CN107491591A - 快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法 - Google Patents

快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出的一种快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法，旨在提供一种能够从成像质量整体最优的角度快速确定指定卫星任务观测时间的方法。本发明通过下述技术方案予以实现：基于胡克定律和力平衡建立弹簧‑质点系统模型；根据观测目标的地理位置和卫星的最大综合角观测能力计算每个观测任务与其它所有观测任务的常量机动时间，形成常量机动时间矩阵；根据观测任务排序，依次将观测任务加入弹簧质点系统，然后应用卫星姿态机动能力表、常量机动时间矩阵，计算每个观测任务加入后，弹簧‑质点系统保持力平衡状态时各任务滑块的位置，获取最优的各任务观测时间，生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划方案。

Description

快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法
技术领域
本发明涉及一种航天需求筹划领域中，敏捷成像卫星的需求筹划方法，特别是基于胡克定律和力平衡支持规划方案智能寻优、具备规划方案快速生成的建模方法和实现方法。
背景技术
随着成像卫星应用需求的不断提高,成像卫星平台及载荷技术也在不断地发展,高分辨率敏捷成像卫星就是根据未来卫星应用需求和技术发展趋势而设计研制的新一代先进卫星。为一类具有大范围、快速机动能力的对地观测卫星。敏捷成像卫星在提高卫星观测效率的同时,也使得卫星需求的筹划与调度变得更加的复杂和困难,给卫星需求筹划技术带来了新的挑战。连续成像过程中侧摆角度必须保持不变的这类卫星，对地观测卫星根据用户要求获取地面区域的图敏捷成像卫星被称作非敏捷成像卫星。敏捷成像卫星与传统非敏捷成像卫星相比，敏捷成像卫星具备绕翻滚、俯仰和偏航轴三个方向摆动的能力，使得敏捷成像卫星对地观测具备更大的灵活性和自由度。相对非敏捷卫星而言，敏捷卫星可以利用其俯仰能力对观测目标进行前视、正视或后视，从而提供了更强大的观测能力和更多的观测自由。卫星对地观测任务规划是为了满足用户的遥感图像需求,对遥感卫星系统资源和对地观测任务进行规划与调度的过程。合理的任务规划是提高遥感卫星系统效能的重要手段。任务规划是指为了实现给定的目标,对所有与目标相关的资源和任务进行规划和调度的过程。遥感卫星通常在数百公里的轨道高度上绕地球飞行,星载遥感器的视场角对应于星下线两侧对称的带状区域即卫星的观测带。伴随地球的自转,观测带不断变化并能覆盖地球表面的大部分地区。当卫星经过地面目标上空时,可以利用星载遥感器采集目标数据并存储在星载存储器内,待卫星经过地面接收站上空,再将存储的数据回传至地面。由于卫星的成像操作需要消耗能量,卫星的对地观测将受到能量的限制。此外,某些星载遥感器如光学相机,其数据采集活动还需要在较低的云层覆盖和一定的太阳光照条件下进行,在安排观测任务时必须考虑云层气象条件的限制。遥感卫星在成像过程中始终处于高速飞行状态,其姿态控制能力有限,使得在同一轨道圈次只有部分地面目标能够获得成像机会；另一方面,卫星连续两个圈次的赤道距离大约为几千公里,在一个成像计划编制周期内卫星通常要经过数十个圈。卫星对地观测任务规划具体是指:在综合考虑遥感卫星能力和用户遥感图像需求的基础上,将资源分配给相互竞争的多个观测任务,并确定任务中各具体活动的起止时间,以排除不同任务之间的资源使用冲突,并最大化满足用户的需求。