[发明专利]面向动态环境的成像卫星自主任务规划方法

摘要

本发明公开了一种面向动态环境的成像卫星自主任务规划方法，它涉及国防建设技术领域；它的方法为：步骤一：卫星自主任务规划问题：(1.1)、问题描述与分析；(1.2)、云层覆盖时间窗计算；(1.3)、符号说明与建模；步骤二：自主任务规划方法；本发明首先对卫星自主任务规划问题进行描述、分析与建模，针对自主任务规划的需求，充分考虑了卫星的资源约束、动态环境变化及其它约束条件，进而提出了面向动态环境的成像卫星自主任务规划方法，制定了任务规划优化策略，合理安排卫星资源，以期最大限度地发挥卫星效能，最后建立不同规模的问题算例进行重复实验，能够在保证成像数量的情况下，有效利用卫星资源。

主权项

1.面向动态环境的成像卫星自主任务规划方法，其特征在于：它的方法为：步骤一：卫星自主任务规划问题：(1.1)、问题描述与分析：成像卫星在特定近地轨道围绕地球飞行，当卫星飞入与地面测控站可通信范围开始接收动作指令；当飞过地球表面目标区域时，根据指令执行与成像相关的一系列动作进行观测，等卫星飞入与地面接收站可通信范围内进行与数据下传相关的一系列动作将观测数据回传；(1.2)、云层覆盖时间窗计算：(1.2.1)、给定目标经、纬度及高程，计算任务的可见时间窗及卫星在各个时间点的坐标；(1.2.2)、分别将任务的经纬度坐标与卫星的坐标转换到惯性坐标系下；(1.2.3)、依据卫星坐标点与地面目标坐标点的连线及云量的球面方程，判断该连线是否与云层相交，如果相交，表示在该时刻点无法对地面目标进行有效观测；(1.2.4)、通过变步长搜索机制，获得云层覆盖时间窗口的范围；(1.3)、符号说明与建模：(1.3.1)、模型参数及变量定义；(1.3.2)、决策变量；(1.3.3)、目标函数；(1.3.4)、约束条件；步骤二：自主任务规划方法：卫星自主任务规划求解算法基本流程如下：步骤1：选定前瞻时间步长为T，前瞻1个时间步长，并更新前瞻时间步长内的任务信息；步骤2：对前瞻步长内的任务安排观测；在安排观测序列过程中，本文设计了多种排序规则，以提高解的多样性；同时，考虑时间约束，并且充分利用存在冲突的时间窗；步骤3：判断前瞻步长内是否有待安排任务，如果不存在，则执行原有方案中“锁定时间段”之内的任务，并返回步骤1；如果存在，转入步骤4；步骤4：判断新加入的任务中包含的应急任务是否满足重规划阈值，如果满足，转到步骤7；如果不满足，则转入步骤5；步骤5：动态调整，将新加入的任务安排至当前前瞻步长内的规划方案中；调整时，前瞻步长的“锁定时间”内任务不变，在该“锁定时间”之后即新的前瞻步长内进行任务的插入、删除或者邻域搜索等过程；步骤6：判断当前前瞻步长内的任务完成率是否满足重规划阈值，如果满足，则该时间段内的任务进行重规划；如果不满足，说明动态调整之后的任务序列为有效序列，不需要进行重规划，转到步骤8；步骤7：重新安排当前前瞻步长内的观测；步骤8：安排任务回传；根据不同的回传策略，得到综合回传序列，当前时间窗未安排的任务保留到后面的回传时间窗进行安排；步骤9：对当前的规划结果进行评价；步骤10：判断是否满足终止条件，如果满足，则输出最优序列，其中，将任务的观测窗口分为五个时间段表示任务的收益率，用于计算任务序列收益，任务的最佳观测时间段为任务可用时间窗的中间部分，任务i在各个时间段的观测收益权重分布如下：