[发明专利]敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划方法及系统

说明书

一种敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划方法及系统，包括针对成像任务区域，基于旋转卡壳的原理建立区域的外接矩形，分割得到若干条带；求出每一个条带对应覆盖率，条带起始边和终止边的中点坐标，计算每个条带起始、终止端点的成像时间窗口；对将卫星姿态运动约化为相机指向点的平面运动，构建多条带拼接成像过程中卫星相机指向点的平面运动约束，确定约束条件；对成像时间窗口进行裁剪和成像时刻归一化操作，确定决策变量；构建敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划数学模型，确定模型决策变量与目标函数、约束条件的定量关系；采用PSO优化算法进行求解，得到成像多条带拼接任务规划方案，实现对成像任务区域的最大覆盖。

技术领域

本发明涉及卫星遥感技术领域，尤其是涉及一种敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划技术，提供卫星成像优化技术方案。

背景技术

因敏捷卫星具有绕任意轴(俯仰、滚动、偏航)快速、稳定成像的灵活性，可实现单轨多条带拼接成像任务。如何依据任务需求，制定科学、合理的规划策略，让在轨卫星在高速运行的过程中快速解决单轨多条带成像模式调度，获取高空间分辨率、高时间分辨率的影像，是当前国内外敏捷卫星调度技术研究的热点问题，单轨多条带拼接成像模式如图4所示。

与传统敏捷卫星在成像任务的间隙实施姿态机动不同，在动中成像的敏捷卫星需要连续在滚动、俯仰、偏航方向实施连续的姿态机动，大大拓宽了可执行任务的范围和执行效率，在为用户带来多样性的服务同时，对卫星成像任务规划提出了巨大挑战。

现有的多条带拼接任务规划研究主要集中在两方面：一是区域分解方法、二是规划模型构建与求解。现有的区域分解的典型方法包括基于单景分解方法、基于预定义参考系统的场景划分方法等等。现有的建模求解方面，主要包括区域目标动态分解等。主要思路是根据目标区域位置、卫星轨道、传感器参数等输入将目标区域分解有一定重叠度的独立条带，考虑卫星姿态机动能力作为约束条件、采用传统的粒子群等优化算法求解模型。但现有方法主要局限在于，区域分解后，得到的成像条带均为平行于卫星星下点轨迹的条带，而具有动中成像能力的敏捷卫星可根据区域目标形状和大小，分解得到不平行于星下点轨迹的成像条带，导致现有多条带拼接任务规划方法难以发挥动中成像模式的效率。

发明内容

本发明基于成像时间窗口裁剪和归一化、非沿迹条带分割等预处理操作提出了敏捷卫星单轨多条带拼接成像任务规划预处理技术，建立了单轨多条带拼接任务优化数学模型，提出了一种敏捷卫星单轨多条带拼接成像任务规划技术方案。

本发明提供一种敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划方法，包括以下步骤：

步骤S1，针对成像任务区域，先基于旋转卡壳的原理建立区域的外接矩形，再按照幅宽要求对外接矩形矩形分割，得到若干条带；

步骤S2，求出步骤S1中每一个条带所对应的覆盖率；

步骤S3，求出步骤S1中得到的条带的起始边和终止边的中点坐标，计算每个条带起始、终止端点的成像时间窗口；

步骤S4，对将卫星姿态运动约化为相机指向点的平面运动，构建多条带拼接成像过程中卫星相机指向点的平面运动约束，确定多条带拼接成像任务规划数学模型的约束条件；

步骤S5，对步骤S3中求出的成像时间窗口进行裁剪和成像时刻归一化操作，确定多条带拼接任务规划数学模型的决策变量；

步骤S6，构建敏捷卫星单轨动中成像多条带拼接任务规划数学模型，确定模型决策变量与目标函数、约束条件的定量关系；

步骤S7，采用PSO优化算法进行求解，得到成像多条带拼接任务规划方案，实现对成像任务区域的最大覆盖。

而且，步骤S1中，基于旋转卡壳的原理建立区域的外接矩形，以实现确定目标区域的一个最优的外接矩形，使得对于同一区域目标进行划分的条带数目减少，实现方式如下，