CN110111260B - 一种规划编队卫星条带拼接成像任务的方法、装置及介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种规划编队卫星条带拼接成像任务的方法、装置及计算机存储介质。该方法可以包括：根据区域目标的边界点确定观测目标区域；由编队卫星中各卫星的速度及位置信息获取在设定的观测任务时间内各卫星的飞行轨迹，并获取观测目标区域的边界点被观测所需的最小侧摆角及对应的观测时间；按照设定的顺序将观测目标区域规划为多个观测条带，并从编队卫星确定各观测条带对应的观测卫星；根据各观测条带边界对应侧摆角计算获得各观测条带内外边界曲线与观测目标区域边界的交点位置及对应观测时刻，并确定各观测条带对应的观测时长；通过所述观测时刻各观测卫星的速度及位置信息及侧摆角计算获得各观测卫星观测点的经纬度。

Description

一种规划编队卫星条带拼接成像任务的方法、装置及介质

技术领域

本发明实施例涉及卫星技术领域，尤其涉及一种规划编队卫星条带拼接成像任务的方法、装置及介质。

背景技术

随着航天技术的发展，敏捷式光学成像卫星(或称敏捷卫星)因其所具有的快速实现三轴姿态机动的能力，能够更为灵活地执行多种不同类型任务，从而受到国内外的广泛关注。敏捷卫星通过调整姿态能够迅速地改变相机对地指向，从而对地面目标实现快速、精确的观测。

当任务目标为一面积较大的区域目标时，如果敏捷卫星使用其推扫工作模式对该区域目标进行观测，由于区域目标的宽度大于卫星相机成像幅宽，那么就会导致无法通过一次扫描来实现区域目标的完全覆盖。针对这一情况，通常可以将区域目标划分为多个平行的条带，接着采用一组编队飞行的成像卫星协作完成对该区域目标的观测任务。

考虑到参与编队飞行的各个卫星的性能存在一定差异，各个卫星对地的成像幅宽各有不同，即各个卫星的视场角不同，那么在将上述区域目标分解成条带时，各条带宽度也会因此存在差异。对于编队中每个参与观测任务的卫星，假定其搭载的相机视场角固定，那么当卫星在侧摆不同角度时，对地观测的幅宽会随着侧摆角的增大而增大。因此需要在任务规划时根据卫星的视场角及侧摆角计算观测条带的宽度，充分利用各卫星的观测能力以实现更为准确完成拼接。

由于地球表面为椭球面，使用矩形条带分割会存在一定误差，常规的解决方案是利用高斯投影，将矩形边界点通过计算投影到地球表面上，这会导致实际观测的区域与规划的区域之间存在一定误差；此外，常规方案中，通常将卫星的星下点轨迹近似看作一条直线，并据此绘制与星下点平行的矩形条带，然而星下点轨迹通常存在一定曲率，因此划分成矩形条带并不能准确地反映实际观测的区域。因此，在目前常规的解决方案中，会造成实际观测区域与理论划分条带之间的误差，无法对实际观测区域进行准确地观测。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种规划编队卫星条带拼接成像任务的方法、装置及介质；能够降低实际观测区域与理论划分条带之间的误差，以实现对实际观测区域进行准确地观测。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种规划编队卫星条带拼接成像任务的方法，所述方法包括：

