CN107145994A - 一种用于多星协同观测的任务规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于多星协同观测的任务规划方法，其包括以下步骤：S10：从对目标区域可见的卫星的集合中选择一颗卫星，设置多条延伸方向与该卫星的星下点轨迹的延伸方向相同且均横跨目标区域的卫星扫描条带；S20：卫星沿多条卫星扫描条带中的一条与目标区域重叠面积最大的卫星扫描条带对目标区域进行拍摄，将目标区域中被卫星扫描条带所覆盖的部分从目标区域中去除；S30：判断目标区域已去除部分的面积与初始目标区域的面积之比是否达到预设的覆盖率以上，若大于或等于预设的覆盖率则停止。采用这种方法进行任务规划能更好的应对突发紧急任务，完成任务的效率高，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及卫星观测技术领域，尤其涉及一种用于星观测的区域划分方法。
背景技术
卫星对地观测成像任务中，单颗卫星无法在一次对目标区域的可见时间窗口内完成观测的目标区域为大面积目标区域。或者说，单颗卫星在绕地球一周时间内，无法在一次可见机会内完成对大面积目标区域的观测。因此需要对大面积区域进行合理地划分，从而将任务分解为多个可由单颗卫星在一次可见机会内完成的元任务。
目前，用于卫星观测的区域划分方法大多是采用目标区域的静态分解方法，即预先以固定方式将目标区域分解为多个互不相交的小区域，然后再将其视为点目标进行调度。将目标区域分解的方案理论上有无数种，在这些方案中进行优选需要进行海量的计算。
其中，将目标区域分解成卫星扫描条带的方法是预先将目标区域分解为卫星扫描条带的组合。在此种静态分解模式下，只能采用多颗卫星按既定的观测顺序逐个对给定目标区域进行观测，因此需要耗费很长时间才能完成对给定目标区域的观测，目标区域的观测效率低。如果紧急任务插入到该任务前面或者在运行该任务时插入了紧急任务，则需要重新进行上述任务规划。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于多星协同观测的任务规划方法，其包括：S10：从对目标区域可见的卫星的集合中选择一颗卫星，设置多条延伸方向与该卫星的星下点轨迹的延伸方向相同且均横跨目标区域的卫星扫描条带，多条卫星扫描条带将目标区域完全覆盖；S20：卫星沿多条卫星扫描条带中的一条与目标区域重叠面积最大的卫星扫描条带对目标区域进行拍摄，将目标区域中被卫星扫描条带所覆盖的部分从目标区域中去除，将其剩余部分作为新的目标区域；S30：判断目标区域已去除部分的面积与初始目标区域的面积之比是否达到预设的覆盖率以上，若大于或等于预设的覆盖率则停止，否则进行步骤S10。
在一个具体的实施例中，在步骤S10中，多条卫星扫描条带并排设置，且位于最外侧的一条卫星扫描条带的侧边与目标区域最外侧的一点重合。
在一个具体的实施例中，在步骤S20中，若多条卫星扫描条带中存在覆盖目标区域的面积同为最大的两个以上的卫星扫描条带，选取侧边最靠近目标区域边缘的一条。
在一个具体的实施例中，在步骤S20中，在多条卫星扫描条带中，单条卫星扫描条带所覆盖的目标区域在卫星扫描条带延伸方向上距离最远的两点之间的距离最大的一个作为与目标区域重叠面积最大的卫星扫描条带。
在一个具体的实施例中，在步骤S20中，在卫星对目标区域进行拍摄前，对与目标区域重叠面积最大的卫星扫描条带进行裁剪以使得卫星扫描条带刚好覆盖目标区域。
在一个具体的实施例中，在步骤S30中，目标区域已去除部分的面积等于每次进行步骤S20时所去除的目标区域部分的面积之和。
在一个具体的实施例中，预设的覆盖率取值范围为80％～100％。
在一个具体的实施例中，任务规划方法还包括在步骤S10之前实施的步骤S01，S01：从多颗卫星中筛选出在未来一段预设时间内对目标区域可见的卫星。
