星上自主成像任务规划系统的制作方法

图片简介:本技术提供了一种星上自主成像任务规划系统，包括卫星轨道递推预报模块、在轨成像任务预报模块、在轨成像任务设计模块、在轨任务合成模块、在轨成像任务冲突优化排序模块和在轨成像实施模块。

卫星用户仅需将成像区域经纬度发送到卫星上，卫星自主计算成像时间、成像和控制参数计算和设置，以及智能安排成像，不需要用户懂得复杂卫星设计和使用方法，进而方便快捷高效的完成目标区域的成像，同时避免指令编排错误，影响卫星的安全。

在轨任务合成模块是根据卫星姿态、成像传感器、成像时间等约束等，将满足条件的相邻任务合成，生成新的任务序列。

技术要求1.一种星上自主成像任务规划系统，其特征在于：所述系统包括卫星轨道递推预报模块、在轨成像任务预报模块、在轨成像任务设计模块、在轨任务合成模块、在轨成像任务冲突优化排序模块和在轨成像实施模块；其中，卫星轨道递推预报模块，以GPS接收机实时导航信息为输入，结合EOP参数实现轨道拟平根的确定，再以拟平根为基础对卫星未来一段时间的轨道位置进行预报；在轨成像任务预报模块，以卫星轨道递推预报模块预报的轨道信息、原始任务经纬度信息和卫星平台参数信息为输入，采用快速搜索算法预报计算成像观测时间和角度等信息；在轨成像任务设计模块，将预报任务分类，按照成像类型安排成像的时间，并计算成像时太阳高度角，以太阳高度和观测目标反射率，计算成像时曝光时间；在轨任务合成模块，根据卫星姿态、成像传感器、成像时间，将满足条件的相邻任务合成，生成新的任务序列；判断序列中邻两个任务的观测时间、观测角和成像类型是否满足合成的条件，满足时观测角取中间值，优先级相加，直接合并，成像时间兼顾两个任务时间；在轨成像任务冲突优化排序模块，根据卫星平台能力、时间、观测角度，进行任务冲突检测，以禁忌搜索法从一个可行解触发，选择系列特定搜索方向移动作为试探，选择实现让特定目标函数值变化最多移动，迭代一定次数，最终按照最大收益排列组合成最佳任务，并去掉冲突任务，并将未能成像的任务放入不满足要求的任务序列，待下次成像安排；在轨成像实施模块，完成控制姿态的自主切换，成像载荷和数传自主加电、成像参数配置、数传的参数配置和各任务序列的顺利具体执行；在执行任务过程中不断检测卫星各部件的状态和系统级的健康状态，当发生异常状态时，中断任务，待卫星状态健康时执行成像任务。

2.根据权利要求1所述的星上自主成像任务规划系统，其特征在于：所述卫星轨道递推预报模块含两个子模块，第一个子模块实现基于GPS导航信息的拟平根确定，第二个子模块实现拟平根的预报；其中，需要将GPS测量数据从地固系向惯性系进行转换。

3.根据权利要求2所述的星上自主成像任务规划系统，轨道确定与预报的执行、更新周期为卫星连续两次经过轨道交点的时间，选用降交点为处理节点，计算卫星在该点处的拟平根。

4.根据权利要求1所述的星上自主成像任务规划系统，成像时间误差小于2s，成像角度误差小于0.001度，预报计算产生初始任务序列，至少可预报计算100个任务。

5.根据权利要求1所述的星上自主成像任务规划系统，所述在轨成像任务预报模块利用轨道平根数，转换为瞬时根数，再转为地固定系下的位置速度信息，结合轨道信息和卫星最大侧摆角，计算下一圈的采样点星下经纬信息；依据任务目标经纬度，采用快速搜算法，找到距离较近的采样点区间，然后进行详细计算迭代搜寻最佳成像时间；并根据卫星位置和目标位置计算观测角度。

