CN108388687A - 考虑传感器侧摆的多成像卫星区域覆盖优化方法 - Google Patents

考虑传感器侧摆的多成像卫星区域覆盖优化方法 Download PDF

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CN108388687A
CN108388687A CN201810010504.XA CN201810010504A CN108388687A CN 108388687 A CN108388687 A CN 108388687A CN 201810010504 A CN201810010504 A CN 201810010504A CN 108388687 A CN108388687 A CN 108388687A
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Abstract

本发明公开了一种考虑传感器侧摆的多成像卫星区域覆盖优化方法，属于卫星通信技术领域。该多成像卫星区域覆盖优化方法包括两个阶段，将生成覆盖模式和选择覆盖模式相分离，使得该方法结构合理、层次清晰；该多成像卫星区域覆盖优化方法基于贪婪算法的思想，能够提供至少一个覆盖方案，使得多个成像卫星消耗的总能量尽可能的小。

Description

考虑传感器侧摆的多成像卫星区域覆盖优化方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，具体地涉及一种考虑传感器侧摆的多成像卫星区域 覆盖优化方法。
背景技术
以马航MH370的搜索为例，2014年3月20日，澳大利亚声称在南印度洋发现疑似MH370残骸，位置为：纬度-43.58，经度90.57。为了搜索该点附近区域，可以把范围扩 大为以该点为中心的一个正方形区域。
中国曾调用多颗成像卫星对MH370展开搜索，每颗成像卫星的成像区域是一个条带 形区域。图1示出了一颗成像卫星的成像的条带形区域的示意图，如图1所示，通过控 制成像卫星上的传感器(如相机)的开关机时间，或者控制传感器的左右偏转角度，传 感器成像的条带形区域的位置既可以沿成像扫描方向变化也可以沿垂直于成像扫描方向 的方向变化(即可侧摆)。
由于成像卫星成像需要消耗能量，在成像卫星资源充足的情况下，合理的安排各个 成像卫星成像的条带形区域的位置，以使得所有成像卫星在将整个区域完全覆盖的前提 下消耗的总能量尽可能的小具有至关重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种考虑传感器侧摆的多成像卫星区域覆盖优化方法，该多成 像卫星区域覆盖优化方法通过调整成像卫星成像的条带形区域的位置获得消耗的总能量 尽可能小的覆盖方案。
为了实现上述目的，本发明的实施方式提供一种考虑传感器侧摆的多成像卫星区域 覆盖优化方法，包括生成覆盖模式和选择覆盖模式，其中生成覆盖模式具体包括以下步骤：确定多个成像卫星的成像扫描方向；将欲覆盖的矩形区域划分成多个网格，以生成 第一网格列表G；针对多个成像卫星中的每一个成像卫星：判断成像卫星的成像扫描方 向是第一倾斜方向还是第二倾斜方向；在判断成像卫星的成像扫描方向为第一倾斜方向 的情况下，以第一网格列表G中的任意网格的左下角顶点为基点，根据成像卫星的成像 扫描方向将划分的多个网格重新排序，以生成第二网格列表LG，以第二网格列表LG中 的任意网格的左下角顶点为基点，根据成像卫星覆盖的条带形区域的宽度和长度确定成 像卫星的覆盖模式的四个顶点，以形成成像卫星的一个覆盖模式，以及遍历第二网格列 表LG中的所有网格，以形成成像卫星的覆盖模式列表；在判断成像卫星的成像方向为 第二倾斜方向的情况下，以第一网格列表G中的任意网格的左上角顶点为基点，根据成 像卫星的成像扫描方向将划分的多个网格重新排序，以生成第三网格列表LG，并以第三 网格列表LG中的任意网格的左上角顶点为基点，根据成像卫星覆盖的条带形区域的宽 度和长度确定成像卫星的覆盖模式的四个顶点，以形成成像卫星的一个覆盖模式，以及 遍历第三网格列表LG中的所有网格，以形成成像卫星的覆盖模式列表；遍历多个成像 卫星，以得到覆盖模式集合，该覆盖模式集合包括每个成像卫星的覆盖模式列表；选择 覆盖模式具体包括以下步骤：建立第一成像卫星列表，第一成像卫星列表在初始状态下 包含所有的成像卫星；构造标记网格列表GList，标记网格列表GList包含已经被完全覆 盖的网格，标记网格列表GList的初始状态为一个空列表；分别计算第一成像卫星列表中 的每个成像卫星执行覆盖模式的平均能耗；从第一成像卫星列表中选出平均能耗的值最 小的优选成像卫星；针对优选成像卫星：对于优选成像卫星的覆盖模式列表中的每一个 覆盖模式，获得该覆盖模式覆盖的网格列表GL；针对网格列表GL中的每一个网格，判 断网格是否包含在标记网格列表GList中；在判断网格包含在标记网格列表GList中的情 况下，将该网格从网格列表GL中删除，以获得未重复覆盖网格列表GL′；计算未重复覆 