根据区域目标的边界点确定观测目标区域；

由编队卫星中各卫星的速度及位置信息获取在设定的观测任务时间内各卫星的飞行轨迹，并获取所述观测目标区域的边界点被观测所需的最小侧摆角及对应的观测时间；

按照设定的顺序将所述观测目标区域规划为多个观测条带，并从编队卫星确定各所述观测条带对应的观测卫星；

根据各所述观测条带边界对应侧摆角计算获得各所述观测条带内外边界曲线与所述观测目标区域边界的交点位置及对应观测时刻，并确定各所述观测条带对应的观测时长；

通过所述观测时刻各观测卫星的速度及位置信息及侧摆角计算获得各观测卫星观测点的经纬度。

第二方面，本发明实施例提供了一种规划编队卫星条带拼接成像任务的装置，所述装置包括：确定部分、获取部分、规划部分、第一计算部分和第二计算部分；其中，

所述确定部分，配置为根据区域目标的边界点确定观测目标区域；

所述获取部分，配置为由编队卫星中各卫星的速度及位置信息获取在设定的观测任务时间内各卫星的飞行轨迹，并获取所述观测目标区域的边界点被观测所需的最小侧摆角及对应的观测时间；

所述规划部分，配置为按照设定的顺序将所述观测目标区域规划为多个观测条带，并从编队卫星确定各所述观测条带对应的观测卫星；

所述第一计算部分，配置为根据各所述观测条带边界对应侧摆角计算获得各所述观测条带内外边界曲线与所述观测目标区域边界的交点位置及对应观测时刻，并确定各所述观测条带对应的观测时长；

所述第二计算部分，配置为通过所述观测时刻各观测卫星的速度及位置信息及侧摆角计算获得各观测卫星观测点的经纬度。

第三方面，本发明实施例提供了一种规划编队卫星条带拼接成像任务的装置，所述装置包括：存储器和处理器；其中，

所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；

所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行第一方面所述规划编队卫星条带拼接成像任务的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有规划编队卫星条带拼接成像任务的程序，所述规划编队卫星条带拼接成像任务的程序被至少一个处理器执行时实现第一方面所述规划编队卫星条带拼接成像任务的方法的步骤。

本发明实施例提供了一种规划编队卫星条带拼接成像任务的方法、装置及介质；利用卫星速度位置信息及侧摆角计算观测点，并准确地在地球表面上对区域目标划分观测条带。能够降低实际观测区域与理论划分条带之间的误差，以实现对实际观测区域进行准确地观测，节省了各成员卫星的总观测时间及成像面积。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种规划编队卫星条带拼接成像任务的方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种观测条带拼接的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种划分观测条带所对应观测卫星的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种确定观测条带内观测时刻示意图；

图5为本发明实施例提供的一种旋转矢量示意图；

图6为本发明实施例提供的一种由MATLAB软件形成的仿真结果示意图；

图7为本发明实施例提供的一种由STK软件形成的仿真结果示意图；

图8为本发明实施例提供的一种规划编队卫星条带拼接成像任务的装置组成示意图；

图9为本发明实施例提供的一种规划编队卫星条带拼接成像任务的装置的具体硬件结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种规划编队卫星条带拼接成像任务的方法，所述方法包括：

S101：根据区域目标的边界点确定观测目标区域；

S102：由编队卫星中各卫星的速度及位置信息获取在设定的观测任务时间内各卫星的飞行轨迹，并获取所述观测目标区域的边界点被观测所需的最小侧摆角及对应的观测时间；

S103：按照设定的顺序将所述观测目标区域规划为多个观测条带，并从编队卫星确定各所述观测条带对应的观测卫星；

S104：根据各所述观测条带边界对应侧摆角计算获得各所述观测条带内外边界曲线与所述观测目标区域边界的交点位置及对应观测时刻，并确定各所述观测条带对应的观测时长；

S105：通过所述观测时刻各观测卫星的速度及位置信息及侧摆角计算获得各观测卫星观测点的经纬度。

需要说明的是，针对图1所示的技术方案，实现观测条带拼接的示意图参见图2，将目标区域划分为多个观测条带P₁，P₂，P₃和P₄，也就是说，上述四个观测条带拼接之后能够包括整个目标区域，观测条带可以按照距离星下点轨迹由远及近的顺序或者特定顺序进行排列，而各观测条带的内部中心曲线a₁,a₂,a₃,a₄可以表示观测卫星的侧摆角。

