星上自主成像任务规划系统的制作方法

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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。