面向目标的合成孔径雷达卫星智能化星载任务管理方法与流程

本发明涉及合成孔径雷达卫星星载任务管理领域，具体涉及一种面向目标的合成孔径雷达卫星智能化星载任务管理方法。

背景技术：

合成孔径雷达卫星是一种具有全天时、全天候探测能力的对地遥感卫星，在灾害监测、环境监测、海洋监测、资源勘查、农作物估产、测绘和军事等方面的应用上具有独特的优势。随着卫星在各个领域得到广泛应用，用户对合成孔径雷达卫星的需求不仅是对已知区域内静态目标能够“看得清”和“看得广”等功能性需求，而且是对广阔未知区域内多样化目标能够“自主看”和“看得快”等应用性需求。

合成孔径雷达卫星的应用过程包括：提出需求-分析成像要素-地面上注数据-卫星执行成像-卫星回传数据-处理成像数据，由地面系统和卫星系统协同完成。星载任务管理方法是卫星管理应用过程的核心方法,通过统一使用硬件资源和充分利用软件资源,完成整星运行管理、综合控制和信息处理等工作。为了实现对广阔未知区域内多样化目标“自主看”和“看得快”的卫星应用能力，要求星载任务管理方法执行过程快、涵盖过程多，同时具有自主分析能力，对地面系统依赖少。因此，自主、快速、不完全依赖人在回路的智能化任务管理方法是合成孔径雷达卫星星载任务管理领域的一个技术难点。

根据合成孔径雷达卫星响应“地面上注数据”的不同内容，现有星载任务管理方法可分为面向指令类和面向任务类。面向指令类的管理方法响应系统或单机的控制时序指令；面向任务类的管理方法响应任务信息，并且自主生成、编排系统或单机的控制时序指令和参数。两种方法的响应数据都须经过“提出需求”、“分析成像要素”和“地面上注数据”三过程，各个过程均由地面系统主要负责，要求专业操控人员直接或间接参与，而且要求地面系统负责接收“卫星回传数据”，并完成“处理成像数据”过程，可见现有星载任务管理方法属于被动式集中控制，虽然具有自主规划部分指令和参数能力，但是对地面系统负责的人在回路依赖性较强。

根据合成孔径雷达卫星的成像原理,一次成像无法同时实现高分辨率和大幅宽,因此,卫星探测广阔未知区域内多样化目标,首先进行大幅宽低分辨率成像(以下称为“广域搜索成像”),然后进行高分辨率小幅宽成像(以下称为“定点识别成像”)。采用现有星载任务管理方法，不仅每次成像前都需要地面系统上注任务信息，而且定点识别成像的任务信息需要根据广域搜索成像后地面系统的分析结果而定，形成了“地面-卫星-地面-卫星-地面”的复杂数据流过程，两次成像最短间隔达到小时级，极大降低了广域搜索信息的实效性，极易出现定点识别目标丢失的情况，卫星系统不具备发现即识别能力。现有合成孔径雷达卫星星载任务管理方法主要存在对人在回路依赖性大、任务管理智能性低、无法实现发现即识别的技术问题。

经对现有技术的检索，申请号为201510056210.7的中国发明专利公开了一种面向全极化合成孔径雷达图像的散射金字塔分类方法，包括：读入待分类图像的相干矩阵并进行去取向处理；分别求取目标对表面散射、二面散射和体散射的偏好度参数sdops、sdopd和sdopv以及平均偏好度参数sdop3；基于sdop3构建三层金字塔模型，该三层金字塔模型从底到顶分别代表高、中、低三种散射随机情形；基于参数sdops、sdopd和sdopv的排列组合，将三层金字塔模型划分为十块，分别表示十种不同的散射机制；用不同的标记将待分类图像加以标识，形成最终分类图。但该方法较为复杂，操作难度高，不适于广泛推广和适用。

因此，有必要设计一种回路对人的依赖性小、任务管理的智能化程度高、能够实现发现即识别的面向目标的合成孔径雷达卫星智能化星载任务管理方法。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种面向目标的合成孔径雷达卫星智能化星载任务管理方法，具有回路对人的依赖性小、任务管理的智能化程度高、能够实现发现即识别的优点。