卫星对地观测任务规划是一个复杂的问题,其中包含了许多与特定问题相关的实际约束,如卫星与地面目标之间的可见时间窗口、卫星连续两次观测之间的调整时间、卫星的侧视调整次数、地面目标要求的特定遥感器类型、星载存储器的容量、气象条件等。卫星对地观测是人造卫星按照既定的运行轨道,利用携带的光电遥感器或无线电设备,对用户感兴趣的地面目标进行成像的过程。对地观测卫星根据用户要求获取地面区域的图像,每个观测区域都有一定的时间窗口、观测持续时间和观测收益等属性。对地观测卫星根据用户提出的对地观测需求对目标进行观测,将探测收集到的目标观测信息暂时存放在星载存储器中,当卫星飞过地面站时,通过星地通信链路下传到地面接收站,然后进行观测信息处理。地面数据处理中心通过人工或者智能分析判读观测数据结果,从而得到用户感兴趣的有价值的信息。
敏捷成像卫星需求筹划与传统成像卫星需求筹划相比具有以下不同：
1)敏捷成像卫星对地观测的成像质量由成像时观测起止时间决定，成像时间越靠近观测时间窗口的中间值时，即卫星的观测俯仰角越接近0°时，成像质量越好；同样成像时间越远离观测时间窗口的中间值时，即卫星的观测俯仰角接近最大/最小俯仰角时，成像角度导致的图像畸变，成像质量越差。
2)对于非敏捷成像卫星，其对地观测的起止时间完全由观测目标位置决定；而对于敏捷成像卫星，由于拥有俯仰能力，其观测时间窗口更大，卫星可以在时间窗口中任意时间开始观测，因此需求筹划的解空间更大，搜索算法设计难度更高。
3)非敏捷成像卫星在两个相邻观测任务间的时间间隔由被观测目标的地理位置决定。对于确定的被观测目标，非敏捷成像卫星的两个相邻观测任务的时间间隔是确定的；而敏捷成像卫星由于可以调整观测时的俯仰角进而改变两相邻观测任务的时间间隔，但调整俯仰角意味着卫星需要时间调整姿态以完成下一任务，相邻观测任务间的时间间隔必须大于卫星调整姿态的机动时间，而机动时间是两个任务观测综合角度相关的函数。
敏捷成像卫星需求筹划的目的对该类卫星的观测需求汇总，初步筛选，统一调配，冲突消解，确定可完成的需求，以提高卫星利用率。与卫星任务规划相比，需求筹划更关注于如何快速判断某侦察需求是否可以完成，最大化执行数量或最大化侦察任务优先级总和时能执行哪些侦察需求。敏捷成像卫星需求筹划问题是一类典型的资源受限型任务规划问题，因为对于一颗敏捷成像卫星而言，其运行轨道、姿态机动能力、有效载荷能力等资源条件都是相对固定的，敏捷成像卫星只能在这些限定资源的基础上满足有限的观测需求。对敏捷成像卫星进行需求筹划的目的就是要在这些有限的资源条件下，实现卫星各类任务需求的优化安排，按照特定工作模式及卫星平台自身的各类约束和使用规则，合理规划，让用户的需求得到最大程度的满足，从而使得敏捷成像卫星系统的应用效能得到充分发挥。
用户越来越期望对地观测卫星能够完成更加复杂多样的观测需求。对地观测需求复杂性主要体现在空域覆盖要求广、时域覆盖要求多次和频域覆盖要求多维等方面。复杂多样的对地观测需求给卫星任务规划带来了诸如规划算法复杂度高、规划效能低、规划结果用户满意度低、稀缺的卫星资源利用不合理等问题。卫星对地观测任务规划的传统方式需要操作人员考虑用户需求及卫星的各种约束,通过长时间的人工分析编制成像计划。随着卫星数目的不断增多、卫星能力的不断增强以及用户需求复杂性的不断增加。传统的单星成像计划编制方式已不能满足实际需求,卫星对地观测任务规划也正在逐渐从依赖于地面人员手工编制走向星上自主计划生成,从单星自成系统管理走向多星编队或成星座组网管理。
