[发明专利]敏捷卫星单轨多点目标立体成像任务规划方法及系统

权利要求书

1.一种敏捷卫星单轨多点目标立体成像任务规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设有n个点目标，求出每个点目标的成像时间窗口；

步骤2，建立多点目标立体成像任务规划数学模型，将点目标的两次观测时刻作为决策变量，成像时间窗口、立体交会角、姿态机动速度为约束条件，观测点数最多、完成成像时间最短为目标函数；

步骤3，还原数学模型中决策变量的时序关系，对n个点目标两次成像的2n时刻进行排序；

步骤4，计算步骤3中对每个点目标两次观测对应的俯仰角和滚动角；

步骤5，计算两次连续观测的间隙卫星绕俯仰轴、滚动轴的机动角；

步骤6，采用有向图方法，确定观测方案可连续实施观测的次数和观测时序；

步骤7，采用交会角条件作为判据，对步骤6中得到的观测点时序进行立体观测判断，得到可形成立体观测的点目标数量；

步骤8，采用PSO优化算法求解数学模型，得到单轨多点目标立体成像任务规划方案，实现覆盖最多点目标的立体观测；

步骤2中，多点目标立体成像任务规划数学模型形式化表达为：

Maximize：f(x₁,x₂,...,x_2n)

Ifcount(x₁,x₂,...,x_2n)count(x₁′,x₂′,...,x_2n')

thenf(x₁,x₂,...,x_2n)f(x₁',x₂',...,x_2n')

elseif

count(x₁,x₂,...,x_2n)＝count(x₁',x₂',...,x_2n')time(x₁,x₂,...,x_2n)time(x₁',x₂',...,x_2n')

thenf(x₁,x₂,...,x_2n)f(x₁',x₂',...,x_2n')

Subjecttox_i∈[s_i,e_i]

θ_min≤θ_i≤θ_max

其模型中，点目标个数为n，点目标任务集合为P＝{p₁，p₂，...，p_n}，其中p₁，p₂，...，p_n分别为第1个点目标、第2个点目标...第n个点目标的成像任务；

模型的决策变量为成像时刻集合x＝{x₁，x₂，...，x_2n}，其中x₁，x₂，...，x_2n用于表示n个点目标相应的2n个观测时刻，目标函数需要取得最大值，x₁′，x₂′，...，x_2n′用于表示n个点目标相应的2n个观测时刻另一方案；

模型的目标函数抽象为逻辑表达式f(x₁，x₂，…，x_2n)，其涵盖两个指标：立体观测点数count(x₁，x₂，…，x_2n)和完成成像时间time(x₁，x₂，…，x_2n)；

模型的约束条件主要包括：

1)成像时间窗口约束，要求x_i∈[s_i，e_i]，即成像时刻必须在对应点的成像时间窗口内，s_i、e_i分别为第i个目标的成像时间窗口的起止时间；

2)立体观测条件约束，要求θ_min≤θ_i≤θ_max，θ_i为对第i个点目标两次观测形成的交会角，θ_min和θ_max为给定交会角上下界；

3)姿态机动速度，要求要求卫星连续实施量测点目标观测的时间差，必须大于以卫星平均角速度机动时时间消耗，其中Δt_i，j为卫星连续实施量测观测的时间差，Δω_i，j分别为卫星两次观测的俯仰角、侧摆角变化量，分别为卫星绕俯仰轴、侧摆轴机动的平均角速度；

步骤6中，所述采用有向图方法，确定观测方案可连续实施观测的次数和观测时序，包括如下操作，

首先进行姿态约束无向图型结构构建，实现方式如下，

(1)将各点目标的成像时刻排序，确定点目标的观测大致顺序，并计算出相邻点目标成像时刻之差；

(2)计算两两点目标之间的姿态机动调整时间，若小于对应成像时刻之差，则两点目标的公有顶点值为1，否则为0；

(3)若点目标之间的公有顶点值确定完毕，则姿态约束无向图型结构完成构建；

然后进行姿态约束有向图型结构构建，实现方式如下，

(1)确定点目标姿态约束无向图型结构之后，进行分块定向，分块定向规则为：初始点目标与其他点目标之间的公有顶点为块I，其他点目标之间公有顶点为块II；块内的方向为由下至上，块之间的方向为由上至下；

(2)若点目标的公有顶点均定向完毕，则姿态约束有向图型结构完成构建。