像卫星的覆盖模式的四个顶点，以形成成像卫星的一个覆盖模式，以及遍历第三网格列表LG中的所有网格，以形成成像卫星的覆盖模式列表；遍历多个成像卫星，以得到覆盖模式集合，该覆盖模式集合包括每个成像卫星的覆盖模式列表；选择覆盖模式具体包括以下步骤：针对多个成像卫星中的每一个成像卫星：设定覆盖收益上界的初始值，覆盖收益的初始值，拉格朗日乘子序列的初始值，迭代次数的上限值；采用拉格朗日松弛技术建立成像卫星数量不足的情况下，成像卫星的覆盖收益最大化的目标函数，以获得成像卫星的覆盖收益目标值；计算成像卫覆盖覆盖模式列表中的每一个覆盖模式的覆盖收益目标值，并从覆盖模式列表中选择覆盖收益目标值最大的一个覆盖模式；遍历多个成像卫星，以选择每一个成像卫星的消耗的时间目标值最小的一个覆盖模式，以形成一个覆盖方案；更新覆盖收益上界的初始值，覆盖收益的初始值；根据更新后的覆盖收益上界的初始值和更新后的覆盖收益的初始值计算修正后的覆盖方案的最优性参数的值；通过更新拉格朗日乘子的值来更新目标函数，基于更新的目标函数重新选择每一个成像卫星的覆盖收益目标值最大的一个覆盖模式，以形成一个覆盖方案，针对新形成的覆盖方案重新计算最优性参数的值；多次更新拉格朗日乘子的值，在拉格朗日乘子的值的更新次数达到迭代次数的上限值的情况下，从选择和重新选择的多个覆盖方案中选择最优性参数的值最小的覆盖方案，作为用于覆盖矩形区域的覆盖方案。