在一个具体的实施例中，任务规划方法还包括在步骤S01之前实施的步骤S00，步骤S00：将目标区域边缘进行凸化处理，使目标区域变成完全覆盖原目标区域的凸多边形区域。
在一个具体的实施例中，在步骤S10中，在设置多条卫星扫描条带之前，判断目标区域能否被一条延伸方向与该卫星的星下点轨迹的延伸方向相同的卫星扫描条带所完全覆盖，若能则卫星依据这条卫星扫描条带对区域目标进行拍摄，然后停止；否则，继续完成S10中的余下步骤。
采用上述任务规划方法对目标区域进行任务管理和规划，即便有突发紧急任务需要优先处理也仅需暂停当前任务，处理完紧急任务后重新跳转到步骤S10继续进行当前任务，无需重新对整个任务进行再次规划，尤其是存在多个这种任务时无需对所有未完成的任务进行重新规划，这样就能更好的应对突发紧急任务。另外，卫星沿一条与目标区域重叠面积最大的卫星扫描条带进行拍摄能保证每次拍摄的效率最大化，从而减少任务时间，尤其是星载能源的电量有限，这样进行扫描能减小卫星的能源消耗、延长卫星的工作时间。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明的一种实施例中的用于多星协同观测的任务规划方法的流程图；
图2为本发明的一种实施例中的目标区域的示意图；
图3为本发明的一种实施例中的被矩形围合的目标区域的示意图；
图4为本发明的一种实施例中的被覆盖多条卫星扫描条带的目标区域的示意图；
图5为本发明的一种实施例中的新的目标区域的示意图；
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1显示了本实施例中的一种用于多星协同观测的任务规划方法，这种方法采用多颗卫星对目标区域1进行观测，其包括以下步骤：
S01：从多颗卫星中筛选出在未来一段预设时间内对目标区域1可见的卫星。
对每颗卫星进行轨道预报，获得每颗卫星在未来一段预设时间内对目标区域1的可见时间窗口，排除没有可见时间窗口的卫星，这些卫星不再参与该任务。该预设时间通常在用户对完成任务的总时间段的要求以内。卫星在可见时间窗口内其遥感器能至少能进行一次横跨目标区域1的拍摄。这样，剩余的卫星在可见时间窗口内其遥感器能拍摄到目标区域1的图像。
优选地，还根据图像的最低分辨率要求排除传感器的分辨率小于预设最低分辨率的卫星。这样，剩余的卫星的遥感器拍摄到的图像能达到分辨率要求。
S10：从对目标区域1可见的卫星的集合中选择一颗卫星，根据该卫星的拍摄能力依次并排设置多条延伸方向与星下点轨迹的延伸方向相同、均覆盖在目标区域1上且横跨目标区域1的卫星扫描条带3，多条卫星扫描条带3将目标区域1完全覆盖。
卫星在地面的投影点称为星下点，卫星运动和地球自转使星下点在地球表面移动形成星下点轨迹。星下点轨迹在目标区域1附近的部分可以近似看成一条直线。设置一个矩形2将目标区域1容纳起来，矩形2的一条边平行于星下点轨迹，矩形2的边正好围合住目标区域1。目标区域1在矩形2的四条边所对应的四个方向上最外侧的一点在与所对应的矩形2的边上。这四个点分别为卫星对目标区域1的最早可见点、最晚可见点以及两个最大滚动角可见顶点。最早可见点和最晚可见点分别位于星下点轨迹两端所指向的方位，两个最大滚动角可见顶点分别位于垂直于星下点轨迹的两个方位。
卫星扫描条带3通常为矩形的长条。卫星扫描条带3与目标区域1位于同一平面。布置多条卫星扫描条带3，卫星扫描条带3的延伸方向均与星下点轨迹平行。多条卫星扫描条带3并排布置，相邻的两条卫星扫描条带3相接。单条卫星扫描条带3的宽度由卫星的拍摄能力所决定，单条卫星扫描条带3的宽度等于该卫星对目标区域1进行一次扫描的条带的宽度，该宽度主要由卫星的视场角的大小所决定。通常将在卫星的最大测摆范围内，以卫星的视场角大小所对应的幅宽作为卫星扫描条带3的宽度。多条卫星扫描条带3将目标区域1完全覆盖。优选地，位于最外侧的一条卫星扫描条带3的侧边与目标区域1最外侧的一点重合，这样可以尽量减少该步骤中的卫星扫描条带3的数量，从而减少计算量。卫星扫描条带3的两端均延伸出或平齐于目标区域1的边缘，或者一端延伸出目标区域1的边缘、另一端平齐于目标区域1的边缘。卫星扫描条带3的端部上的任意一点不在目标区域1的边缘以内。在本实施例中，多条卫星扫描条带3的两端分别与矩形2相对的两条边平齐，这样能简化计算、减少计算量。