盖网格列表GL′中的网格的数量；遍历优选成像卫星的覆盖模式列表中的每一个覆盖模 式，选择未重复覆盖网格列表GL′中的网格的数量最多的覆盖模式作为成像卫星的选定 覆盖模式；将与选定覆盖模式对应的未重复覆盖网格列表GL′中的网格添加到标记网格 列表GList；将优选成像卫星从第一成像卫星列表中删除，以更新第一成像卫星列表；判 断标记网格列表GList中是否包含了第一网格列表中的所有网格；在判断标记网格列表 GList中未包含第一网格列表中的所有网格的情况下，，从更新后的第一成像卫星列表中 重新选择优选成像卫星并为重新选择的优选成像卫星选择选定覆盖模式；在判断标记网 格列表GList中包含了第一网格列表中的所有网格的情况下，将选定覆盖模式构成用于覆 盖欲覆盖的矩形区域的覆盖方案。
通过上述技术方案，将考虑传感器侧摆的多成像卫星区域覆盖优化方法分成两个阶 段，生成覆盖模式和选择覆盖模式相分离，使得该方法结构合理、层次清晰；该多成像卫星区域覆盖优化方法能够提供至少一个使得多个成像卫星消耗的总能量尽可能小的覆盖方案。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面 的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1示出了一颗成像卫星的成像的条带形区域的示意图；
图2是根据本发明的实施方式的考虑传感器侧摆的多成像卫星区域覆盖优化方法的 生成覆盖模式的流程图；
图3是根据本发明的实施方式的考虑传感器侧摆的多成像卫星区域覆盖优化方法的 选择覆盖模式的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处 所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“左上角顶点”、“左下角顶点”、“右上角顶点”、“右下角顶点”通常是指参照附图所示的“左上角顶点”、“左下 角顶点”、“右上角顶点”、“右下角顶点”。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、 外。
在本申请的实施方式中，成像扫描直线为相应的成像卫星的成像扫描区域的沿扫描 方向的中线。
在本申请的实施方式中，覆盖模式可以指成像卫星的成像覆盖区域(或者称成像扫 描区域)。
覆盖模式生成
例如，采用NT个成像卫星对想要覆盖的矩形区域A进行覆盖可以包括生成覆盖模式 和选择覆盖模式两个阶段，其中NT个成像卫星形成成像卫星列表S，S可以记为
图2是根据本发明的实施方式的考虑传感器侧摆的多成像卫星区域覆盖优化方法的 生成覆盖模式的流程图；如图2所示，在本发明的一实施方式中，生成覆盖模式可以包括：
在步骤S101中，确定多个成像卫星的成像扫描方向；
在步骤S102中，将欲覆盖的矩形区域A划分成多个网格，以生成第一网格列表G，并对第一网格列表G中的网格编号，其中第一网格列表G可以记为 定义第i个网格gi的左上角顶点、右上角顶点、左下角顶点和右 下角顶点的坐标分别为p1(i)＝＜x1(i),y1(i)＞、p2(i)＝＜x2(i),y2(i)＞、p3(i)＝＜x3(i),y3(i)＞、 p4(i)＝＜x4(i),y4(i)＞；
在步骤S103中，判断成像卫星的成像扫描方向是第一倾斜方向还是第二倾斜方向；
在步骤S104中，在判断成像卫星的成像扫描方向为第一倾斜方向的情况下，以第一 网格列表G中的任意网格的左下角顶点为基点，根据成像卫星的成像扫描方向将划分的多个网格重新排序(即对第一网格列表G中的网格重新编号)，以生成第二网格列表LG；
在步骤S105中，以第二网格列表LG中的任意网格的左下角顶点为基点，根据成像卫星覆盖的条带形区域的宽度确定成像卫星的覆盖模式的四个顶点，以形成成像卫星的一个覆盖模式，以及遍历第二网格列表LG中的所有网格，以形成成像卫星的覆盖模式 列表；
在步骤S106中，在判断成像卫星的成像扫描方向第二倾斜方向的情况下，以第一网 格列表G中的任意网格的左上角顶点为基点，根据成像卫星的成像扫描方向将划分的多个网格重新排序(即对第一网格列表G中的网格重新编号)，以生成第三网格列表LG；
在步骤S107中，以第三网格列表LG中的任意网格的左上角顶点为基点，根据成像卫星覆盖的条带形区域的宽度确定成像卫星的覆盖模式的四个顶点，以形成成像卫星的一个覆盖模式，以及遍历第三网格列表LG中的所有网格，以形成成像卫星的覆盖模式 列表；
在步骤S108中，遍历多个成像卫星，以得到覆盖模式集合，该覆盖模式集合包括每个成像卫星的覆盖模式列表。
在本发明的一实施方式中，以第一网格列表G中的任意网格的左下角顶点为基点，根据成像卫星的成像扫描方向将划分的多个网格重新排序(编号)，以生成第二网格列表LG具体可以包括：
从第一网格列表G中任意选择一个网格gz，在成像卫星的成像扫描直线上确定与选 择的网格gz的左下角顶点p3(z)的距离为R的两个点Pl(xl,yl)和Pr(xr,yr)，其中R例如可以是大于矩形区域A对角顶点线的长度的数值，xl和yl分别为点Pl(xl,yl)的经度值和纬 度值，xr和yr分别为点Pr(xr,yr)的经度值和纬度值，且xl＜xr。