卫星的需求筹划问题本身就属于一类NP-hard问题，而敏捷成像卫星因其更强的对地观测能力，大幅增加了卫星可进行观测的工作模式，任务的可行性方案空间明显增大，使得规划问题复杂性和寻优难度大幅提高。这类问题需要在特定目标下寻找最优解来实现一定程度上的最优化筹划，解的优化程度与计算的复杂度成正比，为了寻求更加优化的筹划结果，往往要付出更大计算复杂度的代价。在卫星的实际工程应用中，需求筹划问题往往要同时兼顾筹划结果的合理性和筹划计算的复杂度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能够减少逻辑运算量，降低问题复杂度，以成像质量整体最优为目的，支持规划方案智能寻优、具备规划方案的快速生成敏捷成像卫星需求筹划的方法。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到：一种快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)建立弹簧-质点系统模型：将敏捷成像卫星对地观测需求筹划抽象为弹簧-质点系统，基于胡克定律和力平衡，由一根长度为L的弹簧连接滑块建立弹簧-质点系统模型，根据观测目标地理位置及卫星轨道确定每个观测任务的劲度系数；
(2)建立常量机动时间矩阵：根据观测目标的地理位置和卫星的最大综合角观测能力计算每个观测任务与其它所有观测任务的常量机动时间，形成常量机动时间矩阵；
(3)弹簧-质点系统力平衡状态计算：按照任务序列或优先级将观测任务置入弹簧-质点系统，依据胡克定律和牛顿第三定律计算力平衡状态，得到所有可安排任务的观测时间方案；通过上述建立弹簧-质点系统模型、建立常量机动时间矩阵和力平衡状态计算三个步骤生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划方案。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
减少了逻辑运算量。本发明基于胡克定律和力平衡建立弹簧-质点系统模型、建立常量机动时间矩阵、力平衡状态计算三个步骤生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划方案，通过建立弹簧-质点系统线性模型以及常量机动时间矩阵，在损失少量精度的前提下极大降低了问题规模，在保证筹划方案可行性和正确性的同时减少了逻辑运算量。
降低了问题复杂度。本发明将敏捷成像卫星对地观测综合角度与观测时间距离过顶时间差的关系，抽象为弹簧-质点系统中弹力与弹簧压缩/拉升长度距离弹簧静止长度差的关系建立弹簧-质点系统模型。将弹簧-质点系统模型综合角随观测时间与过顶时间差的变化近似看作线性关系，以每个任务的线性综合角变化曲线的斜率作为弹簧-质点系统中该任务的弹簧劲度系数，使得敏捷成像卫星对地观测需求筹划这一任务规划NP问题简化并转换为物理学上可在多项式时间内求解的P问题，常量机动时间矩阵可一次计算多次使用，降低了问题复杂度。
筹划方案成像质量整体最优。力平衡状态计算根据观测任务排序，依次将任务加入弹簧-质点系统。根据任务的过顶时间，寻找前后最近邻任务，判断任务是否能加入系统，并根据机动时间和常量机动时间矩阵决定任务能否和最近邻任务达到力平衡，计算力平衡时各任务的弹簧形变。在弹簧-质点系统达到力平衡状态时，系统中所安排任务的成像质量指标值总和最大，且任务的成像质量整体最优。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的弹簧-质点系统模型示意图。
图2是本发明的弹簧-质点系统力平衡示意图。
图3是本发明通过平衡状态求解算法计算弹簧-质点系统力平衡状态的流程图。
下面通过实施例进一步说明本发明。
具体实施方式