优选地，在步骤S10中，从对目标区域1可见的卫星的集合中选择出的卫星为最先能对目标区域1进行观测的卫星。这样就能大大减小总任务时间。
优选地，在步骤S10中，从对目标区域1可见的卫星的集合中选择出的卫星为在该集合内未进行过拍摄的卫星中相机幅宽最大的卫星。这样，卫星每次拍摄到的图像为最宽的图像，并且在图像最宽的前提下该图像还是最长的图像，由此提高卫星拍摄的资源利用效率，节约了星载资源。
S20：卫星沿多条卫星扫描条带3中的一条与目标区域1重叠面积最大的卫星扫描条带3a对目标区域1进行拍摄，并将该目标区域1中被卫星扫描条带3a所覆盖的部分从目标区域1中去除，将其剩余部分作为新的目标区域4。
卫星沿一条与目标区域1重叠面积最大的卫星扫描条带3a进行扫描能保证每次扫描的效率最大化，从而减少任务时间，尤其是星载能源的电量有限，这样进行扫描能减小卫星的能源消耗、延长卫星的工作时间。若这些卫星扫描条带3中存在覆盖目标区域1的面积同为最大的两个以上的卫星扫描条带，则选取其中的任意一个。优选地，若多条卫星扫描条带3中存在覆盖目标区域1的面积同为最大的两个以上的卫星扫描条带，选取侧边最靠近目标区域1边缘的一条。这样能尽可能降低新生成的目标区域1的破碎程度，从而减少计算量。优选地，在多条卫星扫描条带3中，单条卫星扫描条带3所覆盖的目标区域1在卫星扫描条带3延伸方向上距离最远的两点之间的距离最大的一个作为与目标区域1重叠面积最大的卫星扫描条带3a。单条扫描条带所覆盖的目标区域1内相互距离最远的两点通常为这部分目标区域1的两端分别最靠近该卫星扫描条带3两端的点，取这些卫星扫描条带3中这两点距离最大的一条作为与目标区域1重叠面积最大的卫星扫描条带3a。这样就大大简化了哪条卫星扫描条带所覆盖的目标区域1的面积为最大的判断。
优选地，在卫星进行拍摄前，对卫星扫描条带3a进行裁剪以使得卫星扫描条带3a刚好覆盖目标区域1。这就使得卫星扫描条带3a的两端分别与其所覆盖的目标区域1部分相对的两端的最外侧的一点平齐。对卫星扫描条带3a两端冗余部分的裁剪可以是采用二分法判断卫星扫描条带3a与目标区域1是否相交，若相交则去除卫星扫描条带3a超出目标区域1以外的冗余部分。这样能进一步地提高卫星资源的利用效率。
将该目标区域1中被卫星扫描条带3a所覆盖的部分从目标区域1中去，将其剩余部分作为新的目标区域4。
S30：判断目标区域1已去除部分的面积与初始目标区域1的面积之比是否达到预设的覆盖率以上，若大于或等于预设的覆盖率则停止，否则进行步骤S10。
对每次进行步骤S20所选出的卫星扫描条带3a所覆盖的区域求并集得到卫星扫描条带3a覆盖的总区域，将该总区域与初始目标区域1求交集得到目标区域1已去除部分的区域，将该区域所占面积与初始区域所占面积之比与预设的覆盖率进行比较，若大于或等于预设的覆盖率则停止。优选地，目标区域1已去除部分的面积等于每次进行步骤S20时所去除的目标区域1部分的面积之和。这样计算更简便。覆盖率表示对目标区域1观测所获得的图像的完整度要求，并不是所有的任务都要求百分之百的将目标区域1都观测到，该预设的覆盖率为在单次任务中对所获得的图像的完整度的最低要求。预设的覆盖率取值范围优选为80％～100％，这样图像采集较为完整。若达不到最低要求则需要继续进行采集，进入到步骤S10中。
采用这种方法对目标区域1进行观测时，即便有突发紧急任务需要优先处理也仅需暂停当前任务，处理完紧急任务后重新跳转到步骤S10继续进行当前任务，无需重新对整个任务进行再次规划，这样就能更好的应对突发紧急任务。尤其是，有突发紧急任务插入到该任务之前时，对采用该方法完成任务毫无影响。