在成像卫星的成像扫描直线上的与选择的网格gz的左下角顶点p3(z)的距离为R的两个点可以采用方程组(7)表示：
其中，x代表经度，y代表纬度，xl＜x3(z)＜xr，x3(z)和y3(z)分别为选择的网格gz的左下角顶点p3(z)的经度值和纬度值，xl和xr分别为点Pl(xl,yl)和点Pr(xr,yr)的经度值，R为设定值，A、B、C均为成像卫星的成像扫描直线的参数；
以点Pr(xr,yr)为起点，以点Pl(xl,yl)为终点确定参考向量，以点Pr(xr,yr)为起点，以 第一网格列表G中的其他网格gi的左下角顶点p3(i)为终点确定一向量，计算该向量在参考向量上的投影；
遍历第一网格列表G中的网格，获得向量投影列表；
将向量积列表中的投影按照投影长度降序排列，以对第一网格列表G中的对应的网 格重新排序(编号)，构造第二网格列表LG。
以第一网格列表G中的任意网格的左上角顶点为基点，根据成像卫星的成像扫描方 向将划分的多个网格重新排序(编号)，以生成第三网格列表LG具体可以包括：
从第一网格列表G中任意选择一个网格gz，在成像卫星的成像扫描直线上确定与选 择的网格gz的左上角顶点p1(z)的距离为R的两个点Pl(xl,yl)和Pr(xr,yr)，其中R例如可以是大于矩形区域A对角顶点线的长度的数值，xl和yl分别为点Pl(xl,yl)的经度值和纬 度值，xr和yr分别为点Pr(xr,yr)的经度值和纬度值，且xl＜xr。
在成像卫星的成像扫描直线上的与选择的网格gz的左上角顶点p1(z)的距离为R的两 个点可以采用方程组(8)表示：
其中，x代表经度，y代表纬度，xl＜x1(z)＜xr，x1(z)和y1(z)分别为选择的网格gz的左上角顶点p1(z)的经度值和纬度值，xl和xr分别为点Pl(xl,yl)和点Pr(xr,yr)的经度值，R为设定值，A、B、C均为成像卫星的成像扫描直线的参数；
以点Pl(xl,yl)为起点，以点Pr(xr,yr)为终点确定参考向量，以点Pl(xl,yl)为起点，以 第一网格列表G中的其他网格gi的左上角顶点p1(i)为终点确定一向量，计算该向量在参考向量上的投影；
遍历第一网格列表G中的网格，获得向量投影列表；
将向量积列表中的投影按照投影长度降序排列，以对第一网格列表G中的对应的网 格重新排序(编号)，构造第三网格列表LG。
在本发明的一实施方式中，以第二网格列表LG中的任意网格的左下角顶点为基点， 根据成像卫星覆盖的条带形区域的宽度确定成像卫星的覆盖模式的四个顶点，以形成成 像卫星的一个覆盖模式，以及遍历第二网格列表LG中的所有网格，以形成成像卫星的覆盖模式列表具体可以包括：
在第二网格列表LG中任意选择一个第一网格gi，在沿成像卫星sj的成像扫描方向且 通过第一网格gi的左下角顶点p3(i)的直线上任意选择一个点以获得第一顶点U1(x1，i，y1，i)， 例如可以通过方程组(9)获得第一顶点U1(x1,i,y1,i)：
其中，x代表经度，y代表纬度，C3(i)＝A·y3(i)-B·x3(i)，x3(i)和y3(i)分别为第一 网格gi的左下角顶点p3(i)的经度值和纬度值，C1为常数，A、B、C均为成像卫星的成 像扫描直线的参数；
在通过第一顶点U1(x1,i,y1,i)且与成像卫星sj的成像扫描方向垂直的直线上确定与第 一顶点U1(x1i,,yi1,)的距离等于该成像卫星覆盖的条带形区域的宽度的第二顶点 U2(x2i,,yi2,)和第三顶点U3(x3,i,y3,i)，例如可以通过方程组(10)获得第二顶点U2(x2,i,y2,i)和第三顶点U3(x3,i,y3,i)：
其中，x代表经度，y代表纬度，x1,i和y1,i分别为第一顶点的经度值和纬度值，wj为第j个成像卫星sj成像(覆盖)的条带形区域的宽度，C1为常数，x3,i＜x1,i＜x2,i，x2,i和 x3,i分别为第二顶点和第三顶点的经度值，A、B、C均为成像卫星的成像扫描直线的参 数；
在沿成像卫星sj的成像扫描方向且通过第一网格gi的左下角顶点p3(i)的直线上选 择另一个点以获得第四顶点U4(x4,i,y4,i)，第四顶点U4(x4,i,y4,i)与第一顶点U1(x1,i,y1,i)的 距离等于成像卫星覆盖的条带形区域的长度，例如可以通过方程组(11)获得第四顶点 U4(x4,i,y4,i)：
其中，x代表经度，y代表纬度，C3(k)＝A·y3(k)-B·x3(k)，x3(k)和y3(k)分别为第一网格gk的左下角顶点p3(k)的经度值和纬度值，C2为常数，A、B、C均为成像卫星 的成像扫描直线的参数；
在通过第四顶点U4(x4,i,y4,i)且与成像卫星sj的成像扫描方向垂直的直线上确定与第 四顶点U4(x4i,,y4i,)的距离等于该成像卫星覆盖的条带形区域的宽度的第五顶点 U5(x5,i,y5,i)和第六顶点U6(x6,i,y6,i)，可以通过方程组(12)获得第五顶点U5(x5,i,y5,i)和 第六顶点U6(x6,i,y6,i)：