参阅图1、图2、图3。根据本发明，(1)建立弹簧-质点系统模型：将敏捷成像卫星对地观测需求筹划抽象为弹簧-质点系统，基于胡克定律和力平衡，由一根长度为L的弹簧连接滑块建立弹簧-质点系统模型。根据观测目标地理位置及卫星轨道确定每个观测任务的劲度系数，将敏捷成像卫星对地观测综合角度与观测时间距离过顶时间差的关系，抽象为弹簧-质点系统中弹力与弹簧压缩/拉升长度距离弹簧静止长度差的关系建立弹簧-质点系统模型，根据观测时间窗口和观测时长得到任务滑块可移动范围和滑块长度，将每个对地观测任务依据其卫星的最大综合角观测能力、过顶时间和观测时间窗口计算其弹簧劲度系数；
(2)建立常量机动时间矩阵：根据观测目标的地理位置和卫星的最大综合角观测能力计算每个观测任务与其它所有观测任务的常量机动时间，形成常量机动时间矩阵。在建立常量机动时间矩阵中，常量机动时间矩阵依据每个任务的观测时间窗口、观测目标的地理位置、卫星的机动能力，判断卫星是否有足够的时间完成姿态的调整，以及可能的姿态调整所需的最大时间，并以此作为该两个任务的常量机动时间，确定两个任务在其观测时间窗口内的任意时间执行，完成所有任务的两两判断，形成常量机动时间矩阵；根据观测任务排序，依次将观测任务加入弹簧质点系统，然后应用卫星姿态机动能力表、常量机动时间矩阵，计算每个观测任务加入后，弹簧-质点系统保持力平衡状态时各任务滑块的位置，获取最优的各任务观测时间；并根据卫星姿态机动能力表、观测目标地理位置、卫星的最大综合角观测能力和观测时长，计算所有观测任务的常量机动时间矩阵。
根据卫星机动能力表，在表能力中的可能机动时间依次选择一个取值作为两观测任务的当前时间间隔，在两观测任务的观测时间窗口内，以1秒为步长同时调整两观测任务的观测时间，计算两观测任务当前情况所需的机动时间，若所有机动时间都小于等于当前时间间隔，则当前时间间隔取值为常量机动时间；否则选取机动能力表的下一取值作为两任务的当前时间间隔，重复以上运算，以此类推，直至得到常量机动时间，完成所有观测任务两两间的常量机动时间计算，得到常量机动时间矩阵。
(3)弹簧-质点系统力平衡状态计算：平衡状态求解算法按照任务序列或优先级将观测任务置入弹簧-质点系统，依据胡克定律和牛顿第三定律计算力平衡状态，得到所有可安排观测任务的观测时间方案；根据观测任务排序，依次将观测任务加入弹簧质点系统，然后应用卫星姿态机动能力表、常量机动时间矩阵，计算每个观测任务加入后，弹簧-质点系统保持力平衡状态时各观测任务滑块的位置，获取最优的各任务观测时间，通过上述建立弹簧-质点系统模型、建立常量机动时间矩阵、力平衡状态计算三个步骤生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划方案。
对于确定的观测任务排序，根据需求筹划要求可配置目标函数，设置目标函数为最大化满足观测任务数量或最大化任务的优先级权重总和，通过弹簧-质点系统改变观测任务排序，与通用平衡状态求解算法组合使用的方式，计算弹簧-质点系统力平衡状态可以得到确定的结果和目标函数，实现需求筹划问题的全局搜索，并根据卫星姿态机动能力表、常量机动时间矩阵，与平衡状态求解算法适配计算每个观测任务加入后弹簧-质点系统保持力平衡状态时各观测任务的滑块位置，得到最优的各观测任务观测时间。
参阅图2。在建立弹簧-质点系统模型中，在卫星轨道确定的情况下，卫星的侧摆角由目标i的地理位置Rolli＝Ci决定，卫星的观测窗口[A,C]中的A-C的位置由卫星最大/最小俯仰角决定，卫星观察活动时长的端点B点为卫星俯仰角为0°时的观测起始点，将称为卫星对目标i的过顶时间A',B',C'作为观测结束时间。
卫星对于一个候选观测目标，可以将其看作一个长度为di，质量为0的，并可以在区域[A,C']内滑动的滑块。对应卫星与观察目标的开机时间和卫星与观察目标的关机时间的观察活动时长AA'＝BB'＝CC'＝di，观测持续时间由目标i的区域大小决定，不会因观测角度的变化而改变。依据其卫星的最大综合角观测能力和每个对地观测任务过顶时间和观测时间窗口计算其弹簧劲度系数，根据观测时间窗口和观测时长得到滑块可移动范围和滑块长度。假设弹簧长度在[0,AC]之间的形变处于弹性限度内，即弹簧的长度变化在[-AB,AB]范围内时，弹簧的弹力F和弹簧的长度变化量x成线性关系：
