CN110099216A - 用于规划遥感视频卫星的成像任务的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于规划遥感视频卫星成像任务的方法和设备，其中方法包括：收集观测需求，并对收集的观测需求完整性进行审核；执行轨道计算来计算卫星在某一特定时间段内的星历和星下点，计算地面站的可用接收弧段，且外推计算卫星在特定时间内的进出站时间；根据不同卫星姿态和不同地面站信息进行可用性分析，获得卫星数传天线的可见性分析结果和使用策略；任务预规划将每个采集单的区域拆分，并根据轨道数据信息生成卫星对观测目标的观测方案；以及将成像方案和接收方案在卫星上注时间前分别发送给卫星控制系统和地面接收站。利用本发明的方案，方便后续遥感视频卫星扩展。

Description

用于规划遥感视频卫星的成像任务的方法和设备

技术领域

本发明一般地涉及遥感视频卫星使用领域。更具体地，本发明涉及一种用于规划遥感视频卫星的成像任务的方法和设备。

背景技术

随着卫星应用领域的飞速发展及其多样化，遥感视频卫星的发展也日益迅速。遥感视频卫星，即用于遥感领域研究的视频成像模式的卫星。通常，遥感视频卫星均为中低轨微小卫星，轨道低体量小幅宽也较小。以本申请中的卫星为例，其轨道高度一般不超过600km，卫星体量不超过40kg，幅宽为15km。

对于CMOS面阵相机的遥感视频卫星，其面阵“凝视”成像，不仅需要考虑普通遥感卫星的成像任务规划方案，还需在其基础上添加凝视成像所特需的成像条件。

发明内容

本发明以CMOS面阵相机的遥感视频卫星为研究对象，对其滑动成像、凝视成像的任务规划方法进行分析。特别地，本发明的技术涉及遥感视频卫星在滑动成像、凝视成像时的任务规划方法，对滑动成像、凝视成像的任务规划方法进行对比分析。