其中，x代表经度，y代表纬度，x4,i和y4,i分别为第四顶点的经度值和纬度值，wj为第j个成像卫星sj成像(覆盖)的条带形区域的宽度，C2为常数，x6,i＜x4,i＜x5,i，x5,i和 x6,i分别为第五顶点和第三顶点的经度值，A、B、C均为成像卫星的成像扫描直线的参 数；
以第一顶点U1(x1,i,y1,i)、第二顶点U2(x2,i,y2,i)、第四顶点U4(x4,i,y4,i)和第六顶点 U6(x6,i,y6,i)为顶点，形成成像卫星sj的一个覆盖模式Cs；
对于第一网格gi遍历第二网格列表LG中的所有网格，获得该成像卫星sj的基础覆盖模式列表；
在成像卫星sj的基础覆盖模式列表中添加一个虚拟的覆盖模式C0，以获得成像卫星 sj的覆盖模式列表Qj，虚拟的覆盖模式C0被定义为不覆盖任何网格，消耗的能量或者时间为零的覆盖模式；
遍历成像卫星列表S中所有成像卫星，获得总的覆盖模式列表CoverList。
以第三网格列表LG中的任意网格的左上角顶点为基点，根据成像卫星覆盖的条带形区域的宽度确定成像卫星的覆盖模式的四个顶点，以形成成像卫星的一个覆盖模式， 以及遍历第三网格列表LG中的所有网格，以形成成像卫星的覆盖模式列表具体可以包 括：
在第三网格列表LG中任意选择一个第一网格gi，在沿成像卫星sj的成像扫描方向且 通过第一网格gi的左上角顶点p1(i)的直线上任意选择一个点以获得第一顶点U1(x1，i，y1，i)， 例如可以通过方程组(13)获得第一顶点U1(x1,i,y1,i)：
其中，x代表经度，y代表纬度，C1(i)＝A·y1(i)-B·x1(i)，x1(i)和y1(i)分别为第一网 格gi的左上角顶点p1(i)的经度值和纬度值，C1为常数，A、B、C均为成像卫星的成像 扫描直线的参数；
在通过第一顶点U1(x1,i,y1,i)且与成像卫星sj的成像扫描方向垂直的直线上确定与第 一顶点U1(x1i,,y1i,)的距离等于该成像卫星覆盖的条带形区域的宽度的的第二顶点U2(x2,i,y2,i)和第三顶点U3(x3,i,y3,i)，例如可以通过方程组(14)获得第二顶点U2(x2,i,y2,i)和第三顶点U3(x3,i,y3,i)：
其中，x代表经度，y代表纬度，x1,i和y1,i分别为第一顶点的经度值和纬度值，wj为第j个成像卫星sj成像(覆盖)的条带形区域的宽度，x3,i＜x1,i＜x2,i，x2,i和x3,i分别为第 二顶点和第三顶点的经度值；
在沿成像卫星sj的成像扫描方向且通过第一网格gi的左上角顶点p1(i)的直线上选择 另一个点以获得第四顶点U4(x4,i,y4,i)，第四顶点U4(x4,i,y4,i)与第一顶点U1(x1,i,y1,i)的距 离等于成像卫星覆盖的条带形区域的长度，例如可以通过方程组(15)获得第四顶点 U4(x4,i,y4,i)：
其中，x代表经度，y代表纬度，C1(i)＝A·y1(i)-B·x1(i)，x1(i)和y1(i)分别为第一 网格gi的左上角顶点p1(i)的经度值和纬度值，C2为常数，A、B、C均为成像卫星的成 像扫描直线的参数；
在通过第四顶点U4(x4,i,y4,i)且与成像卫星sj的成像扫描方向垂直的直线上确定与第 四顶点U4(x4i,,y4i,)的距离等于该成像卫星覆盖的条带形区域的宽度的第五顶点 U5(x5,i,y5,i)和第六顶点U6(x6,i,y6,i)，其中，x6,i＜x4,i＜x5,i，例如可以通过方程组(16) 获得第五顶点U5(x5,i,y5,i)和第六顶点U6(x6,i,y6,i)：
其中，x代表经度，y代表纬度，x4,i和y4,i分别为第一顶点的经度值和纬度值，wj为第j个成像卫星sj成像(覆盖)的条带形区域的宽度，x6,i＜x4,i＜x5,i，x5,i和x6,i分别为第 五顶点和第六顶点的经度值；
以第一顶点U1(x1,i,y1,i)、第二顶点U2(x2,i,y2,i)、第四顶点U4(x4,i,y4i,)和第六顶点 U6(x6,i,y6,i)为顶点，形成成像卫星sj的一个覆盖模式Cs；
对于第一网格gi遍历网格列表LG中的所有网格，获得该成像卫星sj的基础覆盖模式列表；
在成像卫星sj的覆盖模式列表中添加一个虚拟的覆盖模式C0，以获得成像卫星sj的 覆盖模式列表Qj，虚拟的覆盖模式C0被定义为不覆盖任何网格，消耗的能量或者时间为零的覆盖模式；
遍历成像卫星列表S中所有成像卫星，获得总的覆盖模式列表CoverList。
第一倾斜方向例如可以指成像扫描直线的参数A和B满足A·B＞0的直线的方向，第 二倾斜方向例如可以指成像扫描直线的参数A和B满足A·B＜0的直线的方向。
覆盖模式选择
图3是根据本发明的实施方式的考虑传感器侧摆的多成像卫星区域覆盖优化方法的 选择覆盖模式的流程图。如图3所示，在本发明的一实施方式中，对于在成像卫星资源充足的情况下，期望覆盖矩形区域A的多个成像卫星消耗的能量的总和最小的问题，选 择覆盖模式可以包括以下步骤：
在步骤S201中，建立第一成像卫星列表，第一成像卫星列表在初始状态下包含成像 卫星列表中的所有的成像卫星；