F＝kx，在弹性系数k中，观测目标i的弹性系数ki＝(αmax-|Rolli|)/(Timid-Timin)，其中αmax为综合角最大值，Timid为目标i的过顶时间，Timin为观测目标i的最早观测时间，Rolli为观测目标i的侧摆角。
在弹簧-质点系统力平衡中，将观测任务A、观测任务B抽象为弹簧质点的滑块A和滑块B，其中，若只安排观测任务A，滑块A的弹簧长度为LA，形变为0，滑块A的移动范围为[TAmin,TAmax+dA]，滑块A的俯仰角RollA＝CA，当滑块A处于力平衡状态且不受外力影响时，作为观测任务A质点的滑块A的俯仰角PitchA＝0°；同理，若只安排观测任务B，则滑块B的弹簧长度为LB，形变为0，滑块B的移动范围为[TBmin,TBmax+dB]，滑块B的俯仰角RollB＝CB，当滑块B处于力平衡状态且不受外力影响时，作为观测任务B的滑块B的俯仰角PitchB＝0°。若同时安排观测任务A和观测任务B，滑块A和滑块B之间的平衡状态距离为S。
根据弹簧-质点系统的特点，可以通过判断所有弹簧是否在形变范围内来判断加入弹簧-质点系统的观测任务是否可以满足。在弹簧-质点系统力平衡状态计算中，根据观测任务排序，依次将观测任务加入弹簧-质点系统，根据任务的过顶时间，寻找前后最近邻任务，判断观测任务是否能加入弹簧-质点系统，并根据机动时间和常量机动时间矩阵决定任务能否和最近邻任务达到力平衡，计算弹簧-质点系统力平衡时各观测任务的弹簧形变，在弹簧-质点系统达到力平衡状态时，快速判断观测任务是否可执行。
在计算弹簧-质点系统力平衡时，首先计算滑块A和滑块B在平衡状态时的距离S，然后计算滑块A和滑块B之间的常量机动时间D，计算时，将滑块A和滑块B置于弹簧-质点系统中，将长度等于常量机动时间D的木棍置于滑块A和滑块B之间，迫使连接滑块A的弹簧SpA压缩，连接滑块B的弹簧SpB拉升，在弹簧-质点系统达到力平衡时，计算连接滑块A的弹簧SpA被压缩的长度X，以及连接滑块B的弹簧SpB被拉升了的长度Y。以图2为例，记两个观测任务A和观测任务B的时间窗口分别为[TAmin,TAmax]和[TBmin,TBmax]。在弹簧-质点模型中，观测任务A和观测任务B各自单独安排时，任务A和任务B的最优观测时间为其各自弹簧弹力为0时，滑块所处位置对应的观测时间，弹簧SpA的长度LA＝(TAmax-TAmin)/2，弹簧SpB的长度LB＝(TBmax-TBmin)/2，弹簧形变为0。当将滑块A和滑块B组合成一个弹簧-质点系统时，由于滑块A和滑块B的综合角度不同，故需要一定的机动时间，相当于将长度等于常量机动时间D的木棍置于滑块A、滑块B之间，连接滑块A、滑块B的弹簧SpA和弹簧SpB产生形变，在力的相互作用下最终达到平衡状态，此时滑块A和滑块B的成像综合角度整体最优。
参阅图3。平衡状态求解算法计算弹簧-质点系统力平衡状态的流程中：
(1)平衡状态求解算法初始化任务队列M，将任务序列Seq中第一个任务加入任务队列M，任务队列M按任务的过顶时间升序排序；
(2)平衡状态求解算法初始化弹簧-质点系统G和子系统队列lstG，将任务队列M中任务按照受力关系分成若干系统；