6.根据权利要求1所述的星上自主成像任务规划系统，在轨成像任务设计模块将不同成像类型自主设计成像时间；太阳高度角实时计算以成像时经纬度和时间为条件，考虑太阳活动规律计算得出，曝光时间以成像时太阳高度角和地物反射率为条件，考虑成像传感器特性，预先设置曝光时间矩阵，卫星在轨采用查表得到曝光时间。

技术说明书一种星上自主成像任务规划系统技术领域本技术涉及卫星任务规划系统技术领域，尤其涉及一种星上自主成像任务规划系统。

背景技术当前大多数遥感卫星，需要地面人员编排复杂的成像任务，指令数据量大、过程繁琐；在轨卫星数量的增加和测控网的地域限制，上行任务受限制；具体成像时星上具体环境不清楚，容易引起卫星安全问题；卫星用户使用不便利，需要专业航天知识，操作复杂。

因此，如何设计一种用户不需要复杂的操作和专业知识，仅需将成像区域经纬度发送到卫星上，卫星自主计算成像时间、成像和控制参数计算和设置，以及智能安排成像的系统尤为重要。

技术内容为了解决现有技术中的问题，本技术提供了提供一种星上自主成像任务规划系统，自主完成地面用户发送成像任务，用户不要编排发杂的指令，仅需要上注成像目标的经纬度、高度、优先级和地物反射率等条件，卫星自主计算、安排实施成像任务。

本技术具体通过如下技术方案实现：一种星上自主成像任务规划系统，所述系统包括：卫星轨道递推预报模块、在轨成像任务预报模块、在轨成像任务设计模块、在轨任务合成模块、在轨成像任务冲突优化排序模块和在轨成像实施模块；其中，卫星轨道递推预报模块，以GPS接收机实时导航信息为输入，结合EOP参数实现轨道拟平根的确定，再以拟平根为基础对卫星未来一段时间的轨道位置进行预报。

在轨成像任务预报模块，以卫星轨道递推预报模块预报的轨道信息、原始任务经纬度信息和卫星平台参数信息为输入，采用快速搜索算法预报计算成像观测时间和角度等信息。

在轨成像任务设计模块，将预报任务分类，按照成像类型安排成像的时间，并计算成像时太阳高度角，以太阳高度和观测目标反射率，计算成像时曝光时间。

在轨任务合成模块，根据卫星姿态、成像传感器、成像时间，将满足条件的相邻任务合成，生成新的任务序列；判断序列中邻两个任务的观测时间、观测角和成像类型是否满足合成的条件，满足时观测角取中间值，优先级相加，直接合并，成像时间兼顾两个任务时间。

在轨成像任务冲突优化排序模块，根据卫星平台能力、时间、观测角度，进行任务冲突检测，以禁忌搜索法从一个可行解触发，选择系列特定搜索方向移动作为试探，选择实现让特定目标函数值变化最多移动，迭代一定次数，最终按照最大收益排列组合成最佳任务，并去掉冲突任务，并将未能成像的任务放入不满足要求的任务序列，待下次成像安排。

在轨成像实施模块，完成控制姿态的自主切换，成像载荷和数传自主加电、成像参数配置、数传的参数配置和各任务序列的顺利具体执行；在执行任务过程中不断检测卫星各部件的状态和系统级的健康状态，当发生异常状态时，中断任务，待卫星状态健康时执行成像任务。

作为本技术的进一步改进，所述卫星轨道递推预报模块含两个子模块，第一个子模块实现基于GPS导航信息的拟平根确定，第二个子模块实现拟平根的预报；其中，需要将GPS 测量数据从地固系向惯性系进行转换。

作为本技术的进一步改进，轨道确定与预报的执行、更新周期为卫星连续两次经过轨道交点的时间，选用降交点为处理节点，计算卫星在该点处的拟平根。

作为本技术的进一步改进，成像时间误差小于2s，成像角度误差小于0.001度，预报计算产生初始任务序列，至少可预报计算100个任务。

作为本技术的进一步改进，所述在轨成像任务预报模块利用轨道平根数，转换为瞬时根数，再转为地固定系下的位置速度信息，结合轨道信息和卫星最大侧摆角，计算下一圈的采样点星下经纬信息；依据任务目标经纬度，采用快速搜算法，找到距离较近的采样点区间，然后进行详细计算迭代搜寻最佳成像时间；并根据卫星位置和目标位置计算观测角度。