本发明涉及一种面向目标的合成孔径雷达卫星智能化星载任务管理方法，其包括以下步骤：

步骤一，根据搜索区域信息,结合卫星实时状态参数，自主规划任务，生成时序控制指令和同步信号；

步骤二，根据搜索区域信息,结合卫星实时状态参数以及同步信号，快速分析成像要素，生成成像参数；

步骤三，卫星运行至对搜索区域可成像位置，按照时序控制指令、同步信号和成像参数，开展广域搜索式成像，形成成像数据；

步骤四，对成像数据进行实时成像处理，智能提取区域内特征目标，快速解析目标的各类信息；

步骤五，广播分发特征目标的各类信息；

步骤六，针对特征目标信息，智能分析不同目标的识别成像模式，结合卫星实时状态参数，自主规划多项任务,生成时序控制指令和同步信号；

步骤七，根据特征目标信息,结合卫星实时状态参数以及同步信号，快速分析针对多个目标的成像要素,生成成像参数；

步骤八，卫星按照时序控制指令、同步信号和成像参数，对发现的多个特征目标开展定点识别式成像，形成成像数据；

步骤九，按照地面系统上注任务，卫星运行至地面站数据接收范围内，将所有成像数据定向回传。

进一步地，所述步骤一中“搜索区域信息”既可以是已在星上存储的信息，也可以是地面上注的信息，可适应不同的应用场景。

进一步地，所述步骤一中“同步信号”是同步后续步骤的基准信号，保证执行步骤的一致性和精准性。

进一步地，所述步骤五中“同步信号”是同步后续步骤的基准信号，保证执行步骤的一致性和精准性。

进一步地，所述步骤五和步骤六并行实施。

进一步地，所述步骤五中“广播分发”是指卫星不需要运行至特定位置，可以实时向全空域内输出数据，其他航天器和地面系统均可接收。

进一步地，所述步骤七中“特征目标信息”是本卫星“实时成像处理”后的信息。

进一步地，所述步骤七中“特征目标信息”是接收其他具有相同星载任务管理的卫星“广播分发”的信息。

进一步地，所述步骤九中“定向回传”指卫星运行至特定位置，向地面上或空域中某一定点方向输出数据，仅定点方向上的地面系统或航天器可接收。

进一步地，若地面系统根据接收到步骤五中“广播分发”的目标数据和步骤九中“定向回传”的成像数据，能够及时标定星载任务管理方法自主运行的精度；若其他具有相同星载任务管理的卫星接收到步骤五中“广播分发”的目标数据后，能够快速进行定点识别式成像过程，形成对目标的协同成像能力。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明的面向目标的合成孔径雷达卫星智能化星载任务管理方法，解决了现有星载任务管理方法主要存在对人在回路依赖性大、任务管理的智能性低、无法实现发现即识别的技术问题；

2、本发明的面向目标的合成孔径雷达卫星智能化星载任务管理方法，将任务管理和成像处理技术结合，充分发挥合成孔径雷达卫星大范围扫描和极速切换波束的优势，开创了一种直接以目标为操控对象，具有自主、快速、智能化运行的任务管理方法，摆脱了对人在回路的依赖性，实现了广域搜索成像和定点识别成像的无缝衔接，满足了卫星对广阔未知区域内多样化目标发现即识别的应用需求；

3、本发明的面向目标的合成孔径雷达卫星智能化星载任务管理方法，一种开放式星载任务管理方法，一方面地面系统根据接收到“广播分发”的目标数据和“定向回传”的成像数据，可以标定本卫星自主运行的精度，完善系统能力，另一方面通过“广播分发”的目标数据，可以快速联合其他具有相同星载任务管理的卫星，形成组网能力。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明面向目标的合成孔径雷达卫星智能化星载任务管理方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

