[发明专利]一种面向多源对地观测卫星的快速任务规划方法

说明书

本发明提供一种面向多源对地观测卫星的快速任务规划方法，包括：计算得到卫星星历数据；并以时空二维建立索引，建立数据结构将星历数据存储于KEY‑VALUE类型数据库中；在候选范围内进行非连续星历数据筛选，再进行卫星可见性计算，计算得到点目标可见窗口；对于区域目标采用贪吃蛇算法处理得到区域目标可见窗口，根据区域目标可见窗口生成元任务窗口；对元任务窗口采用可插拔式任务规划寻优和评价方法，对元任务进行寻优、编排，得到相对最优的规划方案。本发明可以保证数据的快速存取，实现对普通卫星和敏捷卫星的统一模式高速处理，在多星多任务联合规划的场景下实现了高质量任务规划。

技术领域

本发明属于卫星测量技术领域，涉及一种面向多源对地观测卫星的快速任务规划方法。

背景技术

卫星任务规划是卫星运行控制的核心业务，一方面卫星任务规的各项功能和算法研究划经过多年发展取得了长足的进步。另一方面，在轨运行的卫星数量和种类急剧增加，以载荷用途划分包括光学、SAR、电子、视频等类星卫星，以卫星能力划分包括传统型卫星、敏捷型卫星。

按照业务流程，卫星任务规划业务通常分为卫星轨道计算、可见性计算(预规划)、卫星任务规划三个主要组成部分。这三个部分也是影响卫星任务规划性能和效果的关键因素。

轨道计算是指采用一定算法将卫星的星历等位置数据存放于某种特定的数据结构中，用于任务规划后续处理流程按时间、空间要素进行检索，并提取使用。传统方法将星历数据存放于关系型数据库中，以便利用关系型数据库的条件检索能力实现指定空间、时间范围内的检索。在卫星数量较少、计算周期较短时，卫星星历数量较少，存取性能尚可，在长周期、较多卫星参与规划的情形下，卫星星历数量激增，数十万乃至百万量级的星历数据采用传统方法，存取性能低下，已不能满足规划需求。

可见性计算是指利用卫星的星历等位置信息，计算指定时间范围内，卫星对某一地理目标的可见性，形成元任务，从而在后续任务规划中进行使用。地理目标按照范围大小可以分为点目标和区域目标，对点目标可见性计算较为简单。对区域目标的访问计算由多种方法，常见方法是采用固定时长的多侧摆形成对某一区域的覆盖。这类方法实现简单，但仅对矩形目标效率较好，对多边形目标会生成一些拍摄浪费。同时对敏捷卫星和非敏捷卫星无法实现统一计算模型，复杂度较高、适应性较差。

任务规划是指对预规划所生成的元任务，进行编排和寻优，是最终卫星的时间表中安排的元任务最为合理，使对任务价值最大化。传统任务规划方法，采用单一的编排策略或者单一编排算法，实现任务规划。一方面，多星联合任务规划需求出现，任务价值评价的复杂度不断增加，解空间巨大，传统方法得到结果价值往往距离最优解差距较远，因此必须使用智能规划算法才能在解空间中寻找最优解。另一方面，模拟退火、遗传等智能规划算法应用日益广泛。如何将多类型的智能算法与任务规划业务有效结合，建立一个统一的框架，实现各类型算法快速集成和快速切换的成为了一个新的日益突显的需求。

综上所述，传统的任务规划方法，在多源卫星联合规划等新的使用场景下性能、效率、解的优化程度都距离使用者目标有着较大差距。因此，必须采用一种具有高时效性和高可扩展性的卫星任务规划方法才能满足新的业务需求。

发明内容

发明所要解决的课题是，针对传统任务规划方法面向多类型卫星联合规划场景中，卫星轨道数据存取性能低下，区域目标可见性计算适应度差，任务规划算法单一且质量不高的问题，本发明提出一种面向多源对地观测卫星的快速任务规划方法，以构建全新的卫星任务规划系统。

本发明提出的一种面向多源对地观测卫星的快速任务规划方法，包括以下步骤：

步骤1、卫星轨道计算，计算得到卫星星历数据；并以时空二维建立索引，建立数据结构将星历数据存储于KEY-VALUE类型数据库中；