作为本技术的进一步改进，在轨成像任务设计模块将不同成像类型自主设计成像时间；太阳高度角实时计算以成像时经纬度和时间为条件，考虑太阳活动规律计算得出，曝光时间以成像时太阳高度角和地物反射率为条件，考虑成像传感器特性，预先设置曝光时间矩阵，卫星在轨采用查表得到曝光时间。

本技术的有益效果是：本技术的星上自主成像任务规划系统，不同于传统光学遥感卫星任务设计，卫星用户仅需将成像区域经纬度发送到卫星上，卫星自主计算成像时间、成像和控制参数计算和设置，以及智能安排成像，不需要用户懂得复杂卫星设计和使用方法，进而方便快捷高效的完成目标区域的成像，同时避免指令编排错误，影响卫星的安全。

附图说明图1是本技术的星上自主成像任务规划系统的功能框图；图2是基于禁忌搜索任务排序的流程图。

具体实施方式下面结合附图说明及具体实施方式对本技术进一步说明。

如图1所示，本技术的星上自主成像任务规划系统由卫星轨道递推预报模块、在轨成像任务预报模块、在轨成像任务设计模块、在轨任务合成模块、在轨成像任务冲突优化排序模块和在轨成像实施模块组成。

卫星轨道递推预报模块，以GPS接收机实时导航信息为输入，结合EOP参数实现轨道拟平根的确定，再以拟平根为基础对卫星未来一段时间(一周时间)的轨道位置进行预报。

卫星轨道递推预报模块含两个子模块，第一个子模块实现基于GPS导航信息的拟平根确定，第二个子模块实现拟平根的预报。

其中，需要将GPS测量数据从地固系向惯性系进行转换。

轨道确定与预报的执行、更新周期为卫星连续两次经过轨道交点的时间，本技术选用降交点为处理节点，计算卫星在该点处的拟平根。

在轨成像任务预报模块，以卫星轨道递推预报模块预报的轨道信息、原始任务经纬度信息和卫星平台参数信息为输入，采用快速搜索算法预报计算成像观测时间和角度等信息，成像时间误差小于2s，成像角度误差小于0.001度，预报计算产生初始任务序列，至少可预报计算100个任务。

主要实施步骤：(1)利用轨道平根数，转换为瞬时根数，再转为地固定系下的位置速度信息，结合轨道信息和卫星最大侧摆角，计算下一圈的采样点星下经纬信息。

(2)依据任务目标经纬度，采用快速搜算法，找到距离较近的采样点区间，然后进行详细计算迭代搜寻最佳成像时间；并根据卫星位置和目标位置计算观测角度。

在轨成像任务设计模块，将预报任务分类，按照成像类型安排成像的时间，并计算成像时太阳高度角，以太阳高度和观测目标反射率，计算成像时曝光时间。

不同成像类型(凝视、推扫和条带)自主设计成像时间。

太阳高度角实时计算以成像时经纬度和时间为条件，考虑太阳活动规律计算得出，曝光时间以成像时太阳高度角和地物反射率为条件，考虑成像传感器特性，预先设置曝光时间矩阵，卫星在轨采用查表得到曝光时间。

在轨任务合成模块，根据卫星姿态、成像传感器、成像时间等约束等，将满足条件的相邻任务合成，生成新的任务序列。

判断序列中邻两个任务的观测时间、观测角和成像类型是否满足合成的条件，满足时观测角取中间值，优先级相加，直接合并，成像时间兼顾两个任务时间。

在轨成像任务冲突优化排序模块，根据卫星平台能力、时间、观测角度等约束，进行任务冲突检测，以禁忌搜索法从一个可行解触发，选择系列特定搜索方向移动作为试探，选择实现让特定目标函数值变化最多移动，迭代一定次数，最终按照最大收益排列组合成最佳任务，并去掉冲突任务，并将未能成像的任务放入不满足要求的任务序列，待下次成像安排，具体算法流程参见图2。