[发明专利]一种有限资源覆盖最大面积的分区卫星任务规划方法

说明书

本发明公开了一种有限资源覆盖最大面积的分区卫星任务规划方法，其步骤包括：1.对待观测矩形区域进行分区；2.向不同分区分配观测资源并为其选择覆盖模式以尽可能地使形成的覆盖方案对应的覆盖面积最大化。本发明能以合适的计算资源得出以有限的观测资源尽可能大地覆盖区域目标的满意方案，达到计算资源消耗与解的最优性之间的平衡，从而能在实际环境下充分利用卫星资源，对重要区域目标进行快速有效的覆盖搜索。

技术领域

本发明属于对地观测卫星区域目标任务规划领域，具体的说是一种有限资源覆盖最大面积的分区卫星任务规划方法。

背景技术

地球观测卫星(EOS：Earth Observation Satellite)，或称为成像卫星(以下简称为“卫星”)，其主要功能之一是通过星载传感器(如可见光相机、多光谱相机)对陆地、海洋、大气等进行观测。观测的需求由来自各个领域、各个部门的用户提出，在卫星的地面管控中心汇总，管控中心根据观测需求，结合卫星资源使用情况，综合制定各个卫星的成像覆盖计划，并生成测控指令，经由地面测控站上注至卫星，卫星在接收到指令后作出相应的动作，对指定的区域进行成像，所成影像数据暂时保存在星载硬盘上，当行至与地面站可通信时，将影像数据下传至地面站。在该过程中，地面管控中心制定卫星成像计划的环节称为卫星任务规划，是整个卫星使用管理过程中的关键环节之一。

在传统的卫星使用模式中，卫星单独制定计划，并单独执行成像任务，卫星与卫星之间不进行协同观测。而随着卫星数量的增多，使用多颗卫星协同对地进行成像观测已成为可能，且存在多星协同区域成像的现实需求。

卫星一次过境只能拍摄一个有限长度和宽度的条带区域，如果待观测的区域较大，则卫星一次过境难以完整观测整个区域。如果用户急需该区域的影像数据，则可以使用多颗卫星多次过境机会进行协同成像。由于，每个卫星的星下点轨迹不一定平行，因此有可能导致成像条带之间的重叠。如果不进行合理地安排，继而有可能会导致条带间大量的重叠，使得部分区域被重复观测，而部分区域得不到观测，这样的情形十分不利于资源的合理利用。为了更好的利用现有的卫星覆盖资源，应当制定一个合理的计划，对卫星每次过境的行为动作(主要包括开关机时间和侧摆角度)进行安排，使得多颗卫星多个覆盖机会协同观测的效果尽可能的“好”。这是一类典型的运筹优化问题，存在迫切的现实需求。该类优化问题中还存在如下应用场景：在一个短的时间区间内，用户部门急需某一个较大区域的影像数据，但由于可供调用的卫星数量有限，或者给定的时间过短，覆盖机会的数量较少，即使使用全部的覆盖机会，也无法将该区域完整地拍摄下来。在这种情形下，为尽可能地利用全部覆盖资源，希望制定一个覆盖方案，使得拍摄的区域的面积尽可能地大。我们将该问题称为资源有限情形下最大覆盖面积问题。一般的区域目标规划方法在对面此问题中的较大待观测的区域时，可能会由于问题规模过大，问题复杂度过高而需要消耗大量的计算资源。这不利于方法在实际工程环境下的运用。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种有限资源覆盖最大面积的分区卫星任务规划方法，以期能以合适的计算资源得出以有限的观测资源尽可能大地覆盖区域目标的满意方案，达到计算资源消耗与解的最优性之间的平衡，从而能在实际环境下充分利用卫星资源，对重要区域目标进行快速有效的覆盖搜索。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种有限资源覆盖最大面积的分区卫星任务规划方法的特点是应用于以有限的覆盖机会集合S对一个待观测矩形区域R尽可能大面积的覆盖模式规划中，其中，每个覆盖机会s∈S有自己属性，包括：星下点轨迹o_s、卫星距地高度h_s、最大开机时间m_s，且m_s对应于一个覆盖模式的最大长度r_s、最大可侧摆角度v_s、相机视场角w_s；

所述覆盖模式c是由卫星拍摄形成的矩形条带，并由一个覆盖机会选择一定的侧摆角度与开关机时间而确定；