在步骤S202中，构造一个标记网格列表GList，标记网格列表GList包含已经被完全覆盖的网格，标记网格列表GList的初始状态为一个空列表；
在步骤S203中，分别计算第一成像卫星列表中的每个成像卫星执行覆盖模式的平均 能耗；
在步骤S204中，从第一成像卫星列表中选出平均能耗的值最小的优选成像卫星；
针对优选成像卫星执行以下步骤：
在步骤S205中，对于优选成像卫星的覆盖模式列表中的每一个覆盖模式，获 得该覆盖模式覆盖的网格列表GL；
在步骤S206中，针对网格列表GL中的每一个网格，判断网格是否包含在标 记网格列表GList中；
在步骤S207中，在判断网格包含在标记网格列表GList中的情况下，将该网 格从网格列表GL中删除，以获得未重复覆盖网格列表GL′；
在步骤S208中，计算未重复覆盖网格列表GL′中的网格的数量；
在步骤S209中，遍历优选成像卫星的覆盖模式列表中的每一个覆盖模式，选 择未重复覆盖网格列表GL′中的网格的数量最多的覆盖模式作为成像卫星的选定覆 盖模式；
在步骤S210中，将与选定覆盖模式对应的未重复覆盖网格列表GL′中的网格 添加到标记网格列表GList；
在步骤S211中，将优选成像卫星从第一成像卫星列表中删除，以更新第一成 像卫星列表；
在步骤S212中，判断标记网格列表GList中是否包含了第一网格列表中的所有 网格；
在判断标记网格列表GList中未包含第一网格列表中的所有网格的情况下，对更新 后的第一成像卫星列表循环执行步骤S203至步骤212，以从更新后的第一成像卫星列表中重新选择优选成像卫星并为重新选择的选成像卫星选择选定覆盖模式，直至标记网格列表GList中包含第一网格列表中的所有网格；
在步骤S213中，在判断标记网格列表GList中包含了第一网格列表中的所有网格的 情况下，将选定覆盖模式构成用于覆盖欲覆盖的矩形区域的覆盖方案。
在本发明的一实施方式中，计算一个成像卫星执行覆盖模式的平均能耗具体可以包 括：
对于第j颗成像卫星sj，成像卫星sj的覆盖模式列表记为CLj，遍历覆盖模式列表CLj中所包含的所有的覆盖模式，将成像卫星sj执行覆盖模式列表CLj中所包含的所有的 覆盖模式所消耗的能量进行求和，获得成像卫星sj消耗的总能量，记为sum(energy)j；
具体来说，成像卫星sj执行覆盖模式Cs消耗的能量为energy(s)：
energy(s)＝ls·dj 式(1)
其中，energy(s)为成像卫星sj执行覆盖模式Cs消耗的能量，ls为成像卫星Sj的覆盖 模式Cs的条带形区域的长度，dj为成像卫星Sj消耗的能量与覆盖模式Cs的条带形区域的长度的比例系数，且为已知的值；
成像卫星sj消耗的总能量为：
其中，energy(s)为成像卫星sj执行覆盖模式Cs消耗的能量，sum(energy)j为成像卫 星sj消耗的总能量；
遍历覆盖模式列表CLj中所包含的所有的覆盖模式，将所有的覆盖模式覆盖的网格 数量进行求和，获得成像卫星sj覆盖的网格总数量，记为sum(grid)j；
则成像卫星sj执行覆盖模式的平均能耗为：
一颗成像卫星的平均能耗的值越小，表明使用该成像卫星进行区域覆盖越划算。因 此，基于贪婪算法的思想，尽可能地使平均能耗的值较小的成像卫星覆盖尽可能多的网格，越有利于降低区域覆盖的成本。将多个成像卫星中的成像卫星按照平均能耗的值升 序排列，在选择成像卫星时应优先选择排序靠前的成像卫星。
在已经选定成像卫星的情况下，成像卫星的选定覆盖模式例如可以是该成像卫星的 覆盖模式列表中的覆盖的有效网格最多的一个覆盖模式，所谓有效网格被定义为排序在 前的成像卫星未能覆盖的网格，或者说还没有包含在标记网格列表GList中的网格。具体 来说：
对于第j颗成像卫星sj，成像卫星sj覆盖模式列表CLj中的覆盖模式Cs覆盖的网格列表为GL(Cs)；
对照标记网格列表GList，将同时包含在网格列表GL(Cs)和标记网格列表GList中的 网格从网格列表GL(Cs)中删除，以获得未重复覆盖网格列表GL′(Cs)；
遍历成像卫星sj覆盖模式列表CLj，选择覆盖模式Cs *作为成像卫星sj的选定覆盖模式，其中覆盖模式Cs *为使得未重复覆盖网格列表GL′(Cs *)中包含的网格数量最多的覆盖模式。
在成像卫星资源充足的情况下，标记网格列表GList中包含第一网格列表中的所有网 格的条件必然能够得到满足，也就是说上述选择覆盖模式的方法能够提供至少一个覆盖 方案，使得多个成像卫星消耗的总能量尽可能的小。
本发明的实施方式还提供一种计算机可读存储介质，该存储介质上存储有指令，该 指令用于当被处理器执行时使得处理器执行上述任意一种考虑传感器侧摆的多成像卫星 区域覆盖优化方法。
