[发明专利]面向大区域目标观测的多星调度方法

说明书

针对面向大区域观测的多卫星调度问题，本发明提供一种面向大区域目标观测的多星调度方法。首先，根据用户需求，确定观测任务即确定待观测的目标区域T(即已知目标区域的位置、面积)；确定可用卫星集合S以及可用卫星集合S中所有可用卫星的卫星参数信息。接着将目标区域离散化，对目标区域进行条带分解。本发明将面向大区域目标观测的多星调度问题转化为具有多个约束的集合覆盖问题，并建立数学模型。最后采用遗传算法对S4中建立的数学模型进行求解，输出是求解得到的观测计划。本发明解决了当前在环境保护活动涉及的卫星图像采集方法耗时长、存在覆盖遗漏的现象，通过本发明方法可得到针对特定观测区域目标覆盖率更高的可行观测方案。

技术领域

本发明涉及卫星调度技术领域，尤其涉及一种面向大区域目标观测的多星调度方法。

背景技术

地球观测卫星(EOS)是能够根据各种观测需求获取地球表面特定区域图像的空间平台系统。由于其具有可靠性高、便捷和高效的特点，EOS图像采集已被政府机构、研究机构和商业企业等众多客户广泛认可。近年来，由于人类活动频繁，自然环境日益恶化、自然灾害频繁发生，环境保护活动越来越受到重视，如国土测绘、环境监测、土地沙漠化监测，热带雨林保护、南极冰盖监测等活动在全球范围内相继展开等。EOS在这些活动中也发挥着越来越重要的作用，它可以实现在不同的时间点、以不同的成像角度对区域目标的观测，而这正是分析环境状况并在紧急情况下采取适当措施的可靠基础。因此，有效处理观测过程中的成像调度问题以获取足够的图像将能够进一步推动环境保护活动的发展。

然而，传统技术和方法未能应对这些环境活动中的卫星观测调度问题并难以在短时间内产生令人满意的观测方案。一方面，针对自然环境的测绘和监测活动通常涉及目标面积很大，如亚马逊雨林地区和南极冰盖。这意味着卫星的成像机会要比相对较小的区域多，并且导致候选观测时间窗呈指数增长。此外，客户以及需求数量的增加将导致调度问题的复杂性骤增。另一方面，考虑到多种卫星特性不同，例如卫星传感器的幅宽、机动能力、卫星的运行方向等，这就增加了调度问题的复杂性。

现有技术包括目前公开的文献，都是致力于比较小面积目标，对大面积目标涉猎较少。随着观测目标面积的扩大、来自不同客户的观测需求增加，搜索空间和候选解决方案的递增，观测窗口选择和调度更加自由多变，导致生成可行的观测计划困难且耗费时间长。因此，迫切需要解决大面积观测的卫星调度问题。

发明内容

针对面向大区域观测的多卫星调度问题，本发明提供一种面向大区域目标观测的多星调度方法。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

一种面向大区域目标观测的多星调度方法，包括以下步骤；

S1根据用户需求，确定观测任务即确定待观测的目标区域T；确定可用卫星集合S以及可用卫星集合S中所有可用卫星的卫星参数信息。

S2目标区域离散化

将待观测的目标区域T通过点阵等距离散化，待观测的目标区域T中的所有离散点组成点集A。点集A中的每个点即为一个点目标，点目标p_i的位置坐标用表示，表示其在WGS 84坐标系中该点目标的纬度，经度和高度。其中i＝1,2,3……n，n为点集A中点目标的个数。这样，待观测的目标区域T可以用一系列的点目标表示。

S3对目标区域进行条带分解

S3.1构建函数F描述卫星与点目标之间的位置关系

时刻t时，对于可用卫星集合S中的可用卫星S_j(其中j＝1,2,3……m，m为可用卫星集合S中可用卫星的个数。)，可用卫星S_j其在J2000地心惯性坐标系中的空间位置为点目标p_i在WGS84坐标系的空间位置为可用卫星S_j能够观测到点目标p_i的当前姿态为则有