CN107509022A - 一种以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法，该方法包括以下步骤：步骤S100：对成像任务进行解析，提取出成像目标数N、成像区域边界L1×L2、成像帧数K信息；步骤S200：对成像目标数N进行判断，若N>1，进行机动巡查模式；步骤S300：对成像区域边界L1×L2进行判断，若L1或L2大于卫星的相机幅宽，进行多景拼接模式；步骤S400：对成像帧数K进行判断，若K>1,进行目标监视及跟踪模式；步骤S500：若成像目标数N＝1、若L1或L2小于卫星的相机幅宽或成像帧数K＝1，进行快速响应模式。本发明满足对地观测任务需求，充分发挥静轨卫星观测效能。

Description

一种以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法

技术领域

本发明属于中高分辨率静止轨道光学对地观测卫星领域，尤其涉及一种以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法。

背景技术

地球静止轨道(GEO)光学遥感卫星可以作为一类以任务为实时主导的对地观测卫星，具有对全球各重点军事目标地区、各灾害频繁区域的持续覆盖的“随时可达”能力、全天时成像的“随时可见”能力、快速灵活的任务响应能力，非常适合对地球进行长期的连续监视和快速的访问成像。近些年来，随着光学成像载荷技术和卫星姿态控制技术的发展，出现了地球静止轨道高分辨率光学对地成像卫星的概念和相关技术的研究及工程上的研制，目的是充分发挥高轨道驻留时间长的优势，满足多类各方面军民应用需求，因此该类卫星也将是未来光学对地观测卫星技术发展的一个重要领域。

工作模式是以满足系统任务需求和应用模式要求为目的，以具有特定功能为特征的、系统硬件资源与软件操作的特定组合。静止轨道光学遥感卫星的工作模式是实现对卫星成像资源有效利用的关键技术，由于静止轨道光学成像卫星具有观测范围大、重访时间短、持续观测时间长等特点，其工作轨道和成像体制又与低轨卫星有较大的差异，有效载荷也由线阵探测器替换为面阵探测器，因此原低轨遥感卫星的主被动推扫拼接成像的工作模式将很难应用于静止轨道遥感卫星。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法，满足对地观测任务需求，充分发挥静轨卫星观测效能。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S100：对成像任务进行解析，提取出成像目标数N、成像区域边界L1×L2、成像帧数K信息；

步骤S200：对成像目标数N进行判断，若N>1，进行机动巡查模式；

步骤S300：对成像区域边界L1×L2进行判断，若L1或L2大于卫星的相机幅宽，进行多景拼接模式；

步骤S400：对成像帧数K进行判断，若K>1,进行目标监视及跟踪模式；

步骤S500：若成像目标数N＝1、若L1或L2小于卫星的相机幅宽或成像帧数K＝1，进行快速响应模式。

上述以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法中，在步骤S200中，所述机动巡查模式为通过姿态机动，完成对多个位置不相邻的目标循环成像，并将成像数据实时下传。

上述以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法中，在步骤S300中，所述多景拼接模式为通过姿态机动，完成对指定任意形状区域成像，并将成像数据实时下传。

上述以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法中，所述机动巡查模式包括如下步骤：

T₀时刻为任务起始时刻，卫星开始姿态机动目的是指向第1个目标；

时刻卫星相机对第i个目标成像；

时刻卫星相机对完成对第i个目标成像，卫星数传通道下传第i个目标图像数据，同时，卫星开始姿态机动去指向第i+1个目标；

其中，T₀时刻为任务指令上注时刻，△T_x每帧图像成像时间，△T_ki为大角度机动到第i个目标并稳定时间，i＝1,2,…N。

上述以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法中，所述多景拼接模式包括如下步骤：

T₀时刻为任务起始时刻，卫星开始姿态机动目的是指向多景拼接模式下第1次成像位置，所需机动时间为△T₁；

T₀+△T₁+(i-1)×△T_x+(i-1)×△T_a时刻，卫星相机开始第i次成像，其中i的范围为(1，M-1)；

T₀+△T₁+i×△T_x+(i-1)×△T_a时刻，卫星开始下传第i次成像数据，同时开始小角度快速机动，指向第i+1次成像位置；

T₀+△T₁+(M-1)×△T_x+(M-1)×△T_a时刻，卫星相机开始第M次成像；

T₀+△T₁+M×△T_x+(M-1)×△T_a时刻，卫星开始下传第M次成像数据；

其中，T₀时刻为任务指令上注时刻，△T_x每帧图像成像时间，△T₀为机动到初始位置时间，△T_a为小角度步进机动并稳定时间，卫星的相机幅宽覆盖成像区域边界L1×L2的成像次数为M次。

