专利名称：一种基于成像质量预估的任务预处理方法
技术领域：
本发明属于卫星任务规划与调度领域，涉及一种卫星任务规划过程中的任务预处理方法。
背景技术：
快速姿态机动成像卫星借助快速姿态机动能力，可实现多种复杂成像模式。与采用星下点成像的传统对地观测卫星相比，快速姿态机动能力大大增加了卫星对目标的观测机会，因而具有更强的观测能力。快速姿态机动成像卫星的每一种成像模式都伴随着多个姿态机动、相机开关机等操作，这些操作形成一个前后连贯的控制指令序列。由于指令繁多，无法保证指令编排和上注的可靠性和指令执行的实时性问题，因此必须建立一套任务规划与调度系统，完成大批量观测任务的自动化分析与处理。对任务的预处理是快速姿态机动成像卫星任务规划的关键环节。任务预处理方法在多篇公开文献中已有描述，如刘雄在2006年第23卷7期《计算机仿真》上发表的《卫星全球普查任务规划系统预处理模块的开发》，李曦在其硕士毕业论文《多星区域观测任务的效率优化方法研究》，以及李菊芳在其博士毕业论文《航天侦察多星多地面站任务规划问题研究》中，都提到了对观测任务进行预处理。这些文献都是采用STK软件进行任务预处理的， 其基本步骤为在STK软件中构造仿真场景，建立卫星、地面目标和传感器等仿真实体，设置卫星轨道、传感器视场等参数，即可通过传感器与目标的可见时间得到时间窗口数据。这种方法实现简单，在卫星任务规划方法研究和软件产品中得到了广泛应用。但是，基于STK 软件进行任务预处理，会使得最终的优化结果受到STK软件的影响，STK软件的误差也不可避免的会带入到最终的优化结果中，并且这种方法没有考虑不同观测条件下图像质量的变化，如卫星侧摆角或俯仰角过大时图像的分辨率下降等问题。针对上述问题，也有部分文献在时间窗口计算过程中引入了对图像质量因素的考虑，如宗建建在2005年第沈卷6期《计算机工程与设计》上发表的“卫星任务规划系统时间窗口模块的设计与实现”一文，将时间窗口长度、分辨率和目标太阳高度角作为时间窗口计算的三项主要约束来确定时间窗口，当这三项约束比预设临界值差时剔除时间窗口。实际上，卫星图像质量的影响因素众多，根据卫星设计和任务需求的不同，评定方法也具有多样化，仅仅挑取其中有限的几项参数作为图像质量估计的指标难以满足不同的需求，如有的观测目标图像质量侧重于几何分辨率，而有的侧重于信噪比，也有可能引入其它指标。此外，快速姿态机动成像卫星由于具备大角度姿态机动能力，在同一段可见时间区间采用不同姿态角对同一目标进行观测时成像质量存在很大差异，因此该方法对快速姿态机动成像卫星不适用。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种通用性强的基于成像质量预估的卫星任务预处理方法。
本发明的技术解决方案是一种基于成像质量预估的任务预处理方法，步骤如下(1)根据相机幅宽将任务区域条带划分；(2)根据卫星的最大俯仰角和最大滚动角以及任务条带信息确定卫星对各条带的可见时间区间[、，tn]，剔除无可见时间区间及时间区间在地影区的任务；每个条带的可见时间区间[t0，tn]由卫星对该条带四个顶点的可见时间区间[ti;t2]k,k= 1，2，3，4求交集并剔除在地影区的时间区间后得到；卫星对条带单个顶点的可见时间区间由卫星的最大俯仰角和最大滚动角确定；(3)将调制传递函数MTF、推扫方向的几何分辨率、线阵方向的几何分辨率、信噪比和幅宽作为影响图像质量的主要因素，在步骤⑵确定的可见时间区间[t^tj内将图像质量表示为时间的一元函数R(t)，
权利要求
1. 一种基于成像质量预估的任务预处理方法，其特征在于步骤如下(1)根据相机幅宽将任务区域条带划分；(2)根据卫星的最大俯仰角和最大滚动角以及任务条带信息确定卫星对各条带的可见时间区间[、，tn]，剔除无可见时间区间及时间区间在地影区的任务；每个条带的可见时间区间[tytj由卫星对该条带四个顶点的可见时间区间[tptjpk= 1，2，3，4求交集并剔除在地影区的时间区间后得到；卫星对条带单个顶点的可见时间区间由卫星的最大俯仰角和最大滚动角确定；(3)将调制传递函数MTF、推扫方向的几何分辨率、线阵方向的几何分辨率、信噪比和幅宽作为影响图像质量的主要因素，在步骤⑵确定的可见时间区间[t^tj内将图像质量表示为时间的一元函数R(t)，R (t) 一 rI ItfRmtf+ rI GSDx^GSDx (t) + rI GSDy^GSDy (t) + rI snr^snr (t) + 1I breath^breath (t)，式中 rI MTF+ rI GSDx+ rI GSDy+ ^ snr+ ^ breath =丄，RmTF，RqSDx (^)，^GSDy (^)，^snr (^)，^breath (^)分另1J为调制传递函数MTF、推扫方向的几何分辨率、线阵方向的几何分辨率、信噪比和幅宽与时间的一元函数关系；(4)采用步骤C3)得到的一元函数表达式分别计算在步骤O)中确定的可见时间区^o + tn间[to, tn]的两个端点t0和tn以及区间中间点一1_的图像质量R0 = R(t0)，Rn = R(tn)，Rmid =)；2(5)记最低许可成像质量为IV将&与步骤(4)得到的Rtl，Rn,Rfflax进行比较，确定满足成像质量要求的可见时间区间，剔除不满足成像质量要求的任务；(6)采用弦截法计算每个任务条带的观测持续时间Tlast，Tlast为从该条带最先观测的顶点开始到该条带最后观测的顶点结束所持续的时间；当任务条带的观测持续时间Tlast小于步骤(5)的任务观测窗口时间区间长度时，该任务为可执行任务，将所有可执行任务提交给任务规划系统进行任务规划与调度。
全文摘要
一种基于成像质量预估的任务预处理方法，首先根据卫星轨道数据、姿态机动能力和地面目标位置信息，计算卫星对地面目标的可见时间窗口，从任务列表中剔除无可见时间窗口及时间窗口在地影区的任务。然后分析确定影响图像质量的影响因素，构造成像质量确定函数，继续从任务列表中剔除不满足成像质量要求的任务。对于任务列表中剩余的每一个任务，对与各任务对应的可见时间窗口进行裁剪，得到任务的执行时间窗口，同时根据任务执行过程中各时间点卫星指向目标顶点的姿态角计算任务的观测持续时间。当任务的观测持续时间在任务执行时间窗口之内时，该任务为可执行任务，所有可执行的任务将会提交给卫星任务规划系统进行任务规划与调度。
文档编号G01C11/00GK102322850SQ20111012934
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者侯小瑾, 刘胜利, 吕大旻, 王抒雁, 谢松 申请人:航天东方红卫星有限公司