过上述实施方式，将考虑传感器侧摆的多成像卫星区域覆盖优化方法分成两个阶段， 生成覆盖模式和选择覆盖模式相分离，使得该方法结构合理、层次清晰；该多成像卫星区域覆盖优化方法能够提供至少一个使得多个成像卫星消耗的总能量尽可能小的覆盖方案。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上 述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾 的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序 来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个 (可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可 以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违 背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (6)

1.一种考虑传感器侧摆的多成像卫星区域覆盖优化方法，其特征在于，包括生成覆盖模式和选择覆盖模式，其中生成覆盖模式具体包括以下步骤：
确定多个成像卫星的成像扫描方向；
将欲覆盖的矩形区域划分成多个网格，以生成第一网格列表G；
针对所述多个成像卫星中的每一个成像卫星：
判断所述成像卫星的成像扫描方向是第一倾斜方向还是第二倾斜方向；
在判断所述成像卫星的成像扫描方向为所述第一倾斜方向的情况下，以所述第一网格列表G中的任意网格的左下角顶点为基点，根据成像卫星的成像扫描方向将划分的所述多个网格重新排序，以生成第二网格列表LG，
以所述第二网格列表LG中的任意网格的左下角顶点为基点，根据所述成像卫星覆盖的条带形区域的宽度和长度确定所述成像卫星的覆盖模式的四个顶点，以形成所述成像卫星的一个覆盖模式，以及遍历所述第二网格列表LG中的所有网格，以形成所述成像卫星的覆盖模式列表；
在判断所述成像卫星的成像方向为所述第二倾斜方向的情况下，以所述第一网格列表G中的任意网格的左上角顶点为基点，根据成像卫星的成像扫描方向将划分的所述多个网格重新排序，以生成第三网格列表LG，
并以所述第三网格列表LG中的任意网格的左上角顶点为基点，根据所述成像卫星覆盖的条带形区域的宽度和长度确定所述成像卫星的覆盖模式的四个顶点，以形成所述成像卫星的一个覆盖模式，以及遍历所述第三网格列表LG中的网格，以形成所述成像卫星的覆盖模式列表；遍历所述多个成像卫星，以得到覆盖模式集合，该覆盖模式集合包括每个成像卫星的覆盖模式列表；
选择覆盖模式具体包括以下步骤：
建立第一成像卫星列表，所述第一成像卫星列表在初始状态下包含所有的所述成像卫星；
构造标记网格列表GList，所述标记网格列表GList包含已经被完全覆盖的网格，所述标记网格列表GList的初始状态为一个空列表；
分别计算所述第一成像卫星列表中的每个成像卫星执行所述覆盖模式的平均能耗；
从所述第一成像卫星列表中选出平均能耗的值最小的优选成像卫星；
针对所述优选成像卫星：
对于所述优选成像卫星的覆盖模式列表中的每一个覆盖模式，获得该覆盖模式覆盖的网格列表GL；
针对所述网格列表GL中的每一个网格，判断所述网格是否包含在所述标记网格列表GList中；
在判断所述网格包含在所述标记网格列表GList中的情况下，将该网格从所述网格列表GL中删除，以获得未重复覆盖网格列表GL′；
计算所述未重复覆盖网格列表GL′中的网格的数量；
遍历所述优选成像卫星的覆盖模式列表中的每一个覆盖模式，选择所述未重复覆盖网格列表GL′中的网格的数量最多的覆盖模式作为所述成像卫星的选定覆盖模式；
将与选定覆盖模式对应的所述未重复覆盖网格列表GL′中的网格添加到所述标记网格列表GList；
将所述优选成像卫星从所述第一成像卫星列表中删除，以更新所述第一成像卫星列表；
判断所述标记网格列表GList中是否包含了所述第一网格列表中的所有网格；
在判断所述标记网格列表GList中未包含所述第一网格列表中的所有网格的情况下，从更新后的第一成像卫星列表中重新选择优选成像卫星并为重新选择的所述优选成像卫星选择所述选定覆盖模式；
在判断所述标记网格列表GList中包含了所述第一网格列表中的所有网格的情况下，将所述选定覆盖模式构成用于覆盖所述欲覆盖的矩形区域的覆盖方案。
2.根据权利要求1所述的多成像卫星区域覆盖优化方法，其特征在于，以所述第一网格列表G中的任意网格的左下角顶点为基点，根据成像卫星的成像扫描方向将划分的所述多个网格重新排序，以生成第二网格列表LG具体包括：
从所述第一网格列表G中任意选择一个网格，在所述成像卫星的成像扫描直线上确定与选择的网格的左下角顶点的距离为设定值的两个点第一参考点和第二参考点，其中所述第一参考点位于所述第二参考点的右下方；
以所述第一参考点为起点，所述第二参考点为终点确定参考向量，以所述第一参考点为起点，以所述第一网格列表G中的任意网格的左下角顶点为终点确定一向量，计算该向量在所述参考向量上的投影；
遍历所述第一网格列表G中的网格，获得向量投影列表；
将所述向量投影列表中的投影按照投影长度降序排列，以对所述第一网格列表G中的网格重新排序，构造所述第二网格列表LG；
以所述第一网格列表G中的任意网格的左上角顶点为基点，根据成像卫星的成像扫描方向将划分的所述多个网格重新排序，以生成第三网格列表LG具体包括：
