[发明专利]基于姿态信息的航天器多目标在线聚类规划方法

说明书

本发明公开的基于姿态信息的航天器多目标在线聚类规划方法，属于航天器姿态和任务规划领域。本发明实现方法为：根据航天器观测相机的视场角，确定航天器多目标在线聚类的聚类标准约束，以最佳成像时间为标准，将所有单目标成像区间进行排序，形成的成像区间序列组合，通过聚类标准约束依次确定中心成像区间，通过成像时间约束形成新的中心成像区间序列组合，根据航天器姿态信息约束，基于两点边值扩展法，将中心成像区间和剩余区间进行合并，形成聚类成像区间，所述的聚类成像区间为满足上述约束条件的多次观测的目标区间聚合成能够由航天器一次观测完成的聚类区间。本发明具有速度快，效率高，准确性强，实时性好以及安全性高的优点。

技术领域

本发明涉及基于姿态信息的航天器多目标在线聚类规划方法，适用于航天器观测任务规划方法，属于航天器姿态和任务规划领域。

背景技术

航天器观测任务是通过有效载荷对既定区域或目标进行信息获取，是航天任务中的重要部分。航天器在观测多个目标时，存在一些距离很近的目标，如果对每个目标单独进行处理会产生多个小条带，不仅增大规划阶段的搜索空间，还会造成卫星频繁姿态机动浪费时间。此时，可以对多个观测目标进行目标聚类，将满足相关约束条件的需要多次观测的目标聚合成能够由航天器一次成像完成观测的聚类目标。

而现有的多目标聚类方法，大多是离线模式。在任务规划之前就对目标预先进行聚类，且只考虑了多目标之间的几何位置关系和优先级顺序，忽略了与航天器的相对位置、航天器机动时间间隔以及航天器姿态之间的关系。这时需要设计一种在线聚类方法，不仅考虑目标之间的几何位置关系和优先级顺序，也考虑观测条带间隔和目标与航天器之间的姿态关系，能够较好的处理航天器观测任务过程中的机动时间限制、单次成像时间限制、航天器的侧摆角约束等多种约束。

在实际观测任务中，在线多目标聚类可以减少航天器载荷由于频繁地姿态机动而消耗的能源和时间。对于一些离线聚类无法处理的目标，可以通过在线多目标聚类对它们一起进行观测，使航天器可以观测到更多的目标，有效地提高观测任务中航天器对目标的观测效率。

发明内容

针对航天器观测任务规划问题，本发明公开的基于姿态信息的航天器多目标在线聚类规划方法要解决的技术问题是：根据多目标之间的姿态空间位置关系和优先级顺序，考虑观测任务中的相机的幅宽和目标与航天器之间的姿态关系等多种约束，将满足相关约束条件的多次观测的目标区间聚合成能够由航天器一次观测完成的聚类区间，所述相关约束条件包括聚类标准约束、成像时间约束、姿态信息约束。即通过聚类标准约束考虑实际观测任务中成像区间条带宽度，实现相机参数到聚类参数的有效转化，符合实际任务情况，准确性高；通过成像时间约束充分考虑航天器轨道信息和观测条带间隔，符合实际观测任务情况，提高多目标聚类的实时性和准确性；通过姿态信息约束充分考虑航天器姿态信息和侧摆姿态角约束，符合实际观测任务情况，提高多目标聚类的准确性和安全性。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的基于姿态信息的航天器多目标在线聚类规划方法，根据航天器观测相机的视场角，确定航天器多目标在线聚类的聚类标准约束，以最佳成像时间为标准，将所有单目标成像区间进行排序，形成的成像区间序列组合，通过聚类标准约束依次确定中心成像区间，通过成像时间约束形成新的中心成像区间序列组合，根据航天器姿态信息约束，基于两点边值扩展法，将中心成像区间和剩余区间进行合并，形成聚类成像区间，所述的聚类成像区间为满足上述约束条件的多次观测的目标区间聚合成能够由航天器一次观测完成的聚类区间。本发明具有速度快，效率高，准确性强，实时性好以及安全性高的优点。

本发明公开的基于姿态信息的航天器多目标在线聚类规划方法，包括如下步骤：

步骤一：根据航天器观测相机的视场角，确定航天器多目标在线聚类的聚类标准约束。

根据航天器观测相机的视场角theta，得出多目标在线聚类的聚类宽度T，确定航天器多目标在线聚类的聚类标准约束：