对于图1所示的技术方案，在一种可能的实现方式中，所述根据区域目标的边界点确定观测目标区域，包括：

利用多边形的顶点对所述目标区域进行描述，获得所述观测目标区域。

需要说明的是，在本实施例中，使用多边形的顶点描述目标区域时，点的位置可以优选地按照一定顺序(比如顺时针或逆时针)给出。同时在实际应用过程中，目标区域的面积不宜过大，应能够在卫星执行任务的观测任务时间内实现完全观测。其次，目标区域形状优选较为简单形状，理由是若目标区域的边界点过多，会导致本实施例技术方案的运行时间较长。

对于图1所示的技术方案，在一种可能的实现方式中，所述按照设定的顺序将所述观测目标区域规划为多个观测条带，并从编队卫星确定各所述观测条带对应的观测卫星，包括：

计算各观测卫星的侧摆角γ；

根据设定的约束条件将所述观测目标区域按照距离所述编队卫星星下点轨迹的远近划分为多个顺序的观测条带；

由各所述观测卫星的侧摆角γ以及卫星视场角θ_fov计算各观测条带内外边界曲线对应侧摆角γ±θ_fov，以使相邻观测条带的边界曲线所对应侧摆角相等。

对于上述实现方式，需要说明的是，若目标区域离卫星星下点轨迹过远，考虑到卫星机动能力有限(如最大侧摆角γ_max＝45°)，则无法观测目标区域距离星下点轨迹较远的部分。此种情况下，优选可以使目标区域最外侧条带所对应卫星的侧摆角γ＝γ_max，即最远观测点对应侧摆角为

若目标区域面积过大或编队卫星内的成员星数目较少，则在全部成员卫星对应划分完观测条带后，结束此次规划，不再考虑目标区域剩余未划分的观测条带部分。

对于上述实现方式，在一种优选示例中，参见图3，所述从编队卫星确定各所述观测条带对应的观测卫星，包括：

S301：将所述编队卫星内的所有观测卫星在目标区域的最大侧摆角处(即离卫星星下点轨迹最远处)，按视场角由大到小进行排列；

S302：按照排列后的观测卫星依次对观测条带进行规划：

S303：若当前规划的观测卫星不满足针对当前最外部的未规划观测条带的约束条件，则针对当前规划的观测卫星的下一颗观测卫星对当前最外部的未规划观测条带进行规划；

S304：若当前规划的观测卫星满足针对当前最外部的未规划观测条带的约束条件，则使用所述当前规划的观测卫星对所述当前最外部的未规划观测条带进行观测；

S305：判断所述观测目标区域是否被已规划的观测条带覆盖：若是，则S306：计算各已规划的观测卫星对应的侧摆角；否则，S307：针对当前规划的观测卫星的下一颗观测卫星对剩余未规划观测条带中最外部的未规划观测条带进行规划。

对于上述优选示例，需要说明的是，为了尽可能使用较少的卫星完成观测任务，优先使用搭载相机视场角较大的观测卫星，从最大侧摆角处按视场角由大到小依次规划观测卫星进行观测。考虑到各观测卫星成员所搭载相机侧摆角范围存在差异，若针对某观测卫星所对应的观测条带不满足其侧摆角、太阳高度角等约束条件，则跳过该观测卫星使用下一颗观测卫星。直至实现完成规划的目标条带能够完全覆盖目标区域或所有观测卫星均被使用时，从而完成观测条带的划分。

对于图1所示的技术方案，在一种可能的实现方式中，所述根据各所述观测条带边界对应侧摆角计算获得各所述观测条带内外边界曲线与所述观测目标区域边界的交点位置及对应观测时刻，并确定各所述观测条带对应的观测时长，包括：

