[发明专利]一种基于实时气象云图的光学卫星智能任务规划方法

说明书

本发明公开一种基于实时气象云图的光学卫星智能任务规划方法，一、利用高轨卫星上的多光谱遥感成像仪以设定频率获取对地观测遥感影像；二、设计在轨实时云检测网络模型，实现多光谱遥感影像快速云检测，得到云掩膜产品；三、在高轨卫星上通过设定的通信信道，将云掩膜产品分发给低轨智能决策卫星；四、在低轨智能决策卫星上，根据云掩膜产品，利用自主规划算法动态调整低轨普通成员卫星的成像任务规划方案；五、低轨智能决策卫星将调整后的成像任务规划方案转换为载荷指令发送至低轨普通成员卫星，低轨普通成员卫星执行方案并获取遥感影像，本发明能够通过高轨卫星强大的实时云图监测能力，实时动态调整低轨卫星的成像方案，提高卫星成像效率。

技术领域

本发明属于卫星遥感的技术领域，具体涉及一种基于实时气象云图的光学卫星智能任务规划方法。

背景技术

光学成像卫星是通过星载光学相机对地物目标和低层大气进行观测以获取图像数据的一类卫星平台。常见的光学成像卫星有美国KH-12卫星、法国Pléiades卫星、我国高分二号卫星等。光学图像具有空间分辨率高、符合人眼视觉习惯、便于判读等优势，在军事侦察、地质勘探、环境监测等领域得到广泛应用。光学相机是被动成像，对云层的穿透能力弱，因此云层遮挡成为限制光学成像卫星对地观测和数据应用的重要因素。根据国际卫星云气候计划的统计，全球平均云层覆盖率达到约65％，诸多光学成像卫星受到影响，例如，法国SPOT卫星的观测任务大约有80％因云层遮挡而失败，我国约60％的光学卫星图像因云层遮挡而无法生产有效的图像产品。当地物目标被云层遮挡时，不仅因信息缺失难以得到高质量的卫星图像，而且相应的观测时间窗口、星上存储和电量、星地数传等资源被占用或消耗，带来卫星观测效率低的问题。因此，如何有效规避云层遮挡的影响，获取高质量图像数据，提高卫星观测效率是光学成像卫星应用实践中亟需解决的关键问题。

目前，国内外机构和学者针对光学成像卫星应用中的云层遮挡问题提出了不同的解决方案，并开展了很多研究。这些方案和关键技术可总结为三类：一是在光学成像卫星地面任务规划阶段参考气象信息，该方法通常参考气象部门提供了天气信息，在现实应用中简单可行，但是没有考虑云层状态的实时变化；二是在卫星成像阶段，通过星载云层探测器获取云层信息，动态调整成像方案，该方法的局限性在于需要卫星装载云层探测器才能获取云层信息，在实际应用中缺乏通用性。三是在地面数据处理阶段，采用云检测、薄云场景的增强、厚云场景的修复等方法恢复图像信息，该方法能够在一定程度上提高含云图像的利用率，但其本质上属于完成任务规划、对地观测和数据回传之后的数据处理，如果图像的含云量高，则难以生产有效的图像产品。另外，被云层遮挡的区域通常作为新的观测需求重新提交，受卫星测控资源、数据回传速率等因素的限制，从需求提交到产品生成的周期短则一天、长则数周，数据的时效性大大降低。

高轨静止气象卫星“悬停”于距地面36000km的太空中，最快可以每十分钟获取“全圆盘”(约占地球表面积1/3)的多波段遥感影像。近十几年来，气象卫星遥感影像的空间分辨率已提高至1km量级，从若干全色和热红外波段发展到覆盖可见、近红外、中红外、远红外光谱段，具有14～16个波段(以中国风云4号、日本葵花8卫星为例)的高信息含量数据，其云掩膜产品具有超高时间分辨率、较高空间分辨率和云识别精度。

当高轨静止气象卫星遥感数据精度、深度学习云检测方法、专用快速智能芯片、卫星通信技术和卫星智能任务规划技术发展到比较成熟的今天，集成构建一套利用高轨静止气象卫星(以下简称高轨卫星)现有观测数据，通过在轨实时处理得到气象云图，支援低轨光学成像卫星(以下简称低轨卫星)智能任务规划的系统具备了可行性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于实时气象云图的光学卫星智能任务规划方法，能够通过高轨卫星强大的实时云图监测能力，结合在轨实时处理技术、任务规划技术、星间通信技术，根据实时气象云图信息动态调整低轨卫星的成像方案，提高卫星成像效率。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于实时气象云图的光学卫星智能任务规划方法，包括以下步骤：