[发明专利]一种针对敏捷卫星的在线调度方法

说明书

本发明公开了一种针对敏捷卫星的在线调度方法，该方法包括：Step 1，设置由目标发现星和目标识别星组成的星簇；Step 2，目标发现星获取目标的低分辨率图像，并提取目标坐标及目标收益；Step 3，目标发现星将目标坐标和目标收益传送给目标识别星；Step 4，目标识别星接收目标坐标和目标收益，并获取目标的高分辨率图像，同时根据目标坐标和目标收益，以目标总收益最大化为优化目标，在线生成一个满足时序约束条件的观测调度方案；Step 5，当观测完当前目标，目标识别星根据Step 4生成的观测调度方案，目标识别星姿态机动到下一个目标的开始观测姿态。本发明能够解决海面目标识别的目标场景，利用一次过境的机会即可对海面的多个目标进行识别。

技术领域

本发明涉及卫星技术领域，特别是涉及一种针对敏捷卫星的在线调度方法。

背景技术

在海面目标侦察场景中，在卫星飞过海域前难以获取目标精确的位置坐标。同时，只有通过高分辨率图像才可识别目标的具体类型信息。在传统的观测卫星管控体制下，地面站要提前一天规划好卫星所有的观测计划，并上注给卫星进行执行。在计划执行过程中，卫星不能再对计划进行更改，这种管控方式导致卫星的响应能力很低。同时，由于目标具有一定的机动能力，在得知目标位置后再规划卫星的观测计划，会导致卫星在观测时丢失目标。所以面对海面目标识别的场景，传统的管控模式只能通过多个目标识别星Sat2的条带拼接来对一个海面区域进行一次性成像，来识别海面中目标的具体特征。由于目标识别星Sat2的成像条带较窄，导致这种目标执行模式对资源造成大量的浪费。

利用自主规划能力来提高敏捷卫星的观测效能受到了越来越多研究人员的重视。目前，比较成功的自主敏捷卫星系统主要有EO1、Firebird和OptiSAR。EO1是来自NAS的敏捷自主卫星，它能发现地球表面的火山喷发、冰层消融、云雾遮挡地壳运动等科学事件。EO1先自主生成一个起始的调度算法，再利用迭代改进的方式来解决卫星状态、资源约束和时序冲突等问题。Firebird是火灾识别系统(Hot Spot Recognition System)的重要组成部分，该卫星能获得火灾位置和火情区域规模等火灾参数信息。Firebird通过火情发现等自动探测事件来实现有限自主目标规划。

OptiSARTM由来自两个轨道的8个串联模块组成，每个串联模块由一个SAR(synthetic Aperture Rader)卫星和一个与其相距几分钟的光学卫星构成(Fabrizio，2016)。这个星座不仅可同时对某一目标进行SAR成像和光学成像，也可通过SAR卫星的云判系统来使避免光学卫星对云雾遮挡区域进行成像，从而提高了光学卫星的观测效率。

另一个值得一提的双敏捷卫星星座是Pleiades。虽然该星座不是自主星座，但是该星座具有24h内可对地表任一目标进行成像的能力。地面管控中心每天要分三个时段生成Pleiades的调度方案，并通过不同的地面站进行上注。这种方式提高了星座的响应能力，可使星座对其上注时刻2小时前的所有目标进行响应。虽然该星座的响应能力已经高于了传统敏捷卫星，但是自主规划能力可进一步增加该星座的响应能力，并可减小该星座的人力资源等运营成本。

目前，研究者普遍认为自主能力可以大幅度提高卫星的使用效率。LaVallee etal.(2006)和Tran et al.(2004)的研究表明自主调度能力在深空探测等项目方面具有较高的应用价值。

ASPEN(Automated Scheduling and Planning Environment)是目前最成功的自主规划与调度的框架之一。CASPER(Continuous Activity Scheduling，Planning，Execution，and Replanning)继承了ASPEN的推理规划能力，在EO1项目中也得到了成功的应用。CASPER采用了迭代改进的方法，该方法支持对方案持续的修改并能根据运行环境的变化快速更新当前方案。该方法中的冲突消解策略能用最小的时间消耗来对原方案进行修改，使新方案能满足当前的使用约束。