从所述第一网格列表G中任意选择一个网格，在所述成像卫星的成像扫描直线上确定与选择的网格的左上角顶点的距离为设定值的第一参考点和第二参考点，其中所述第一参考点位于所述第二参考点的左下方；
以所述第一参考点为起点，所述第二参考点为终点确定参考向量，以所述第一参考点为起点，以所述第一网格列表G中的任意网格的左上角顶点为终点确定一向量，计算该向量在所述参考向量上的投影；
遍历所述第一网格列表G中的网格，获得向量投影列表；
将所述向量投影列表中的投影按照投影长度降序排列，以对所述第一网格列表G中的对应的网格重新排序，构造所述第三网格列表LG。
3.根据权利要求2所述的多成像卫星区域覆盖优化方法，其特征在于，在所述成像卫星的成像扫描直线上的与所述选择的网格的左下角顶点的距离为设定值的两个点采用方程组(7)表示：
其中，x代表经度，y代表纬度，xl＜x3(z)＜xr，x3(z)和y3(z)分别为所述选择的网格的左下角顶点的经度值和纬度值，xl和xr分别为所述两个点的经度值，R为所述设定值，A、B、C均为成像卫星的成像扫描直线的参数；
在所述成像卫星的成像扫描直线上的与所述选择的网格的左上角顶点的距离为设定值的两个点采用方程组(8)表示：
其中，x代表经度，y代表纬度，xl＜x1(z)＜xr，x1(z)和y1(z)分别为所述选择的网格的左上角顶点的经度值和纬度值，xl和xr分别为所述两个点的经度值，R为所述设定值，A、B、C均为成像卫星的成像扫描直线的参数。
4.根据权利要求3所述的多成像卫星区域覆盖优化方法，其特征在于，以所述第二网格列表LG中的任意网格的左下角顶点为基点，根据所述成像卫星覆盖的条带形区域的宽度和长度确定所述成像卫星的覆盖模式的四个顶点，以形成所述成像卫星的一个覆盖模式，以及遍历所述第二网格列表LG中的网格，以形成所述成像卫星的覆盖模式列表具体包括：
在所述第二网格列表LG中任意选择一个第一网格，在沿所述成像卫星的成像扫描方向且通过所述第一网格的左下角顶点的直线上任意选择一个点以获得第一顶点；
在通过所述第一顶点且与所述成像卫星的成像扫描方向垂直的直线上确定与所述第一顶点的距离等于该成像卫星覆盖的条带形区域的宽度的第二顶点和第三顶点；
在沿所述成像卫星的成像扫描方向且通过所述第一网格的左下角顶点的直线上选择另一个点以获得第四顶，所述第四顶点与所述第一顶点的距离等于成像卫星覆盖的条带形区域的长度；
在通过所述第四顶点且与所述成像卫星的成像扫描方向垂直的直线上确定与所述第四顶点的距离等于该成像卫星覆盖的条带形区域的宽度的第五顶点和第六顶点；
以所述第一顶点、第二顶点、第四顶点和第六顶点为顶点，形成所述成像卫星的一个覆盖模式；
对于所述第一网格遍历所述第二网格列表LG中的所有网格，获得所述成像卫星的基础覆盖模式列表；
在所述基础覆盖模式列表中添加一个虚拟的覆盖模式，以获得所述成像卫星的覆盖模式列表，所述虚拟的覆盖模式被定义为不覆盖任何网格，消耗的能量或者时间为零的覆盖模式；
以所述第三网格列表LG中的网格的左上角顶点为基点，根据所述成像卫星覆盖的条带形区域的宽度和长度确定所述成像卫星的覆盖模式的四个顶点，以形成所述成像卫星的一个覆盖模式，以及遍历所述第三网格列表LG中的网格，以形成所述成像卫星的覆盖模式列表具体包括：
在所述第三网格列表LG中任意选择一个第一网格，在沿所述成像卫星的成像扫描方向且通过所述第一网格的左上角顶点的直线上任意选择一个点以获得第一顶点；
在通过所述第一顶点且与所述成像卫星的成像扫描方向垂直的直线上确定与所述第一顶点的距离等于该成像卫星覆盖的条带形区域的宽度的的第二顶点和第三顶点；
在沿所述成像卫星的所述成像扫描方向且通过所述第一网格的左上角顶点的直线上选择另一个点以获得第四顶点，所述第四顶点与所述第一顶点的距离等于该成像卫星覆盖的条带形区域的长度；
在通过所述第四顶点且与所述成像卫星的成像扫描方向垂直的直线上确定与所述第四顶的距离等于该成像卫星覆盖的条带形区域的宽度的第五顶点和第六顶点；
以所述第一顶点、第二顶点、第四顶点和第六顶点为顶点，形成所述成像卫星的一个覆盖模式；
对于所述第一网格遍历所述第三网格列表LG中的所有网格，获得所述成像卫星的基础覆盖模式列表；
在所述基础覆盖模式列表中添加一个虚拟的覆盖模式，以获得所述成像卫星的覆盖模式列表，所述虚拟的覆盖模式被定义为不覆盖任何网格，消耗的能量或者时间为零的覆盖模式。
5.根据权利要求4所述的多成像卫星区域覆盖优化方法，其特征在于，在沿所述成像卫星的成像扫描方向且通过所述第一网格的左下角顶点的直线上任意选择一个点以获得的第一顶点采用方程组(9)来表示：
其中，x代表经度，y代表纬度，C3(i)＝A·y3(i)-B·x3(i)，x3(i)和y3(i)分别为所述第一网格的左下角顶点的经度值和纬度值，C1为常数，A、B、C均为所述成像卫星的成像扫描直线的参数，所述第一顶点表示为U1(x1,i,y1,i)，x1,i和y1,i分别为所述第一顶点的经度值和纬度值；
在通过所述第一顶点且与所述成像卫星的成像扫描方向垂直的直线上确定与所述第一顶点的距离等于该成像卫星覆盖的条带形区域的宽度的第二顶点和第三顶点采用方程组(10)来表示：
