一种针对敏捷卫星的任务规划方法与流程

本发明涉及卫星任务规划技术领域，具体涉及一种针对敏捷卫星的任务规划方法。

背景技术：

成像卫星任务规划主要解决根据用户提交的不同卫星观测需求，统筹考虑星地资源的可用性，优化安排卫星和地面站的工作，充分发挥星地资源能力，达到星地资源的最优化使用或者近似优化使用的目的，达到最优化或近似优化使用星地资源的目的，尽可能受理和执行更多的卫星观测需求。

近年来，世界航天技术不断发展，为更好地满足用户的成像需求，世界各国相继展开了敏捷卫星的研究，敏捷卫星不仅可以绕滚轴做垂直星下点的侧摆运动，还可以进行俯仰和偏航。机动能力的增强，使得敏捷卫星可以在允许的范围内沿任意方向进行目标观测，但是，机动能力的增强，使得敏捷卫星的访问时间变成了一个可用时间范围，对于单个目标来说，增加了目标被观测的机会，对于多个目标来说，增多了固定时间内被观测的目标数量，从而使可观测时间窗口不确定，导致卫星姿态不确定，卫星工作模式也相应改变。

因此，亟需一种针对敏捷卫星的任务规划方法，优化敏捷卫星任务规划的各个环节，从而更好地处理用户发送的复杂任务及应急任务，更好地完成观测任务，提高资源利用率。

技术实现要素：

技术问题

有鉴于此，本发明实施例提供针对敏捷卫星的任务规划方法，优化敏捷卫星任务规划的各个环节，从而更好地处理用户发送的复杂任务及应急任务，更好地完成观测任务，提高资源利用率。

根据本发明的一个方面，公开了一种针对敏捷卫星的任务规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

进行访问计算获取访问时间窗口；

将所述访问时间窗口进行时间窗口优选；

对观测任务进行动态约束检查；

进行动作序列优选；

接收资源规划。

在其中一个实施例中，所述进行访问计算获取访问时间窗口的步骤，为基于俯仰角的访问计算，将点目标与区域目标分解成相应的元任务，并与经纬度网格相对应。

在其中一个实施例中，所述进行访问计算获取访问时间窗口的步骤，包括：

将观测任务分为点目标和区域目标分别进行基于俯仰角的访问时间窗口的计算。

在其中一个实施例中，对于点目标，进行访问计算获取访问时间窗口的步骤，包括如下步骤：

计算点目标的俯仰角和滚动角；

计算点目标的访问时间。

在其中一个实施例中，对于区域目标，进行访问计算获取访问时间窗口的步骤，包括如下步骤：

对成像目标分解，生成元任务组；

通过扩展观测时间完成对多个观测目标的合成观测；

将区域目标与网格对应，通过卫星条带与区域目标的关系，将观测目标固定在经纬度网格范围内；

选取观测条带与网格区域最开始的点和结束的点，作为区域目标访问计算的边界点，计算出区域目标的俯仰角与滚动角，进一步计算出区域目标的访问时间。

在其中一个实施例中，将所述访问时间窗口进行时间窗口优选的步骤，为采用动态选择策略，推算可用时间窗口上限，确定敏捷卫星的时间窗口。

在其中一个实施例中，所述对观测任务进行动态约束检查的步骤，为调用卫星模型，更新敏捷卫星状态，检查系列约束条件。

在其中一个实施例中，所述系列约束条件包括卫星的电量、固存、姿态转换角。

在其中一个实施例中，所述进行动作序列优选的步骤，包括：

选择可用时间窗口；

调用卫星姿态机动模型；

估算两个观测任务之间的卫星姿态机动时间；

将卫星姿态机动时间加上姿态稳定时间获取两个观测任务之间的转换时间,确定敏捷卫星的动作序列。

在其中一个实施例中，所述接收资源规划的步骤，包括如下步骤：

将接收资源进行剥离；

将任务规划后生成的接收资源预规划结果发送给接收站网；

使接收站网对接收资源的预规划结果进行调整反馈；

生成接收资源规划方案。

采用上述技术方案，本发明至少可取得下述技术效果：

本发明一种针对敏捷卫星的任务规划方法，优化敏捷卫星任务规划的各个环节，从而更好地用户发送的复杂任务及应急任务，更好地完成观测任务，提高资源利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例针对敏捷卫星的任务规划算法流程图；