在一个方面中，本发明提供一种用于规划遥感视频卫星成像任务的方法，包括：

收集观测需求，并对收集的观测需求完整性进行审核；

利用卫星两行数据或者瞬根数据执行轨道计算，分别计算卫星在某一特定时间段内的星历和星下点，计算地面站的可用接收弧段，且外推计算卫星在特定时间内的进出站时间；

根据不同卫星姿态和不同地面站信息进行可用性分析，获得卫星数传天线的可见性分析结果和使用策略；

任务预规划将每个采集单的区域拆分，并根据轨道数据信息生成卫星对观测目标的观测方案；以及

将成像方案和接收方案在卫星上注时间前分别发送给卫星控制系统和地面接收站。

在一个实施例中，所述不同卫星姿态包括各卫星的俯仰角参数，并且所述地面站信息包括接收站经度、纬度、高程和天线的接收参数。

在又一个实施例中，根据轨道数据信息生成卫星对观测目标的观测方案包括根据所述轨道数据信息计算经过区域网格的时间窗口、侧摆角和俯仰角。

在另外的实施例中，对收集的观测需求完整性进行审核包括进行手动检查审核。

在另一个方面中，本发明提供一种用于规划遥感视频卫星成像任务的设备，包括：

处理器，

存储器，包括可由处理器执行的计算机可读的程序，当所述程序由处理器执行时，使得所述设备执行：

收集观测需求，并对收集的观测需求完整性进行审核；

利用卫星两行数据或者瞬根数据执行轨道计算，分别计算卫星在某一特定时间段内的星历和星下点，计算地面站的可用接收弧段，且外推计算卫星在特定时间内的进出站时间；

根据不同卫星姿态和不同地面站信息进行可用性分析，获得卫星数传天线的可见性分析结果和使用策略；

任务预规划将每个采集单的区域拆分，并在根据轨道数据信息生成卫星对观测目标的观测方案；以及

将成像方案和接收方案在卫星上注时间前分别发送给卫星控制系统和地面接收站。

在又一个方面中，本发明提供一种用于规划遥感视频卫星成像任务的方法，包括：

根据卫星的星下点、星历、在最大侧摆情况下的覆盖范围来执行轨道计算；

从数据库获取接收弧段规划所必需的参数，对卫星过站弧段进行接收编排规划，生成数传接收计划；

将区域任务拆分为单个可单次拍摄的子任务，计算单个子任务的可成像时间窗口和成像侧摆角度；

综合数传接收计划和可成像时间窗口，对所有子任务的拍摄、数据下传、数据接收计划进行编排，从而获得规划结果。

在一个实施例中，对于凝视拍摄任务，剔除该任务下所有子任务的侧摆成像窗口。

在另一个实施例中，将规划的卫星成像方案在卫星指令上注前发送到卫星控制系统，并同时将对应的接收方案发送到地面接收站。

在另一个方面中，提供一种用于规划遥感视频卫星成像任务的设备，包括：

处理器；

存储器，其包括可由处理器执行的计算机可读的程序，当所述程序由处理器执行时，使得所述设备执行：

根据卫星的星下点、星历、在最大侧摆情况下的覆盖范围来执行轨道计算；

从数据库获取接收弧段规划所必需的参数，对卫星过站弧段进行接收编排规划，生成数传接收计划；

将区域任务拆分为单个可单次拍摄的子任务，计算单个子任务的可成像时间窗口和成像侧摆角度；

综合数传接收计划和可成像时间窗口，对所有子任务的拍摄、数据下传、数据接收计划进行编排，从而获得规划结果。

本发明与现有技术相比的有益效果是：(1)本发明制定出了遥感视频卫星的滑动成像任务规划方法、凝视成像任务规划方法，以适应遥感视频卫星的迅猛发展；(2)本发明对遥感视频卫星的两种成像模式下的任务规划方案进行初步对比，以便后续遥感视频卫星扩展；(3)本发明基于CMOS面阵相机的遥感视频卫星的规划，对其他类别的遥感影像或同样具有参考作用。

附图说明

通过阅读仅作为示例提供并且参考附图进行的以下描述，将更好地理解本发明及其优点，其中：

图1是示出本发明的遥感视频卫星成像任务规划的流程简图；

图2是示出本发明的遥感视频卫星成像任务规划的完整流程图；以及

图3是示出遥感视频卫星成像样例的视频帧。

具体实施方式

在传统卫星成像规划中，将俯仰拍摄用于凝视拍摄任务规划，在任务规划时执行卫星俯仰和侧摆工作约束检查，对于滑动成像任务，可参照普通遥感卫星成像规划方法，但对于凝视拍摄，必须在俯仰情况下进行拍摄。为此，本发明提出了如下所描述的技术方案。需要理解的是下面的描述仅仅是示例性地而非限制性地，本领域技术人员根据本发明的教导可以对本发明的方案做出修改、改变和变形，而这些改变的方案依然会落入到本发明的权利要求书所限定的保护范围内。

图1是示出本发明的遥感视频卫星成像任务规划的流程简图。如图1中所示，在101处，可以输入兴趣区域，例如其可以是遥感视频卫星的幅宽15km*15km，在103处，可以将该兴趣区域拆分为子区域，例如将15km*15km的区域拆分为5km*5km的子区域。在102处，获得或确定卫星相机工作约束条件，该约束条件例如可以是拍摄时间的约束条件、卫星相机可成像时间以及对应的侧摆和俯仰角度的约束条件。结合该卫星相机约束条件和拆分的子区域，执行确定子区域的可成像时间窗口以及机动姿态，该机动姿态可以是成像侧摆角度。接着，在104处，计算子区域的可成像时间窗口。然后，在105处确定卫星拍摄计划。

在107处，获得卫星轨道数据并且在108处执行轨道计算，例如根据卫星的星下点、星历、确定在最大侧摆情况下的覆盖范围。在109处，获得接收站工作参数，其例如可以是输入接收站的站址信息、天线口径和工作仰角。在110处，确定卫星数传天线工作约束条件。在111处，执行接收站可接收任务的时间编排。并且基于在111处的时间编排，在112和113处，分别获得卫星数传计划和地面接收计划。最终，在106处，完成拍摄任务。