其中，x代表经度，y代表纬度，x1,i和y1,i分别为第一顶点的经度值和纬度值，wj为第j个成像卫星sj成像(覆盖)的条带形区域的宽度，C1为常数，A、B、C均为所述成像卫星的成像扫描直线的参数，所述第二顶点和第三顶点分别表示为U2(x2,i,y2,i)和U3(x3,i,y3,i)，x2,i和y2,i分别为所述第二顶点的经度值和纬度值，x3,i和y3,i分别为所述第三顶点的经度值和纬度值，且x3,i＜x1i,＜x2i,；
在沿所述成像卫星的成像扫描方向且通过所述第一网格的左下角顶点的直线上选择另一个点获得的与所述第一顶的距离等于成像卫星覆盖的条带形区域的长度第四顶点采用方程组(11)表示：
其中，x代表经度，y代表纬度，C3(k)＝A·y3(k)-B·x3(k)，x3(k)和y3(k)分别为所述第一网格的左下角顶点的经度值和纬度值，C2为常数，A、B、C均为成像卫星的成像扫描直线的参数，所述第四顶点表示为U4(x4,i,y4,i)，x4,i和y4,i分别为所述第四顶点的经度值和纬度值；
在通过所述第四顶点且与所述成像卫星的成像扫描方向垂直的直线上确定与所述第四顶点的距离等于该成像卫星覆盖的条带形区域的宽度的第五顶点和第六顶采用方程组(12)来表示：
其中，x代表经度，y代表纬度，x4,i和y4,i分别为所述第四顶点的经度值和纬度值，wj为第j个成像卫星sj成像(覆盖)的条带形区域的宽度，C1为常数，A、B、C均为所述成像卫星的成像扫描直线的参数，所述第五顶点和第六顶点分别表示为U5(x5,i,y5,i)和U6(x6,i,y6,i)，x5,i和y5,i分别为所述第五顶点的经度值和纬度值，x6,i和y6,i分别为所述第六顶点的经度值和纬度值，且x6,i＜x4,i＜x5,i；
在沿所述成像卫星的成像扫描方向且通过所述第一网格的左上角顶点的直线上任意选择一个点以获得的第一顶点采用方程组(13)来表示：
其中，x代表经度，y代表纬度，C1(i)＝A·y1(i)-B·x1(i)，x1(i)和y1(i)分别为所述第一网格的左上角顶点的经度值和纬度值，C1为常数，A、B、C均为所述成像卫星的成像扫描直线的参数，所述第一顶点表示为U1(x1,i,y1,i)，x1,i和y1,i分别为所述第一顶点的经度值和纬度值；
在通过所述第一顶点且与所述成像卫星的成像扫描方向垂直的直线上确定与所述第一顶点的距离等于该成像卫星覆盖的条带形区域的宽度的第二顶点和第三顶点采用方程组(14)来表示：
其中，x代表经度，y代表纬度，x1,i和y1,i分别为第一顶点的经度值和纬度值，wj为第j个成像卫星sj成像(覆盖)的条带形区域的宽度，C1为常数，A、B、C均为所述成像卫星的成像扫描直线的参数，所述第二顶点和第三顶点分别表示为U2(x2,i,y2,i)和U3(x3,i,y3,i)，x2,i和y2,i分别为所述第二顶点的经度值和纬度值，x3,i和y3,i分别为所述第三顶点的经度值和纬度值，且x3,i＜x1,i＜x2,i；
在沿所述成像卫星的成像扫描方向且通过所述第一网格的左上角顶点的直线上选择另一个点获得的与所述第一顶的距离等于成像卫星覆盖的条带形区域的长度第四顶点采用方程组(15)表示：
其中，x代表经度，y代表纬度，C1(i)＝A·y1(i)-B·x1(i)，x1(i)和y1(i)分别为所述第一网格的左上角顶点的经度值和纬度值，C2为常数，A、B、C均为所述成像卫星的成像扫描直线的参数，所述第四顶点表示为U4(x4,i,y4,i)，x4,i和y4,i分别为所述第四顶点的经度值和纬度值；
在通过所述第四顶点且与所述成像卫星的成像扫描方向垂直的直线上确定与所述第四顶点的距离等于该成像卫星覆盖的条带形区域的宽度的第五顶点和第六顶采用方程组(16)来表示：
其中，x代表经度，y代表纬度，x4,i和y4,i分别为所述第四顶点的经度值和纬度值，wj为第j个成像卫星sj成像(覆盖)的条带形区域的宽度，C1为常数，A、B、C均为所述成像卫星的成像扫描直线的参数，所述第五顶点和第六顶点分别表示为U5(x5,i,y5,i)和U6(x6,i,y6,i)，x5,i和y5,i分别为所述第五顶点的经度值和纬度值，x6,i和y6,i分别为所述第六顶点的经度值和纬度值，且x6,i＜x4,i＜x5,i。
6.根据权利要求5所述的多成像卫星区域覆盖优化方法，其特征在于，所述计算所述成像卫星执行覆盖模式的平均能耗具体包括：
针对所述成像卫星的覆盖模式列表中的每一个覆盖模式，计算所述成像卫星执行该覆盖模式消耗的能量；
遍历所述成像卫星的覆盖模式列表，并将所述成像卫星执行所有的覆盖模式消耗的能量求和，获得该成像卫星消耗的总能量；
针对所述成像卫星的覆盖模式列表中的每一个覆盖模式，计算所述覆盖模式覆盖的网格数量；
遍历所述成像卫星的覆盖模式列表，并将所有的覆盖模式网格数量求和，获得该成像卫星覆盖的总网格数量；
计算所述成像卫星消耗的总能量与覆盖的总网格数量的比值，获得所述成像卫星执行覆盖模式的平均能耗。
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