上述以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法中，在步骤S400中，所述目标监视及跟踪模式包括如下步骤：

T₀+(i-1)×△T_l时刻，卫星相机开始第i次成像，其中i的范围为(1，K)；

T₀+(i-1)×△T_l+△T_x时刻，卫星相机完成第i次成像，开始下传第i次成像的图像数据；

其中，T₀时刻为任务起始时刻，△T_x每帧图像成像时间，△T_l为第i次成像到第i+1次成像时间间隔，K为成像总帧数，△T_l>△T_x。

上述以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法中，在步骤S500中，所述快速响应模式包括如下步骤：

T₀时刻卫星侧摆机动，使视场中心指向目标位置，机动并稳定时间为△T_k；

T₀+△T_k时刻卫星有效载荷成像；

T₀+△T_k+△T_x时刻图像数据下传；

其中，T₀时刻为任务指令上注时刻，△T_x每帧图像成像时间。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

针对卫星星下点响对地面静止的工作轨道特点和面阵凝视的成像体制，采用以任务为实时主导工作模式设计思路，采用星时为线索将实现卫星任务的各事件串行执行，执行方式成熟可靠，工程实现简单，通过不同工作模式的合理搭配应用，提高了卫星的任务响应速及观测效率，使静轨光学遥感卫星在轨应用更加灵活。

附图说明

图1是本发明的以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法的流程图；

图2是本发明的机动巡查模式示意图；

图3是本发明的多景拼接模式示意图；

图4是本发明的目标监视及跟踪模式示意图；

图5是本发明的快速响应模式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

静轨光学遥感卫星工作模式设计采用“以任务为主导”的设计理念。根据不同的任务需求，通过不同工作模式完成观测任务，方法实现流程图如图1所示。工作模式的实现采用星时为线索，将卫星任务的各事件串行执行，涉及的主要事件包括侧摆机动、有效载荷成像、图像数据下传三大类事件。下面结合不同的任务特点详细介绍各工作模式实现方法。

如图1所示，本实施例提供了一种以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法，该方法包括以下步骤：

步骤S100：对成像任务进行解析，提取出成像目标数N、成像区域边界L1×L2、成像帧数K信息；

步骤S200：对成像目标数N进行判断，若N>1，进行机动巡查模式；

步骤S300：对成像区域边界L1×L2进行判断，若L1或L2大于卫星的相机幅宽，进行多景拼接模式；

步骤S400：对成像帧数K进行判断，若K>1,进行目标监视及跟踪模式；

步骤S500：若成像目标数N＝1、若L1或L2小于卫星的相机幅宽或成像帧数K＝1，进行快速响应模式。

具体的，对用户提出成像任务进行解析，提取出成像目标数N、成像区域边界L1×L2、成像帧数K等信息；

在步骤S200中，所述机动巡查模式为通过姿态大角度快速机动，完成对多个位置不相邻的目标循环成像，并将成像数据实时下传。具体的，

机动巡查模式实现：

应用条件：成像目标数N>1；

应用场景：循环对多个地理上不相邻的目标多次成像。

实现方案：机动巡查模式示意图如图2所示，通过姿态大角度快速机动，完成对多个位置不相邻的目标循环成像，卫星姿态机动过程中，图像可以一直下传。实现步骤如下，定义T₀时刻为任务指令上注时刻，△T_x每帧图像成像时间，△T_ki(i＝1,2,…N)为大角度机动到第i个目标并稳定时间，M为循环成像次数。

机动巡查模式包括M个循环周期，其中每一个循环周期包括如下步骤：

T₀时刻为任务起始时刻，卫星开始姿态机动目的是指向第1个目标；

时刻卫星相机对第i个目标成像；如T₀+△T_k1时刻，卫星完成姿态机动，准确指向第1个目标，卫星相机开始对第1个目标成像。

时刻卫星相机对完成对第i个目标成像，卫星数传通道下传第i个目标图像数据，同时，卫星开始姿态机动去指向第i+1个目标；如T₀+△T_x+△T_k1时刻，卫星相机对完成对第1个目标成像，卫星数传通道开始下传第1个目标图像数据，同时，卫星开始姿态机动目的是指向第2个目标。

