[发明专利]一种基于多目标NSGA-III算法的InSAR卫星任务规划方法

说明书

本发明公开了一种基于多目标NSGA‑III算法的InSAR卫星任务规划方法，具体为：1：生成卫星载荷可视陆地栅格化矩阵W；2：根据W生成初始种群；3：对初始种群进行冲突任务消解，得到更新后的种群和卫星观测任务指令；4：计算种群中每个个体的目标函数值；5：通过锦标赛选择法产生新的种群；6：对新的种群进行交叉变异，卫星观测任务指令扩充以及冲突任务消解，得到更新后的种群；7：将更新后的种群和上一代种群合并，然后选择个体，生成选择后的种群；8：如果当前迭代次数大于最大迭代次数，则停止计算，输出最终的卫星观测任务指令；否则进入下一次迭代。本发明对InSAR卫星对地观测任务规划提供了帮助。

技术领域

本发明属于卫星任务规划领域。

背景技术

干涉合成孔径雷达(InSAR)是获取高精度地面高程模型的重要遥感手段。随着星载InSAR技术的飞速发展，成像任务的数量不断增加和更加复杂多样，然而造价高昂的InSAR卫星以及有限的成像资源等问题依然存在。因此如何优化成像效率，高效利用卫星资源，提高InSAR卫星使用效能成为亟需重点开展研究的方向。在制定和生成卫星成像计划时，必须要考虑任务的需求多样性以及卫星在成像时各种能源约束等，以确保卫星能够安全的运行和成像任务的高效实施。

现有的对InSAR卫星任务规划的研究中考虑的约束条件较为理想，没有考虑实际工程中的约束条件，因而无法运用到实际工程当中。InSAR卫星智能任务规划的研究中大多数多目标进化算法在求解目标维数较低的问题时较为有效，但当面对高维目标优化问题，很多方法效果会变得不理想。

发明内容

发明目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于多目标NSGA-III算法的InSAR卫星任务规划方法。

技术方案：本发明提供一种基于多目标NSGA-III算法的InSAR卫星任务规划方法，具体包括如下步骤：

步骤1：根据卫星轨道信息和卫星载荷信息以及全球陆地先验信息，生成卫星载荷可视陆地栅格化矩阵其中w_i表示第i个时刻能够开机的波位序号集合，一个时刻对应一个观测任务，i＝1,2,…,N_task；其中N_task表示一个轨道上的观测任务的总数，并对卫星载荷可视陆地栅格化矩阵进行预处理；

步骤2：将卫星作为染色体，观测任务作为染色体上的基因位，根据卫星载荷可视陆地栅格化矩阵中的能够开机的波位序号为基因位赋值，从而随机生成m串染色体，形成初始种群；

步骤3：对初始种群进行冲突任务消解，得到更新后的种群和卫星观测任务指令，将更新后的种群作为上一代种群；所述得到卫星观测任务指令的具体方式为：若更新后的种群中某个基因位的前后基因位的波位序号均为0，则将该基因位作为一个任务段，该基因位对应的时间作为该任务段的开始和结束时间；

将一个染色体中连续的且波位序号不为0的基因位组成一段任务段，将该任务段中第一个基因位对应的时间作为该任务段的起始时间，最后一个基因位对应的时间作为任务段的结束时间；

将每个任务段按照起始时间由小到达排列，得到任务段序列；在任务段序列中将每个任务段中的开始时间，结束时间，基因位的个数，基因位对应的卫星，以及第一个基因位上的波位序号值相结合作为该任务段的卫星观测任务指令，得到卫星观测任务指令集合order；

步骤4：建立目标函数，计算更新后的种群中每个染色体的目标函数值；

步骤5：在上一代种群中，通过锦标赛选择法产生新的种群；

步骤6：对步骤5中新的种群依次进行交叉变异，每个卫星观测任务指令扩充以及冲突任务消解，得到更新后的种群和卫星观测任务指令；

步骤7：将步骤6中更新后的种群和上一代种群合并，基于目标函数采用多目标NSGA-III算法在合并后的种群中选择个体，生成选择后的种群；