图2是图1所示实施例步骤S120的流程图；

图3是图1所示实施例步骤S120的另一流程图；

图4是图1所示实施例步骤S150的流程图；

图5是图1所示实施例步骤S160的流程图；

图6是本发明一实施例的区域目标动态组合方法示意图；

图7是成像时间优选示意图；

图8是非敏捷卫星与敏捷卫星动作序列对比示意图。

贯穿附图，应该注意的是，相似的标号用于描绘相同或相似的元件、特征和结构。

具体实施方式

提供以下参照附图的描述来帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本公开的各种实施例。以下描述包括帮助理解的各种具体细节，但是这些细节将仅被视为是示例性的。因此，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可对本文所述的各种实施例进行各种改变和修改。另外，为了清晰和简洁，公知功能和构造的描述可被省略。

以下描述和权利要求书中所使用的术语和词汇不限于文献含义，而是仅由发明人用来使本公开能够被清晰和一致地理解。因此，对于本领域技术人员而言应该明显的是，提供以下对本公开的各种实施例的描述仅是为了示例性目的，而非限制由所附权利要求及其等同物限定的本公开的目的。

应该理解，除非上下文明确另外指示，否则单数形式也包括复数指代。因此，例如，对“组件表面”的引用包括对一个或更多个这样的表面的引用。

本发明的技术解决的问题是：设计基于俯仰角的点目标的访问计算和区域目标的访问计算，并对时间窗口优选，更新敏捷卫星的状态，进行动态约束检查，确定有效的动作序列，同时剥离接收站网，进行接收资源的提前预规划，该算法能够解决敏捷卫星机动灵活，俯仰机动增加情况下带来的一系列任务规划问题，具有可扩展性。

下面依据图1-8对本发明实施例作具体阐述说明。

图1是本发明一实施例针对敏捷卫星的任务规划算法流程图。

图2是图1所示实施例步骤S120的流程图。

图3是图1所示实施例步骤S120的另一流程图。

图4是图1所示实施例步骤S150的流程图。

图5是图1所示实施例步骤S160的流程图。

图6是本发明一实施例的区域目标动态组合方法示意图。

图7是成像时间优选示意图。

图8是非敏捷卫星与敏捷卫星动作序列对比示意图。

参考图1，本实施例所述的一种针对敏捷卫星的任务规划方法100，该算法100包括如下步骤：

步骤S120：进行基于俯仰角的访问计算获取访问时间窗口。

进行访问计算获取访问时间窗口的步骤，为基于俯仰角的访问计算，将点目标与区域目标分解成相应的元任务，并与经纬度网格相对应。其中，进行访问计算获取访问时间窗口的步骤，包括如下步骤：将观测任务分为点目标和区域目标分别进行基于俯仰角的访问时间窗口的计算。

在实际操作中可以先计算卫星的轨道数据。其中，调用轨道计算软件，根据给定的开始时间和结束时间，计算卫星的星历、星下点、可接收弧段、天文事件等数据。

参考图2，对于点目标，进行访问计算获取访问时间窗口的步骤，包括如下步骤：

步骤S122：计算点目标的俯仰角和滚动角；

步骤S124：计算点目标的访问时间。

参考图3和图6，对于区域目标，进行访问计算获取访问时间窗口的步骤，包括如下步骤：

步骤S121：对成像目标分解，生成元任务组；

步骤S123：通过扩展观测时间完成对多个观测目标的合成观测；

步骤S125：将区域目标与网格对应，通过卫星条带与区域目标的关系，将观测目标固定在经纬度网格范围内；

步骤S127：选取观测条带与网格区域最开始的点和结束的点，作为区域目标访问计算的边界点，计算出区域目标的俯仰角与滚动角，进一步计算出区域目标的访问时间。

参考图6，因为区域目标范围较大，在对区域目标进行观测时，需要先对成像目标分解，然后生成一个个元任务，但是区域目标元任务的观测角度不能调整，所以一般通过扩展观测时间来完成对多个目标的合成观测，然后将区域目标与网格对应，通过卫星条带与区域目标的关系，将观测目标固定在经纬度网格范围内，选取观测条带与网格区域最开始的点和结束的点，作为区域目标访问计算的边界点，从而计算出区域目标的俯仰角与滚动角，进一步计算出区域目标的访问时间。