优选地，在进行步骤S01之前，先进行步骤S00。步骤S00：将目标区域边缘进行凸化处理，使目标区域变成凸多边形区域，凸多边形区域完全覆盖原目标区域。这样更便于后续步骤中对卫星扫描条带3a的面积的计算，简化计算量。
优选地，在步骤S10中，在设置多条卫星扫描条带之前，判断目标区域能否被一条延伸方向与该卫星的星下点轨迹的延伸方向相同的卫星扫描条带所完全覆盖，若能则卫星依据这条卫星扫描条带对区域目标进行拍摄，然后停止；否则，继续设置多条卫星扫描条带，完成S10中的余下步骤。当步骤S30中新生成的目标区域可以仅被一条卫星扫描条带所覆盖时，按照该卫星扫描条带进行覆盖即完成了任务，而不必继续设置多条卫星扫描条带并从中进行选取。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种用于多星协同观测的任务规划方法，包括以下步骤：
S10：从对目标区域可见的卫星的集合中选择一颗卫星，设置多条延伸方向与该卫星的星下点轨迹的延伸方向相同且均横跨目标区域的卫星扫描条带，多条卫星扫描条带将目标区域完全覆盖；
S20：卫星沿所述多条卫星扫描条带中的一条与目标区域重叠面积最大的卫星扫描条带对目标区域进行拍摄，
将目标区域中被卫星扫描条带所覆盖的部分从目标区域中去除，将其剩余部分作为新的目标区域；
S30：判断目标区域已去除部分的面积与初始目标区域的面积之比是否达到预设的覆盖率以上，若大于或等于预设的覆盖率则停止，否则进行步骤S10。
2.根据权利要求1中所述的任务规划方法，其特征在于，在步骤S10中，所述多条卫星扫描条带并排设置，且位于最外侧的一条卫星扫描条带的侧边与目标区域最外侧的一点重合。
3.根据权利要求1中所述的任务规划方法，其特征在于，在步骤S20中，若多条卫星扫描条带中存在覆盖目标区域的面积同为最大的两个以上的卫星扫描条带，选取侧边最靠近目标区域边缘的一条。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的任务规划方法，其特征在于，在步骤S20中，在多条卫星扫描条带中，单条卫星扫描条带所覆盖的目标区域在卫星扫描条带延伸方向上距离最远的两点之间的距离最大的一个作为与目标区域重叠面积最大的卫星扫描条带。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的任务规划方法，其特征在于，在步骤S20中，在卫星对目标区域进行拍摄前，对与目标区域重叠面积最大的卫星扫描条带进行裁剪以使得卫星扫描条带刚好覆盖目标区域。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的任务规划方法，其特征在于，在步骤S30中，目标区域已去除部分的面积等于每次进行步骤S20时所去除的目标区域部分的面积之和。
7.根据权利要求6所述的任务规划方法，其特征在于，预设的覆盖率取值范围为80％～100％。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的任务规划方法，其特征在于，所述任务规划方法还包括在步骤S10之前实施的步骤S01，
S01：从多颗卫星中筛选出在未来一段预设时间内对目标区域可见的卫星。
9.根据权利要求8所述的任务规划方法，其特征在于，所述任务规划方法还包括在步骤S01之前实施的步骤S00，
步骤S00：将目标区域边缘进行凸化处理，使目标区域变成完全覆盖原目标区域的凸多边形区域。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的任务规划方法，其特征在于，在步骤S10中，在设置多条卫星扫描条带之前，判断目标区域能否被一条延伸方向与该卫星的星下点轨迹的延伸方向相同的卫星扫描条带所完全覆盖，
若能则卫星依据这条卫星扫描条带对区域目标进行拍摄，然后停止；否则，继续完成S10中的余下步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170908 |