根据各所述观测条带的边界曲线所对应侧摆角获取各所述观测条带内外边界曲线与所述观测目标区域边界的交点位置及对应观测时刻；

针对每条所述观测条带，比较交点对应的观测时刻，确定每条所述观测条带对应的观测卫星的观测任务起止时刻及每条所述观测条带对应的观测时长。

需要说明的是，根据各所述观测条带的边界曲线所对应的侧摆角及各观测卫星成员相机的视场角，可以得到一组近似平行于星下点轨迹的平行线，即各观测条带的内外边界。为确定观测卫星的任务起止时刻，就需要求得观测条带的起止位置。具体来说，对于每个观测条带，其起始由多边形的目标区域边界确定。也就是说，对于每个观测卫星成员来说，观测自身对应的观测条带内部中目标区域边界上各点所需的最早时刻即为观测任务开始的时刻，比如观测卫星相机的开镜时刻；相应地，最晚时刻为观测任务结束的时刻，比如观测卫星相机的关镜时刻。由于目标区域通常为多边形，故只需判断观测条带的两条边界线与多边形交点处，以及处于两条边界线之间的多边形目标区域顶点的观测时刻，即可求得每个观测卫星观测任务开始和结束的时刻。

按顺序连接目标区域多边形顶点，可以得到多边形目标区域的各边。利用个观测条带边界线的侧摆角，可以获得多边形目标区域各边与观测条带边界线的交点。若某观测条带边界线对应侧摆角在多边形相邻两点对应侧摆角之间，则认为该观测条带边界线与多边形目标区域的边有交点，此点的侧摆角刚好与观测条带边界线对应侧摆角相等。本实施例可以以目标区域中有该交点的边的两顶点经纬度为初值，通过数值解法求得交点的经纬度，进而求得对应的观测时间。

在获得多边形目标区域的顶点及观测条带边界线曲线与多边形目标区域交点的侧摆角的同时，还能够得到对应的观测时间。对于每一观测条带，两条边界线曲线与多边形相交的观测时刻，以及多边形目标区域位于两条边界线曲线之间的顶点的观测时刻，其中的最小值即为观测任务开始时刻，最大值即为观测任务结束时刻。观测任务起止时刻之差即为观测时长。

以图4为例，此观测条带内外两条边界线分别与多边形的目标区域相交于P₁点、P₂点、P₃点和P₄点，对应观测时刻记为t₁、t₂、t₃、t₄。而多边形顶点Q₁处于此观测条带的两条边界线之间，记其对应观测时刻为t₅。由此，观测卫星相机的观测任务开始时刻t_start＝min{t_n},n＝1,2,3,4,5，观测任务结束时刻t_end＝max{t_n},n＝1,2,3,4,5，观测时长Δt＝t_end-t_start。

对于图1所示的技术方案，在一种可能的实现方式中，考虑卫星执行观测任务时需输入观测点的经纬度，因此，需要根据观测时刻、卫星速度位置信息及侧摆角计算观测点的经纬度。基于此，所述通过所述观测时刻各卫星的速度及位置信息及侧摆角计算获得各卫星观测点的经纬度，包括：

由J2000.0坐标系下观测卫星S位置矢量OS转化至大地坐标系中，获得所述观测卫星S的大地经度、纬度和高度；其中，O表示地心，所述观测卫星的星下点P与所述观测卫星S的经度和纬度相同，且所述观测卫星的星下点P高度为零；

由大地坐标系下将所述观测卫星的星下点P的位置转化至J2000.0坐标系下，获得所述观测卫星的星下点P的位置矢量OP；

将所述观测卫星的星下点的位置矢量OP按照设定的旋转角β绕地心O进行旋转，获得旋转后的位置矢量OP₁与观测卫星S至目标点T的直线TS的相交点P₁；

在由观测卫星S、地心O以及所述相交点P₁所组成的三角形ΔSOP₁中，所述旋转角β满足

其中，γ为侧摆角；

根据所述OP₁与地球椭球表面交于点T₁，则在大地坐标系下，T₁与P₁经纬度相同且高度为零，则获得T₁点经纬度即为目标点T经纬度的近似解。

需要说明的是，假设观测卫星初始姿态状态为对地定向，速度方向与地心矢量垂直，侧摆方向与速度方向垂直。由观测卫星速度及位置矢量可确定观测卫星侧摆平面，并根据侧摆角作射线，其与地球表面交点即为实际观测点。

