[发明专利]一种资源充足情形下最小观测成本的卫星任务规划方法

说明书

本发明公开了一种资源充足情形下最小观测成本的卫星任务规划方法，其步骤包括：1将待观测区域用网格离散化表示，使得原来对较大区域的覆盖问题转化成对网格的覆盖问题；2在粗粒度的网格上得到可行解后对可行解进行削减，已备在细粒度网格上寻找更优的可行解；3以嵌套的方式重复细化网格，提出在新网格上构建临近覆盖模式的方法避免每次重新生成所有的覆盖模式；4将网格细化、构建临近覆盖模式和基于动态贪婪的启发式算法结合起来，进行多次迭代，得到较优的可行解。本发明能快速得到以最小观测成本为目的的卫星任务安排结果，从而能使卫星在充足的观测资源下以尽可能小的成本完成观测任务，减少不必要的资源浪费。

技术领域

本发明属于卫星任务规划技术领域，具体的说是一种资源充足情形下最小观测成本的卫星任务规划方法。

背景技术

卫星是人类制造发射升空的机器，在一定的轨道上绕地球飞行运转。其主要功能之一是通过星载传感器(如可见光相机、多光谱相机)对陆地、海洋、大气等进行观测。观测的需求由来自各个领域、各个部门的用户提出，在卫星的地面管控中心汇总，管控中心根据观测需求，结合卫星资源使用情况，综合制定各个卫星的成像覆盖计划，并生成测控指令，经由地面测控站上注至卫星，卫星在接收到指令后作出相应的动作，对指定的区域进行成像，所成影像数据暂时保存在星载硬盘上，当行至与地面站可通信时，将影像数据下传至地面站。在该过程中，地面管控中心制定卫星成像计划的环节称为卫星任务规划，是整个卫星使用管理过程中的关键环节之一。

每颗卫星对应一个星下点轨迹，可使用直线方程表示该星下点轨迹。每个成像机会可以观测一个矩形区域，记为条带。条带的两条边与星下点轨迹平行，另两条边与星下点轨迹垂直。成像卫星的相机具有固定的视场角，视场角的大小一定程度上决定了条带的宽度。卫星连续成像不能超过最长开机时间，因此对应一个最大长度。在成像拍摄的过程中，相机可以在一定范围内侧摆。因此，可以观测到星下点轨迹附近一定范围内的区域。

卫星一次过境只能拍摄一个有限长度和宽度的条带区域，如果待观测的区域较大，则卫星一次过境难以完整观测整个区域。如果用户急需该区域的影像数据，则可以使用多颗卫星多次过境机会进行协同成像。

在传统的卫星使用模式中，卫星单独制定计划，并单独执行成像任务，卫星与卫星之间不进行协同观测。而随着卫星数量的增多，使用多颗卫星协同对地进行成像观测已成为可能，且存在多星协同区域成像的现实需求。实际情况下每个卫星的星下点轨迹不一定平行，因此有可能导致成像条带之间的重叠。由于卫星的观测成本十分高昂，如果不进行合理地安排，有可能会导致条带间大量的重叠，使得部分区域被重复观测，造成完成观测任务的成本上升，带来不必要的浪费，这样的情形十分不利于资源的合理利用。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种资源充足情形下最小观测成本的卫星任务规划方法，以期能在资源充足的前提下实现用最小成本完成对观测任务的覆盖，从而能降低观测成本。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种资源充足情形下最小观测成本的卫星任务规划方法的特点是应用于由一个待观测矩形区域R和n个成像卫星的覆盖机会集合S＝{s₁,s₂,...,s_i,...s_n}构成的任务规划场景中；其中，s_i表示第i个覆盖机会，1≤i≤n；所述卫星任务规划方法是按如下步骤进行：

步骤1.参数定义和初始化：

以所述待观测矩形区域R的任意一个顶点为原点o，以与所述原点相邻的两条边分别为x轴和y轴，从而建立坐标系o-xy；

所述任务规划场景中，每个覆盖机会对应一个卫星到地面的垂直投影点直线轨迹，简称为星下点轨迹，记第i个覆盖机会s_i对应的星下点轨迹为o_i；