基于俯仰角的访问计算，通过将点目标与区域目标分解成相应的元任务，并与经纬度网格相对应，减少目标的重复覆盖率，提高了成像效率。

步骤S130：进行时间窗口优选。将所述访问时间窗口进行时间窗口优选的步骤，为采用动态选择策略，推算可用时间窗口上限，确定敏捷卫星的时间窗口。

步骤S140：对观测任务进行动态约束检查。所述对观测任务进行动态约束检查的步骤，为调用卫星模型，更新敏捷卫星状态，检查一系列约束条件；所述系列约束条件包括卫星的电量、固存、姿态转换角等。其中，约束条件包括任务约束、资源约束和综合约束，资源约束又分为卫星资源约束和接收资源约束。

动态的约束检查方法，通过调用外部卫星模型，不断更新卫星状态，进行动态约束检查。

步骤S150：进行动作序列优选。参考图4，所述进行动作序列优选的步骤，包括：

步骤S152：选择可用时间窗口；

步骤S154：调用卫星姿态机动模型；

步骤S156：估算两个观测任务之间的卫星姿态机动时间；

步骤S158：将卫星姿态机动时间加上姿态稳定时间获取两个观测任务之间的转换时间,确定敏捷卫星的动作序列。

对动作序列的编排即通过时间窗口对动作进行约束，在选择了可用时间窗口后，需要调用卫星姿态机动模型，估算两个观测任务之间的卫星姿态机动时间，卫星姿态机动时间加上姿态稳定时间可得两个观测任务之间的转换时间,从而确定了敏捷卫星的动作序列。

成像时间优选(如图7所示)和动作序列优选(如图8所示)是与敏捷卫星的机动能力与时间窗口的约束相互对应的，通过动态选择策略进行时间窗口优选，其中的动态选择策略可以按照时间优先、质量优先或者任务数量优先的原则进行优选，通过确定的时间窗口，确定卫星相邻任务之间的转换时间，从而确定卫星姿态。

步骤S160：接收资源规划。参考图5，所述接收资源规划的步骤，包括如下步骤：

步骤S162：将接收资源进行剥离；

步骤S164：将任务规划后生成的接收资源预规划结果发送给接收站网；

步骤S166：使接收站网对接收资源的预规划结果进行调整反馈；

步骤S168：最后，生成接收资源规划方案。

敏捷卫星接收资源不确定，将接收资源进行剥离，将任务规划后生成的接收资源预规划结果发送给接收站网，使接收站网对接收资源的预规划结果进行一个调整反馈，最后生成接收资源规划方案，完成接收资源规划。敏捷卫星接收资源不确定，将敏捷卫星的接收资源剥离出去，进行接收资源的提前预规划，再通过接收站网对提前预规划结果进行反馈，提高规划的准确性。

应该注意的是，如上所述的本公开的各种实施例通常在一定程度上涉及输入数据的处理和输出数据的生成。此输入数据处理和输出数据生成可在硬件或者与硬件结合的软件中实现。例如，可在移动装置或者相似或相关的电路中采用特定电子组件以用于实现与如上所述本公开的各种实施例关联的功能。另选地，依据所存储的指令来操作的一个或多个处理器可实现与如上所述本公开的各种实施例关联的功能。如果是这样，则这些指令可被存储在一个或多个非暂时性处理器可读介质上，这是在本公开的范围内。处理器可读介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光学数据存储装置。另外，用于实现本公开的功能计算机程序、指令和指令段可由本公开所属领域的程序员容易地解释。

尽管已参照本公开的各种实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可对其进行形式和细节上的各种改变。