(3)平衡状态求解算法判断任务序列Seq是否存在下一任务，是则进入步骤(4)，按照任务序列Seq依次选择下一未分配任务，依据其过顶时间前后寻找任务队列M中过顶时间最近的任务；否则，评估队列M中任务的权重总和，输出G、任务队列M和M中任务权重总和；结束计算。当寻找到任务队列M中过顶时间最近的任务后；平衡状态求解算法判断该任务是否能进入弹簧-质点系统G？是，分配该任务，计算并更新任务队列M和系统队列lstG，返回步骤(3)判断任务序列Seq是否存在下一任务，评估队列M中任务的权重总和，输出G、任务队列M和M中任务权重总和，结束计算；否则，将该任务标记为不能分配，进入(3)判断任务序列Seq是否存在下一任务？重新评估队列M中任务的权重总和，输出G、任务队列M和M中任务权重总和；结束计算。

Claims (10)

1.一种快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)建立弹簧-质点系统模型：将敏捷成像卫星对地观测需求筹划抽象为弹簧-质点系统，基于胡克定律和力平衡，由一根长度为L的弹簧连接滑块建立弹簧-质点系统模型，根据观测目标地理位置及卫星轨道确定每个观测任务的劲度系数；
(2)建立常量机动时间矩阵：根据观测目标的地理位置和卫星的最大综合角观测能力计算每个观测任务与其它所有观测任务的常量机动时间，形成常量机动时间矩阵；
(3)弹簧-质点系统力平衡状态计算：按照任务序列或优先级将观测任务置入弹簧-质点系统，依据胡克定律和牛顿第三定律计算力平衡状态，得到所有可安排任务的观测时间方案；通过上述建立弹簧-质点系统模型、建立常量机动时间矩阵和力平衡状态计算三个步骤生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划方案。
2.如权利要求1所述的快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法，其特征在于：根据观测目标地理位置及卫星轨道确定每个观测任务的劲度系数，将敏捷成像卫星对地观测综合角度与观测时间距离过顶时间差的关系，抽象为弹簧-质点系统中弹力与弹簧压缩/拉升长度距离弹簧静止长度差的关系建立弹簧-质点系统模型，并根据观测时间窗口和观测时长得到任务滑块可移动范围和滑块长度，将每个对地观测任务依据其卫星的最大综合角观测能力、过顶时间和观测时间窗口计算其弹簧劲度系数。
3.如权利要求1所述的快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法，其特征在于：在建立常量机动时间矩阵中，常量机动时间矩阵依据每个任务的观测时间窗口、观测目标的地理位置、卫星的机动能力，判断卫星是否有足够的时间完成姿态的调整，以及可能的姿态调整所需的最大时间，并以此作为该两个任务的常量机动时间，确定两个任务在其观测时间窗口内的任意时间执行，完成所有任务的两两判断，形成常量机动时间矩阵；根据观测任务排序，依次将观测任务加入弹簧质点系统，然后应用卫星姿态机动能力表、常量机动时间矩阵，计算每个观测任务加入后，弹簧-质点系统保持力平衡状态时各任务滑块的位置，获取最优的各任务观测时间；并根据卫星姿态机动能力表、观测目标地理位置、卫星的最大综合角观测能力和观测时长，计算所有观测任务的常量机动时间矩阵。
4.如权利要求1所述的快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法，其特征在于：根据卫星机动能力表，在表能力中的可能机动时间依次选择一个取值作为两观测任务的当前时间间隔，在两观测任务的观测时间窗口内，以1秒为步长同时调整两观测任务的观测时间，计算两观测任务当前情况所需的机动时间，若所有机动时间都小于等于当前时间间隔，则当前时间间隔取值为常量机动时间；否则选取机动能力表的下一取值作为两任务的当前时间间隔，重复以上运算，以此类推，直至得到常量机动时间，完成所有观测任务两两间的常量机动时间计算，得到常量机动时间矩阵。