以图5为例，O为地心，S为卫星，T为目标点，γ为侧摆角，P为观测卫星位置矢量OS与地球表面的交点(即星下点)。由J2000.0坐标系下卫星位置矢量转化到地心固连椭球坐标系(大地坐标系)中可得S点的大地经度、纬度和高度，而P点与S点经纬度相同，高度为零。由大地坐标系下通过P点位置转化到J2000.0坐标系下，可得P点位置矢量OP；将OP绕地心O旋转角β，使OP₁与直线TS相交于点P₁。在ΔSOP₁中，由正弦定理可求得：

由于卫星速度矢量垂直于此平面，则在J2000.0坐标系下，将OP绕速度矢量旋转β角，即可求得矢量OP₁。设OP₁与椭球面交于点T₁，则在大地坐标系下，T₁与P₁经纬度相同，高度为零。T₁点经纬度即为目标点T经纬度的近似解。

基于上述说明，旋转角β的方向余弦矩阵如下所示：

其中，E₃为3×3单位阵，e为转轴方向单位矢量，e×为e的叉乘矩阵。由于卫星绕滚转轴方向旋转，即速度方向垂直于该平面，v即为旋转OP到OP₁的转轴方向，有e＝v/||v||。位置矢量OP绕地心旋转β角后，OP₁满足OP₁＝M_ba·OP。

从图5中可以看出：虽然T₁与T位置相近，但仍存在一定差异。

基于上述说明中的差异，对于前述实现方式，相应于所述T₁点经纬度与所述目标点T经纬度之差大于设定的阈值，优选地，所述方法还包括：

将OT₁绕O点旋转角β₁，使OP₂与直线TS相交于点P₂，则在ΔSOP₂中获得旋转角β₁满足

根据矢量OP₂满足

将矢量OP₂转化到大地坐标系中获得OP₂与地面交点T₂的经纬度；其中，旋转角β₁的方向余弦矩阵为：

E₃为3×3单位阵，e为转轴方向单位矢量，e^×为e的叉乘矩阵，设定v为旋转OP₁到OP₂的转轴方向，有e＝v/||v||；

通过迭代获取前次得到的位置矢量OT_n绕地心O的旋转角β_n满足：

根据

对T点实际经纬度进行逐步逼近。

对于本实施例的技术方案，可以理解地，考虑到实际参与编队飞行的观测卫星轨道参数并不完全相同，为使得观测卫星能够更为准确地完成观测任务，需要对其侧摆角及任务起止时刻进行修正。利用本实施例所获得的观测点，及观测卫星成员的位置速度信息，可以计算观测卫星对该观测点的最小侧摆角及观测时间，作为修正后的结果。

本实施例的技术方案仅在理想情况下对目标区域进行条带划分，在实际情况中由于输入以及计算误差可能导致观测条带之间产生缝隙。为避免此类情况，可在使用视场角计算时，留有一定裕度，使得观测条带之间的相接部分可以实现观测。

通过本实施例提供的一种规划编队卫星条带拼接成像任务的方法；利用卫星速度位置信息及侧摆角计算观测点，并准确地在地球表面上对区域目标划分观测条带。能够降低实际观测区域与理论划分条带之间的误差，以实现对实际观测区域进行准确地观测，节省了各成员卫星的总观测时间及成像面积。

实施例二

基于前述实施例相同的发明构思，本实施例通过具体示例对前述实施例的技术方案进行验证，具体采用多颗搭载不同载荷的编队卫星对多边形区域进行观测任务规划，运行MATLAB软件计算并用STK软件进行验证。本实施例以2020年1月1日04:00:00UTCG入轨的一组近地圆轨道卫星为例，入轨参数及载荷参数如表1所示。