具体的，

1)T₀卫星指向第1个目标；

2)T₀+△T_k1有效载荷成像；

3)T₀+△T_x+△T_k1时刻图像数据下传，同时姿态指向第2个目标；

4)T₀+△T_x+△T_k1+△T_k2时刻有效载荷成像；

5)T₀+2×△T_x+△T_k1+△T_k2时刻图像数据下传，同时姿态机动指向第3个目标；

6)T₀+3×△T_x+△T_k1+△T_k2+△T_k3时刻有效载荷成像；

7)……

8)T₀+N×M×△T_x+M×△T_k1+…+M×△T_kN-△T_x时刻卫星有效载荷成像；

9)T₀+N×M×△T_x+M×△T_k1+…+M×△T_kN时刻图像数据下传。

在步骤S300中，所述多景拼接模式为通过姿态小角度快速机动，完成对指定任意形状区域成像，并将成像数据实时下传。具体的，

多景拼接模式实现：

应用条件：若成像区域边界L1×L2中，L1或L2值大于成像幅宽；

应用场景：对大范围(大于卫星的相机幅宽)区域目标快速成像；

实现方案：多景拼接模式示意图如图3所示，通过姿态小角度快速机动，完成对任意指定形状大范围区域成像，卫星姿态机动过程中，图像可以一直下传，采用该模式任务执行前需要进机动路径规划，规划方案此处不详细介绍。实现步骤如下，定义T₀时刻为任务指令上注时刻，△T_x每帧图像成像时间，△T₀为机动到初始位置时间，△T_a为小角度步进机动并稳定时间，定义卫星需要进行M次成像才能用相机幅宽覆盖(L1×L2区域)：

多景拼接模式包括如下步骤：

T₀时刻为任务起始时刻，卫星开始姿态机动目的是指向多景拼接模式下第1次成像位置，所需机动时间为△T₁；

T₀+△T₁+(i-1)×△T_x+(i-1)×△T_a时刻，卫星相机开始第i次成像，其中i的范围为(1，M-1)；

T₀+△T₁+i×△T_x+(i-1)×△T_a时刻，卫星开始下传第i次成像数据，同时开始小角度快速机动，指向第i+1次成像位置；

T₀+△T₁+(M-1)×△T_x+(M-1)×△T_a时刻，卫星相机开始第M次成像；

T₀+△T₁+M×△T_x+(M-1)×△T_a时刻，卫星开始下传第M次成像数据。

具体的，

1)T₀卫星姿态机动，指向初始位置；

2)T₀+△T₁卫星有效载荷成像；

3)T₀+△T₁+△T_x时刻图像数据下传，同时姿态小角度快速机动；

4)T₀+△T₁+△T_x+△T_a时刻有效载荷成像；

5)……

6)T₀+△T₁+(N-1)×△T_x+(N-1)×△T_a时刻卫星有效载荷成像；

7)T₀+△T₁+N×△T_x+(N-1)×△T_a时刻图像数据下传。

目标监视及跟踪模式：

应用条件：成像帧数K>1；

应用场景：在发现目标后，对固定或运动的点目标或是小范围(小于卫星的相机幅宽)区域目标定时连续观测。

实现方案：目标监视模式示意图如图4所示，实现步骤如下，定义T₀时刻为任务起始时刻，△T_x每帧图像成像时间，△T_l为第i次成像到第i+1次成像时间间隔(△T_l>△T_x)，K为成像总帧数。