本实施例中，本发明的面向目标的合成孔径雷达卫星智能化星载任务管理方法，其包括以下步骤：

步骤一，根据搜索区域信息,结合卫星实时状态参数，自主规划任务，生成时序控制指令和同步信号；

步骤二，根据搜索区域信息,结合卫星实时状态参数以及同步信号，快速分析成像要素，生成成像参数；

步骤三，卫星运行至对搜索区域可成像位置，按照时序控制指令、同步信号和成像参数，开展广域搜索式成像，形成成像数据；

步骤四，对成像数据进行实时成像处理，智能提取区域内特征目标，快速解析目标的各类信息；

步骤五，广播分发特征目标的各类信息；

步骤六，针对特征目标信息，智能分析不同目标的识别成像模式，结合卫星实时状态参数，自主规划多项任务,生成时序控制指令和同步信号；

步骤七，根据特征目标信息,结合卫星实时状态参数以及同步信号，快速分析针对多个目标的成像要素,生成成像参数；

步骤八，卫星按照时序控制指令、同步信号和成像参数，对发现的多个特征目标开展定点识别式成像，形成成像数据；

步骤九，按照地面系统上注任务，卫星运行至地面站数据接收范围内，将所有成像数据定向回传。

接下来对本发明进行详细的描述。

本发明的目的是提供一种面向目标的合成孔径雷达卫星智能化星载任务管理方法，具有回路对人的依赖性小、任务管理的智能化程度高、能够实现发现即识别的优点。

以下结合附图1，对本发明的方法做进一步详细叙述：

s101(步骤一)，根据搜索区域中心的经纬度、区域范围大小等地理信息,结合卫星实时轨道位置参数，自主规划任务，包括预估任务起止时刻、评估能源安全与成像时长的匹配性以及编排执行系统的操控时序等方面，生成时序控制指令和同步信号；

s102(步骤二)，根据搜索区域中心的经纬度、区域范围大小等地理信息,结合卫星实时轨道位置、姿态信息以及同步信号，快速分析成像要素,生成波位、脉冲周期、增益补偿等成像参数；

s103(步骤三)，卫星运行至对搜索区域可成像位置，按照时序控制指令、同步信号和成像参数，启动各执行系统，开展广域搜索式成像，形成成像数据；

s104(步骤四)，对成像数据进行实时成像处理，智能提取区域内特征目标，快速解析各个目标的位置、大小、速度和方向等信息；

s105(步骤五)，广播分发特征目标的各类信息；

s106(步骤六)，针对特征目标信息，智能分析不同目标的识别成像模式，结合卫星实时轨道位置参数，自主规划多项任务,包括预估任务起止时刻、评估能源安全与成像时长的匹配性以及编排执行系统的操控时序等方面，生成时序控制指令和同步信号；

s107(步骤七)，根据特征目标信息,结合卫星实时轨道位置、姿态信息以及同步信号，快速分析针对不同目标的成像要素,生成波位、脉冲周期、增益补偿等成像参数；

s108(步骤八)，卫星按照时序控制指令、同步信号和成像参数，启动各执行系统，对发现的多个特征目标极速切换波束，依次或同时开展定点识别式成像，形成成像数据；

s109(步骤九)，按照地面系统上注任务，卫星运行至地面站数据接收范围内，将所有成像数据定向回传。

步骤一中“搜索区域信息”既可以是已在星上存储的信息，也可以是地面上注的信息，可适应不同的应用场景。

步骤一和步骤五中“同步信号”是同步后续步骤的基准信号，保证执行步骤的一致性和精准性。

步骤五和步骤六并行实施。

步骤五中“广播分发”是指卫星不需要运行至特定位置，可以实时向全空域内输出数据，其他航天器和地面系统均可接收。若地面系统根据接收到“广播分发”的目标数据和步骤九中“定向回传”的成像数据，可以及时标定星载任务管理方法自主运行的精度，以便于不断完善系统能力；若其他具有相同星载任务管理的卫星接收到“广播分发”的目标数据后，可以快速进行定点识别式成像过程，形成对目标的协同成像能力。

步骤七中“特征目标信息”既可以是本卫星“实时成像处理”后的信息,也可以是接收其他具有相同星载任务管理的卫星“广播分发”的信息。

步骤九中“定向回传”指卫星运行至特定位置，向地面上或空域中某一定点方向输出数据，仅定点方向上的地面系统或航天器可接收。

若地面系统根据接收到步骤五中“广播分发”的目标数据和步骤九中“定向回传”的成像数据，可以及时标定星载任务管理方法自主运行的精度，以便于不断完善系统能力；若其他具有相同星载任务管理的卫星接收到步骤五中“广播分发”的目标数据后，可以快速进行定点识别式成像过程，形成对目标的协同成像能力。