表1

在本实施例中，设定任务的目标区域为四边形区域，其边界点经纬度如表2所示：

表2

经度(°)	128.933	133.96	134.089	129.582
					纬度(°)	-25.2626	-24.8148	-29.5615	-30.8134

设定任务开始时间为2020年1月1日05:18:00UTCG，通过前述实施例的技术方案，所获得结果为：各观测卫星侧摆角及观测开始和结束的时刻如表3所示。

表3

卫星	侧摆角(°)	观测开始时刻(s)	观测结束时刻(s)
				Sat1	-17.0953	52.7877	130.2667
Sat2	7.7713	69.9503	154.4130
				Sat3	25.7089	80.3448	162.5372
Sat4	-8.1479	73.5417	153.5250
				Sat6	-27.8129	75.8710	148.8299

通过前述实施例的技术方案，还可以获得以下结论：仅用5颗观测卫星完成对目标区域的完全覆盖，视场角最小的卫星Sat5不参与观测任务。使用MATLAB绘制观测区域图6所示，图6中星号表示每个成员星观测任务开始时刻对应的观测点。而将图6所示的MATLAB计算结果输入STK软件中，所得仿真结果如图7所示。

实施例三

基于前述实施例相同的发明构思，参见图8，其示出了本发明实施例提供的一种规划编队卫星条带拼接成像任务的装置80，所述装置80可以包括：确定部分801、获取部分802、规划部分803、第一计算部分804和第二计算部分805；其中，

所述确定部分801，配置为根据区域目标的边界点确定观测目标区域；

所述获取部分802，配置为由编队卫星中各卫星的速度及位置信息获取在设定的观测任务时间内各卫星的飞行轨迹，并获取所述观测目标区域的边界点被观测所需的最小侧摆角及对应的观测时间；

所述规划部分803，配置为按照设定的顺序将所述观测目标区域规划为多个观测条带，并从编队卫星确定各所述观测条带对应的观测卫星；

所述第一计算部分804，配置为根据各所述观测条带边界对应侧摆角计算获得各所述观测条带内外边界曲线与所述观测目标区域边界的交点位置及对应观测时刻，并确定各所述观测条带对应的观测时长；

所述第二计算部分805，配置为通过所述观测时刻各观测卫星的速度及位置信息及侧摆角计算获得各观测卫星观测点的经纬度。

在上述方案中，所述确定部分801，配置为：

利用多边形的顶点对所述目标区域进行描述，获得所述观测目标区域。

在上述方案中，所述规划部分803，配置为：

计算各观测卫星的侧摆角γ；

根据设定的约束条件将所述观测目标区域按照距离所述编队卫星星下点轨迹的远近划分为多个顺序的观测条带；

由各所述观测卫星的侧摆角γ以及卫星视场角θ_fov计算各观测条带内外边界曲线对应侧摆角γ±θ_fov，以使相邻观测条带的边界曲线所对应侧摆角相等。

在上述方案中，所述规划部分803，配置为：

将所述编队卫星内的所有观测卫星以最大侧摆角处按视场角由大到小进行排列；

按照排列后的观测卫星依次对观测条带进行规划：

若当前规划的观测卫星不满足针对当前最外部的未规划观测条带的约束条件，则针对当前规划的观测卫星的下一颗观测卫星对当前最外部的未规划观测条带进行规划；

若当前规划的观测卫星满足针对当前最外部的未规划观测条带的约束条件，则使用所述当前规划的观测卫星对所述当前最外部的未规划观测条带进行观测；

判断所述观测目标区域是否被已规划的观测条带覆盖：若是，则计算各已规划的观测卫星对应的侧摆角；否则，针对当前规划的观测卫星的下一颗观测卫星对剩余未规划观测条带中最外部的未规划观测条带进行规划。