在步骤S400中，目标监视及跟踪模式包括如下步骤：

T₀+(i-1)×△T_l时刻，卫星相机开始第i次成像，其中i的范围为(1，K)；

T₀+(i-1)×△T_l+△T_x时刻，卫星相机完成第i次成像，开始下传第i次成像的图像数据。

具体的，

1)T₀卫星有效载荷成像；

2)T₀+△T_x时刻图像数据下传；

3)T₀+△T_l卫星有效载荷成像；

4)T₀+△T_l+△T_x时刻图像数据下传；

5)……

6)T₀+N×△T_l时刻卫星有效载荷成像；

7)T₀+N×△T_l+△T_x时刻卫星有效载荷成像。

若观测的为运动目标，则需要根据目标运动速度，在目标运动到距中心1/4成像幅宽时，调整姿态，姿态机动角为1/4视场角度。

快速响应模式

应用场景：对点目标或是小范围(小于卫星的相机幅宽)区域目标快速成像。

实现方案：快速响应模式示意图如图5所示，实现步骤如下，定义T₀时刻为任务指令上注时刻，△T_x每帧图像成像时间。

快速响应模式包括如下步骤：

1)T₀时刻卫星侧摆机动，使视场中心指向目标位置，机动并稳定时间为

△T_k；

2)T₀+△T_k时刻卫星有效载荷成像

3)T₀+△T_k+△T_x时刻图像数据下传。

本发明针对卫星星下点响对地面静止的工作轨道特点和面阵凝视的成像体制，采用以任务为实时主导工作模式设计思路，采用星时为线索将实现卫星任务的各事件串行执行，执行方式成熟可靠，工程实现简单，通过不同工作模式的合理搭配应用，提高了卫星的任务响应速及观测效率，使静轨光学遥感卫星在轨应用更加灵活。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S100：对成像任务进行解析，提取出成像目标数N、成像区域边界L1×L2、成像帧数K信息；

步骤S200：对成像目标数N进行判断，若N>1，进行机动巡查模式；

步骤S300：对成像区域边界L1×L2进行判断，若L1或L2大于卫星的相机幅宽，进行多景拼接模式；

步骤S400：对成像帧数K进行判断，若K>1,进行目标监视及跟踪模式；

步骤S500：若成像目标数N＝1、若L1或L2小于卫星的相机幅宽或成像帧数K＝1，进行快速响应模式。

2.根据权利要求1所述的以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法，其特征在于：在步骤S200中，所述机动巡查模式为通过姿态机动，完成对多个位置不相邻的目标循环成像，并将成像数据实时下传。

3.根据权利要求1所述的以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法，其特征在于：在步骤S300中，所述多景拼接模式为通过姿态机动，完成对指定任意形状区域成像，并将成像数据实时下传。

4.根据权利要求1或2所述的以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法，其特征在于：所述机动巡查模式包括如下步骤：

T₀时刻为任务起始时刻，卫星开始姿态机动目的是指向第1个目标；

时刻卫星相机对第i个目标成像；

时刻卫星相机对完成对第i个目标成像，卫星数传通道下传第i个目标图像数据，同时，卫星开始姿态机动去指向第i+1个目标；

其中，T₀时刻为任务指令上注时刻，△T_x每帧图像成像时间，△T_ki为大角度机动到第i个目标并稳定时间，i＝1,2,…N。

5.根据权利要求1或3所述的以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法，其特征在于：所述多景拼接模式包括如下步骤：

T₀时刻卫星开始姿态机动指向多景拼接模式下第1次成像位置，所需机动时间为△T₁；

T₀+△T₁+(i-1)×△T_x+(i-1)×△T_a时刻，卫星相机开始第i次成像，其中i的范围为(1，M-1)；

T₀+△T₁+i×△T_x+(i-1)×△T_a时刻，卫星开始下传第i次成像数据，同时开始小角度快速机动，指向第i+1次成像位置；

T₀+△T₁+(M-1)×△T_x+(M-1)×△T_a时刻，卫星相机开始第M次成像；

T₀+△T₁+M×△T_x+(M-1)×△T_a时刻，卫星开始下传第M次成像数据；

其中，T₀时刻为任务指令上注时刻，△T_x每帧图像成像时间，△T₀为机动到初始位置时间，△T_a为小角度步进机动并稳定时间，卫星的相机幅宽覆盖成像区域边界L1×L2的成像次数为M次。

6.根据权利要求1所述的以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法，其特征在于：在步骤S400中，所述目标监视及跟踪模式包括如下步骤：

T₀+(i-1)×△T_l时刻，卫星相机开始第i次成像，其中i的范围为(1，K)；

T₀+(i-1)×△T_l+△T_x时刻，卫星相机完成第i次成像，开始下传第i次成像的图像数据；

其中，T₀时刻为任务起始时刻，△T_x每帧图像成像时间，△T_l为第i次成像到第i+1次成像时间间隔，K为成像总帧数，△T_l>△T_x。

7.根据权利要求1所述的以任务为主导的静轨光学遥感卫星工作模式实现方法，其特征在于：在步骤S500中，所述快速响应模式包括如下步骤：

T₀时刻卫星侧摆机动，使视场中心指向目标位置，机动并稳定时间为△T_k；

T₀+△T_k时刻卫星有效载荷成像；

T₀+△T_k+△T_x时刻图像数据下传；

其中，T₀时刻为任务指令上注时刻，△T_x每帧图像成像时间。