[发明专利]一种卫星多目标重复观测任务规划方法及终端

说明书

本发明公开了一种卫星多目标重复观测任务规划方法及终端，包括：设置卫星任务规划问题参数并生成任务集合；计算任务集中目标点的观测窗口；基于目标点分层聚类规则将任务集合分为多个互不影响的集合，并分别进行集合内任务规划；将各集合内的任务规划结果合并后得到所有观测任务的执行序列；核验执行序列满足约束后输出规划结果。本发明的计算方法适应于敏捷卫星对地重复观测任务规划。该方法采用分层聚类方法消解已观测目标点与未观测目标点观测窗口间冲突，将任务集分解为若干小规模集合进行任务规划，在保证任务点覆盖率未降低的前提下执行了重复观测任务，计算效率高，算法稳定性好，适应各种分布的任务集合。

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，具体涉及一种基于分层聚类的卫星多目标重复观测任务规划方法及终端。

背景技术

随着各国航天事业的发展，近几年在轨卫星种类和数目不断增加，卫星载荷功能愈加丰富，姿态机动能力进一步加强，卫星任务规划过程也更加复杂。传统的完全地面离线管控模式由于地面站与卫星可见通信时间受限、数据回传滞后、难以进行星上资源精确动态预测等问题已经难以适应未来航天任务需求。需要发展卫星自主任务规划与调度技术使卫星具有在轨自主运行的能力，从而提高整个卫星观测系统的快速反应能力。卫星任务规划问题一般采用混合整数规划模型进行建模，由于该问题是一个NP-hard问题，在任务规模较大或任务需求较为复杂的情况下求解难度迅速增加，一般的经典算法难以求解或求解时间过长。如何快速得到卫星任务规划结果，直接影响了卫星在轨自主运行的可行性。敏捷卫星任务规划快速算法是当前科技人员关注的热点问题之一。

现有的研究大多采用启发式算法或精确算法来解决该问题，已发展的敏捷卫星任务规划快速算法中，在先文献“杜彬.敏捷成像卫星任务规划方法研究[D].南京航空航天大学,2019.”中公开了基于观测任务中目标点经纬度聚类缩减候选解集，通过对聚类后的任务点进行分层二次任务规划的方法。但该方法只适用于任务点在同一观测条带的场景，在任务规模较大时聚类过程耗时较长且聚类集合内部采用禁忌搜索算法效率不高，受星上计算资源限制，难以满足任务响应时间需求。

在先文献“He Y,Chen Y,Lu J,等.Scheduling multiple agile earthobservation satellites with an edge computing framework and a constructiveheuristic algorithm[J].Journal of Systems Architecture,2019,95:55–66.”中公开了一种基于剩余任务密度的启发式算法(HDART)，将一个任务周期分为多个规划周期进行滚动任务规划，能够在短时间得到针对大规模任务集的观测序列。但是，该方法为了简化问题，提高计算效率，并没有考虑任务点的重复观测任务需求，对任务点观测窗口利用不足，无法适应热点目标轮巡，目标点立体成像等任务。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种卫星多目标重复观测任务规划方法及终端，以解决现有技术中难以对卫星大规模重复观测任务进行快速任务规划的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种卫星多目标重复观测任务规划方法，包括步骤如下：

1)设置卫星任务规划问题参数并生成任务集合；

2)计算所述任务集合中目标点的观测窗口；

3)基于目标点分层聚类规则将任务集合分为多个互不影响的集合，并分别进行集合内任务规划；

4)将各互不影响的集合内的任务规划结果合并后得到所有观测任务的执行序列；

5)核验执行序列满足约束后输出规划结果。