在上述方案中，所述第一计算部分804，配置为：

根据各所述观测条带的边界曲线所对应侧摆角获取各所述观测条带内外边界曲线与所述观测目标区域边界的交点位置及对应观测时刻；

针对每条所述观测条带，比较交点对应的观测时刻，确定每条所述观测条带对应的观测卫星的任务起止时刻及每条所述观测条带对应的观测时长。

在上述方案中，所述第二计算部分805，配置为：

由J2000.0坐标系下观测卫星S位置矢量OS转化至大地坐标系中，获得所述观测卫星S的大地经度、纬度和高度；其中，O表示地心，所述观测卫星的星下点P与所述观测卫星S的经度和纬度相同，且所述观测卫星的星下点P高度为零；

由大地坐标系下将所述观测卫星的星下点P的位置转化至J2000.0坐标系下，获得所述观测卫星的星下点P的位置矢量OP；

将所述观测卫星的星下点的位置矢量OP按照设定的旋转角β绕地心O进行旋转，获得旋转后的位置矢量OP₁与观测卫星S至目标点T的直线TS的相交点P₁；

在由观测卫星S、地心O以及所述相交点P₁所组成的三角形ΔSOP₁中，所述旋转角β满足

其中，γ为侧摆角；旋转角β的方向余弦矩阵为：

E₃为3×3单位阵，e为转轴方向单位矢量，e^×为e的叉乘矩阵，设定v为旋转OP到OP₁的转轴方向，有e＝v/||v||；

根据所述OP₁与地球椭球表面交于点T₁，则在大地坐标系下，T₁与P₁经纬度相同且高度为零，则获得T₁点经纬度即为目标点T经纬度的近似解。

在上述方案中，相应于所述T₁点经纬度与所述目标点T经纬度之差大于设定的阈值，所述第二计算部分805，还配置为：

将OT₁绕O点旋转角β₁，使OP₂与直线TS相交于点P₂，则在ΔSOP₂中获得旋转角β₁满足

根据矢量OP₂满足

将矢量OP₂转化到大地坐标系中获得OP₂与地面交点T₂的经纬度；其中，旋转角β₁的方向余弦矩阵为：

E₃为3×3单位阵，e为转轴方向单位矢量，e^×为e的叉乘矩阵，设定v为旋转OP₁到OP₂的转轴方向，有e＝v/||v||；

通过迭代获取前次得到的位置矢量OT_n绕地心O的旋转角β_n满足：

根据

对T点实际经纬度进行逐步逼近。

可以理解地，在本实施例中，“部分”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是单元，还可以是模块也可以是非模块化的。

另外，在本实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或processor(处理器)执行本实施例所述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。

因此，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有规划编队卫星条带拼接成像任务的程序，所述规划编队卫星条带拼接成像任务的程序被至少一个处理器执行时实现前述实施例中所述规划编队卫星条带拼接成像任务的方法的步骤。

基于上述规划编队卫星条带拼接成像任务的装置80，以及计算机存储介质，参见图9，其示出了本发明实施例提供的一种规划编队卫星条带拼接成像任务的装置80的具体硬件结构，可以包括：

存储器901和处理器902；各个组件通过总线系统903耦合在一起。可理解，总线系统903用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统903除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图9中将各种总线都标为总线系统903。其中，

存储器901，用于存储能够在处理器902上运行的计算机程序；

处理器902，用于在运行所述计算机程序时，执行以下步骤：

根据区域目标的边界点确定观测目标区域；

由编队卫星中各卫星的速度及位置信息获取在设定的观测任务时间内各卫星的飞行轨迹，并获取所述观测目标区域的边界点被观测所需的最小侧摆角及对应的观测时间；

按照设定的顺序将所述观测目标区域规划为多个观测条带，并从编队卫星确定各所述观测条带对应的观测卫星；

根据各所述观测条带边界对应侧摆角计算获得各所述观测条带内外边界曲线与所述观测目标区域边界的交点位置及对应观测时刻，并确定各所述观测条带对应的观测时长；

通过所述观测时刻各观测卫星的速度及位置信息及侧摆角计算获得各观测卫星观测点的经纬度。

可以理解，本发明实施例中的存储器901可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data RateSDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(DirectRambus RAM，DRRAM)。本文描述的系统和方法的存储器901旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

