基于主动成像卫星的变成像时长规划方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113989669A(43)申请公布日2022.01.28(21)申请号202111253093.5(22)申请日2021.10.27(71)申请人湖南大学地址410082湖南省长沙市麓山南路2号申请人湖南国科轩宇信息科技有限公司(72)发明人常中祥周忠宝吴宝中李瑞阳陈恩铭刘书源(74)专利代理机构北京融智邦达知识产权代理事务所(普通合伙)11885代理人董惠文(51)Int.Cl.G06V20/13(2022.01)权利要求书3页说明书12页附图2页(54)发明名称基于主动成像卫星的变成像时长规划方法及系统(57)摘要本发明提供了一种基于主动成像卫星的变成像时长规划方法及系统，方法包括以下步骤：步骤1：获取目标任务；步骤2：构建主动成像卫星的变成像时长规划模型；步骤3：对变成像时长规划模型进行求解；步骤4：得到规划方案并输出。本发明实现了卫星对差异性地面目标的动态、可变成像时长的观测，能够获取高优先级地面目标的连续一段时间内的遥感信息，同时保证其他低优先级地面目标的观测，最大化挖掘了敏捷卫星的强大遥感信息获取能力。而且保证了成像方案的能源消耗始终处于最小化。CN113989669ACN113989669A权利要求书1/3页1.一种基于主动成像卫星的变成像时长规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取目标任务；步骤2：构建主动成像卫星的变成像时长规划模型；步骤3：对所述变成像时长规划模型进行求解；步骤4：得到规划方案并输出。2.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，步骤2中所述变成像时长规划模型为：目标函数：和分别对应成像质量损失和卫星能源消耗；表示变成像时长规划；表示所有地面目标都被卫星以最大成像质量观测，获取成像收益；表示被规划观测的地面目标的成像收益之和，gti、gtj分别表示第i个，第j个地面目标，gti.ω表示地面目标gti的优先级；ngt表示地面目标的数量，nt表示被观测的地面目标个数；xi为决策变量，表示第i个地面目标是否被规划，Q(gti.ow)表示第i个地面目标gti的累计成像质量，ow表示地面目标gti的成像窗口；E表示卫星完成有效调度时间范围内所有观测活动和姿态机动活动的总能耗，MEC表示卫星的最大能源消耗；E＝eo×ot+ec×ct其中，ot和ct分别对应卫星观测地面目标的成像时长之和以及卫星在所有地面目标间的姿态机动时间之和，而eo和ec分别表示卫星观测地面目标的耗能功率和卫星调整姿态的耗能功率，MEC表示卫星的最大能源消耗，eo表示卫星观测地面目标的耗能功率，gtj.w.e表示地面目标gtj可见时间窗口的结束时间，gtj·w.s表示地面目标gtj可见时间窗口的开始时间，gtj.w.e‑gtj.w.s表示地面目标gtj的可见时间窗口的长度，maxT表示最大姿态机动时长，表示卫星观测所有地面目标的最大能源消耗，maxT×ec×ngt表示所有地面目标都被观测时，地面目标之间卫星进行姿态机动的最大时间之和，ec表示卫星调整姿态的耗能功率；约束条件为：xi≤10≤i≤ngt(4)2CN113989669A权利要求书2/3页gti.ow.d≥xi×gti.ow.d00≤i≤ngt(6)式4表示每个地面目标被最多观测一次；式5表示将卫星观测每个地面目标的成像窗口限制在其对应的可见时间窗口内；gtj.ow.b表示地面目标成像窗口的开始时间，gtk.ow.e表示地面目标gtk成像窗口的结束时间，式6用于限制卫星观测第i个地面目标的最小成像时长，当且仅当xi＝1时，此约束有效；gti.ow.d表示地面目标gti成像窗口的真实成像时长，gti.ow.d0表示地面目标gti成像窗口的的最小成像时长；式7表示卫星姿态机动约束，其中，第一个表达式表示任意两个先后被观测的地面目标(gtk和gtj)，且gtk早于gtj被观测，第二个表达式表示它们之间的时间间隔必须大于卫星调整姿态的机动时间，当且仅当xj和xk都等于1时，即gtk和gtj都被规划观测，上述约束条件才有效；表示由地面目标gti向下一个地面目标gti+1进行转换时的的姿态角变化量Δg的姿态机动时间，其计算方式为其中，trans(Δg)表示姿态机动Δg所消耗的时间，单位为秒。v1、v2、v3、v4表示预先设定的四类姿态分档速度。3.根据权利要求2所述的规划方法，其特征在于，步骤3中对所述变成像时长规划模型进行求解的方法是自适应多目标模因算法。4.根据权利要求3所述的规划方法，其特征在于，自适应多目标模因算法具体为：步骤11：获取待规划地面目标集合，设置目标选择概率、解种群规模、补偿解规模以及迭代次数；步骤12：根据所述目标选择概率、所述补偿解规模以及所述解种群规模构造初始解；步骤13：