图2是示出本发明的遥感视频卫星成像任务规划的完整流程图。如图2中所示，在201处，可以输入兴趣区域，例如其可以是遥感视频卫星的幅宽15km*15km，在203处，可以将该兴趣区域拆分为子区域，例如将15km*15km的区域拆分为5km*5km的子区域。在202处，获得或确定卫星相机工作约束条件，该约束条件例如可以是拍摄时间的约束条件、卫星相机可成像时间以及对应的侧摆和俯仰角度的约束条件。结合该卫星相机约束条件和拆分的子区域，在204处执行确定子区域的可成像时间窗口以及机动姿态，该机动姿态可以是成像侧摆角度。在205处，对时间窗口按机动姿态最小角度进行编排。然后，在206处，确定是否存在凝视拍摄需求，当不存在时，则流程进入到207处，此处生成卫星拍摄计划。如果存在，则流程进入到208，此处剔除该任务下所有子任务的侧摆成像窗口，筛选出可连续俯仰拍摄的时间窗口，并在209处生成卫星拍摄计划。

在212和213处，该成像规则任务利用卫星的运性参数、俯仰和侧摆信息、卫星的幅宽，使用外推法计算卫星的星下点、星历、在最大侧摆情况下的覆盖范围；在214处，输入接收站的基本信息，包括接收站站址经度、纬度、高程、天线口径、最小捕获角度、最小接收角度。同时，在215处输入卫星数传天线的约束条件，包括数传天线类型、数传最大角度、数传码速率、数传禁用时间等。综合213的计算结果、214和215的信息，可以进一步计算216处的卫星过接收站的时间(即入站时间和出站时间)、217处的卫星数传可用时间。因为卫星下传数据的时间必须是在过站期间。综合216和217，可在218处对接收站可接收任务的时间进行编排，编排过程包括按照卫星优先级以及弧段过站时间与升降轨时间差值对过站弧段进行排序，根据卫星相关约束、最高仰角约束、接收站天线等一系列的约束条件执行检测，并对满足约束条件的弧段按照卫星优先级进行优选编排，保证生成规划方案的合理性和正确性，最终生成两个计划：219处的卫星数传计划、220处的地面接收计划。

209处的卫星拍摄计划、219处的卫星数传计划将被发送给卫星，然后卫星按计划执行；220处的地面接收计划将被发送给地面接收站，接收站按计划执行。卫星拍摄、下传等系列动作完成之后，最终将在地面接收站处获得卫星拍摄数据。

因本研究已预设卫星成像图像质量优先原则，所以，根据以下原则对卫星和地面站的工作计划进行编排时原则如下：

a.针对滑动成像任务，卫星相机载荷的可成像方案中，优先选择卫星侧摆较小的成像方案，卫星侧摆越大则认为成像质量最差；对于凝视拍摄任务，即为俯仰拍摄，则优先选择时间最近的可成像方案。

b.因星上存储一般较小，所以在编排卫星的数传工作方案是，距完成成像后最近的过接收站弧段、并且可一次将数据下传完的弧段为优选弧段进行数据下传。

c.依据特定策略(如：区域重复覆盖率最低或区域整体覆盖率最大等)，对规划预案进行优选，筛选出最为满足优选策略的预案集合，生成规划方案，以此提升星地资源的使用效益。

图3是示出遥感视频卫星成像样例的视频帧，其中左侧图是滑动拍摄视频帧组，图中是对某U形机场及起周围进行扫描式观测(明显的差异位置已红框标出)，而右侧是凝视拍摄视频帧组，图中是对某机场飞机起飞以及周围道路的车流量进行观测(飞机和车辆差异处已红框标出)。可以看出，利用本发明的方案，通过对遥感视频卫星的合理规划，最终可实现对固定区域的变化进行持续性观测，以及对任一兴趣区域的扫描式观测，极大提高了遥感卫星对于目标检测的可实施性和观测成果多样性。