下面对本发明的具体方式举例进行说明。

本实例中合成孔径雷达卫星具有模式i、模式ii、模式iii、模式iv等多种分辨率的成像能力，成像幅宽最大可到千公里级，可提取5类以上特征目标，具有目标信息广播分发功能，卫星实时轨道位置参数使用轨道六根数，卫星实时姿态信息使用三轴导航数据。设定搜索区域是以某海某岛屿为中心，数百公里大小的区域，要求发现并识别区域内a、b、c、d四种类型船只。

步骤一，根据以某海某岛屿为中心，数百公里大小区域的地理信息,结合轨道六根数，自主规划任务，形成r任务：x时x分x.x秒卫星执行系统启动，y时y分y.y秒卫星开始搜索成像，成像时长z秒，卫星姿态保持不变，以内电方式供电；生成相应的时序控制指令和同步信号；

步骤二，根据以某海某岛屿为中心，数百公里大小区域的地理信息,结合轨道六根数、三轴导航数据以及同步信号，快速分析成像要素,生成波位、脉冲周期、增益补偿等成像参数；

步骤三，卫星运行至对搜索区域可成像位置，按照时序控制指令、同步信号和成像参数，x时x分x.x秒启动各执行系统，y时y分y.y秒开始广域搜索式成像，形成成像数据d[r]；

步骤四，对成像数据进行实时成像处理，智能提取区域内a、b、c、d四种类型船只目标，发现a类目标4个(a1～a4)，b类目标2个(b1和b2)，c类目标1个(c1)，d类目标0个；快速解析各个目标的位置、大小、速度和方向等信息，信息矩阵分别是：g[a1]、g[a2]、g[a3]、g[a4]，g[b1]、g[b2]，g[c1]；

步骤五，广播分发上述4个a类目标、2个b类目标和1个c类目标的信息；

步骤六，与步骤五并行实施，针对特征目标信息，智能分析不同目标的识别成像模式，分析结果是：采用模式i分别对a1和a2目标同时成像，形成r1任务，采用模式iii对a3、a4和b1目标群成像，形成r2任务，采用模式iv对c1目标成像，形成r3任务；结合卫星实时轨道位置、姿态信息等状态参数，自主规划多项任务,编排结果是：r2任务—r3任务—r1任务，形成每个任务内容，包括执行系统启动时间、识别成像时间、成像时长、姿态方式和供电方式等；生成相应时序控制指令和同步信号；

步骤七，根据特征目标信息,结合轨道六根数、三轴导航数据以及同步信号，快速分析针对不同目标的成像要素,生成波位、脉冲周期、增益补偿等成像参数；

步骤八，卫星按照时序控制指令、同步信号和成像参数，启动各执行系统，首先对准a3、a4和b1目标群进行模式iii成像，然后切换波束分别对准a1和a2目标同时进行模式i成像，最后再切换波束对准c1目标进行模式iv成像，分别形成成像数据：d[r1]、d[r2]、d[r3]；

步骤九，按照地面系统上注任务，卫星运行至地面站数据接收范围内，将d[r]、d[r1]、d[r2]、d[r3]成像数据执行定向回传。

综上所述，本发明的面向目标的合成孔径雷达卫星智能化星载任务管理方法，解决了现有星载任务管理方法主要存在对人在回路依赖性大、任务管理的智能性低、无法实现发现即识别的技术问题；将任务管理和成像处理技术结合，充分发挥合成孔径雷达卫星大范围扫描和极速切换波束的优势，开创了一种直接以目标为操控对象，具有自主、快速、智能化运行的任务管理方法，摆脱了对人在回路的依赖性，实现了广域搜索成像和定点识别成像的无缝衔接，满足了卫星对广阔未知区域内多样化目标发现即识别的应用需求；一种开放式星载任务管理方法，一方面地面系统根据接收到“广播分发”的目标数据和“定向回传”的成像数据，可以标定本卫星自主运行的精度，完善系统能力，另一方面通过“广播分发”的目标数据，可以快速联合其他具有相同星载任务管理的卫星，形成组网能力。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。