5.如权利要求1所述的快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法，其特征在于：对于确定的观测任务排序，根据需求筹划要求可配置目标函数，设置目标函数为最大化满足观测任务数量或最大化任务的优先级权重总和，依据卫星姿态机动能力表、常量机动时间矩阵建立弹簧-质点系统，通过改变观测任务排序，与平衡状态求解算法组合使用的方式，计算每个观测任务加入后弹簧-质点系统保持力平衡状态时各观测任务的滑块位置，得到最优的各观测任务观测时间。
6.如权利要求1所述的快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法，其特征在于：在建立弹簧-质点系统模型中，在卫星轨道确定的情况下，卫星的侧摆角由目标i的地理位置Rolli＝Ci决定，卫星的观测窗口[A,C]中的A-C的位置由卫星最大/最小俯仰角决定，卫星观察活动时长的端点B点为卫星俯仰角为0°时的观测起始点，将称为卫星对观察目标i的过顶时间A',B',C'作为观测结束时间。
7.如权利要求1所述的快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法，其特征在于：在弹簧-质点系统力平衡状态计算中，根据观测任务排序，依次将观测任务加入弹簧-质点系统，根据任务的过顶时间，寻找前后最近邻任务，判断观测任务是否能加入弹簧-质点系统，并根据机动时间和常量机动时间矩阵决定任务能否和最近邻任务达到力平衡，计算弹簧-质点系统力平衡时各观测任务的弹簧形变，在弹簧-质点系统达到力平衡状态时，判断观测任务是否可执行。
8.如权利要求1所述的快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法，其特征在于：在计算弹簧-质点系统力平衡时，首先计算滑块A和滑块B在平衡状态时的距离S，然后计算滑块A和滑块B之间的常量机动时间D，计算时，将滑块A和滑块B置于弹簧-质点系统中，将长度等于常量机动时间D的木棍置于滑块A和滑块B之间，迫使连接滑块A的弹簧SpA压缩，连接滑块B的弹簧SpB拉升，在弹簧-质点系统达到力平衡时，计算连接滑块A的弹簧SpA被压缩的长度X，以及连接滑块B的弹簧SpB被拉升的长度Y。
9.如权利要求1所述的快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法，其特征在于：：平衡状态求解算法计算弹簧-质点系统力平衡状态的流程中：
(1)平衡状态求解算法初始化任务队列M，将任务序列Seq中第一个任务加入任务队列M，任务队列M按任务的过顶时间升序排序；
(2)平衡状态求解算法初始化弹簧-质点系统G和子系统队列lstG，将任务队列M中任务按照受力关系分成若干系统；
(3)平衡状态求解算法判断任务序列Seq是否存在下一任务，是则进入步骤(4)，按照任务序列Seq依次选择下一未分配任务，依据其过顶时间前后寻找任务队列M中过顶时间最近的任务；否则，评估队列M中任务的权重总和，输出G、任务队列M和M中任务权重总和；结束计算。
10.如权利要求9所述的快速生成敏捷成像卫星对地观测需求筹划的方法，其特征在于：当寻找到任务队列M中过顶时间最近的任务后，平衡状态求解算法判断该任务是否能进入弹簧-质点系统G？是，分配该任务，计算并更新任务队列M和系统队列lstG，返回步骤(3)判断任务序列Seq是否存在下一任务，评估队列M中任务的权重总和，输出G、任务队列M和M中任务权重总和，结束计算；否则，将该任务标记为不能分配，进入(3)判断任务序列Seq是否存在下一任务？重新评估队列M中任务的权重总和，输出G、任务队列M和M中任务权重总和；结束计算。
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