本发明的方法还可以通过在计算机可读的记录介质以计算机可读代码来体现。计算机可读记录介质包括存储可通过计算机系统解读的数据的所有种类的记录介质。该记录介质例如可以包括但不限于只读存储器(ROM，“Read Only Memory”)、随机存取存储器(RAM，“Random Access Memory”)、磁盘、磁盘、光盘、闪存等。进一步，这些计算机可读的记录介质可以通过通信网络(包括计算机通信网络、蜂窝通信网络或局域域通信网络)在各个通信实体之间传播或扩散，从而也可以通过任意的方式来运行存储在计算机可读存储介质上的计算机可读指令或计算机可执行代码。

虽然本发明所实施的方式如上，但所述内容只是为便于理解本发明而采用的实施例，并非用以限定本发明的范围和应用场景。任何本发明所述技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种用于规划遥感视频卫星成像任务的方法，包括：

收集观测需求，并对收集的观测需求完整性进行审核；

利用卫星两行数据或者瞬根数据执行轨道计算，分别计算卫星在某一特定时间段内的星历和星下点，计算地面站的可用接收弧段，且外推计算卫星在特定时间内的进出站时间；

根据不同卫星姿态和不同地面站信息进行可用性分析，获得卫星数传天线的可见性分析结果和使用策略；

任务预规划将每个采集单的区域拆分，并根据轨道数据信息生成卫星对观测目标的观测方案；以及

将成像方案和接收方案在卫星上注时间前分别发送给卫星控制系统和地面接收站。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述不同卫星姿态包括各卫星的俯仰角参数，并且所述地面站信息包括接收站经度、纬度、高程和天线的接收参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其中根据轨道数据信息生成卫星对观测目标的观测方案包括根据所述轨道数据信息计算经过区域网格的时间窗口、侧摆角和俯仰角。

4.根据权利要求1所述的方法，其中对收集的观测需求完整性进行审核包括进行手动检查审核。

5.一种用于规划遥感视频卫星成像任务的设备，包括：

处理器，

存储器，包括可由处理器执行的计算机可读的程序，当所述程序由处理器执行时，使得所述设备执行：

收集观测需求，并对收集的观测需求完整性进行审核；

利用卫星两行数据或者瞬根数据执行轨道计算，分别计算卫星在某一特定时间段内的星历和星下点，计算地面站的可用接收弧段，且外推计算卫星在特定时间内的进出站时间；

根据不同卫星姿态和不同地面站信息进行可用性分析，获得卫星数传天线的可见性分析结果和使用策略；

任务预规划将每个采集单的区域拆分，并根据轨道数据信息生成卫星对观测目标的观测方案；以及

将成像方案和接收方案在卫星上注时间前分别发送给卫星控制系统和地面接收站。

6.一种用于规划遥感视频卫星成像任务的方法，包括：

根据卫星的星下点、星历、在最大侧摆情况下的覆盖范围来执行轨道计算；

从数据库获取接收弧段规划所必需的参数，对卫星过站弧段进行接收编排规划，生成数传接收计划；

将区域任务拆分为单个可单次拍摄的子任务，计算单个子任务的可成像时间窗口和成像侧摆角度；

综合数传接收计划和可成像时间窗口，对所有子任务的拍摄、数据下传、数据接收计划进行编排，从而获得规划结果。

7.根据权利要求6所述的方法，其中对于凝视拍摄任务，剔除该任务下所有子任务的侧摆成像窗口。

8.根据权利要求6所述的方法，其中将规划的卫星成像方案在卫星指令上注前发送到卫星控制系统，并同时将对应的接收方案发送到地面接收站。

9.一种用于规划遥感视频卫星成像任务的设备，包括：

处理器；

存储器，其包括可由处理器执行的计算机可读的程序，当所述程序由处理器执行时，使得所述设备执行：

根据卫星的星下点、星历、在最大侧摆情况下的覆盖范围来执行轨道计算；

从数据库获取接收弧段规划所必需的参数，对卫星过站弧段进行接收编排规划，生成数传接收计划；

将区域任务拆分为单个可单次拍摄的子任务，计算单个子任务的可成像时间窗口和成像侧摆角度；

综合数传接收计划和可成像时间窗口，对所有子任务的拍摄、数据下传、数据接收计划进行编排，从而获得规划结果。