而处理器902可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器902中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器902可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器901，处理器902读取存储器901中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。

对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。

具体来说，处理器902还配置为运行所述计算机程序时，执行前述技术方案中所述的方法步骤，这里不再进行赘述。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种规划编队卫星条带拼接成像任务的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据区域目标的边界点确定观测目标区域；

由编队卫星中各卫星的速度及位置信息获取在设定的观测任务时间内各卫星的飞行轨迹，并获取所述观测目标区域的边界点被观测所需的最小侧摆角及对应的观测时间；

按照设定的顺序将所述观测目标区域规划为多个观测条带，并从编队卫星确定各所述观测条带对应的观测卫星；

根据各所述观测条带边界对应侧摆角计算获得各所述观测条带内外边界曲线与所述观测目标区域边界的交点位置及对应观测时刻，并确定各所述观测条带对应的观测时长；

通过所述观测时刻各观测卫星的速度及位置信息及侧摆角计算获得各观测卫星观测点的经纬度；

其中，所述从编队卫星确定各所述观测条带对应的观测卫星，包括：

在目标区域的最大侧摆角处，将所述编队卫星内的所有观测卫星按视场角由大到小进行排列；

按照排列后的观测卫星依次对观测条带进行规划：

若当前规划的观测卫星不满足针对当前最外部的未规划观测条带的约束条件，则针对当前规划的观测卫星的下一颗观测卫星对当前最外部的未规划观测条带进行规划；

若当前规划的观测卫星满足针对当前最外部的未规划观测条带的约束条件，则使用所述当前规划的观测卫星对所述当前最外部的未规划观测条带进行观测；

判断所述观测目标区域是否被已规划的观测条带覆盖：若是，则计算各已规划的观测卫星对应的侧摆角；否则，针对当前规划的观测卫星的下一颗观测卫星对剩余未规划观测条带中最外部的未规划观测条带进行规划；

所述通过所述观测时刻各观测卫星的速度及位置信息及侧摆角计算获得各观测卫星观测点的经纬度，包括：

由J2000.0坐标系下观测卫星S位置矢量OS转化至大地坐标系中，获得所述观测卫星S的大地经度、纬度和高度；其中，O表示地心，所述观测卫星的星下点P与所述观测卫星S的经度和纬度相同，且所述观测卫星的星下点P高度为零；

由大地坐标系下将所述观测卫星的星下点P的位置转化至J2000.0坐标系下，获得所述观测卫星的星下点P的位置矢量OP；

将所述观测卫星的星下点的位置矢量OP按照设定的旋转角β绕地心O进行旋转，获得旋转后的位置矢量OP₁与观测卫星S至目标点T的直线TS的相交点P₁；

在由观测卫星S、地心O以及所述相交点P₁所组成的三角形ΔSOP₁中，所述旋转角β满足

其中，γ为侧摆角；旋转角β的方向余弦矩阵为：

E₃为3×3单位阵，e为转轴方向单位矢量，e^×为e的叉乘矩阵，设定v为旋转OP到OP₁的转轴方向，有e＝v/||v||；

根据所述OP₁与地球椭球表面交于点T₁，则在大地坐标系下，T₁与P₁经纬度相同且高度为零，则获得T₁点经纬度即为目标点T经纬度的近似解。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据区域目标的边界点确定观测目标区域，包括：

利用多边形的顶点对所述目标区域进行描述，获得所述观测目标区域。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照设定的顺序将所述观测目标区域规划为多个观测条带，并从编队卫星确定各所述观测条带对应的观测卫星，包括：

计算各观测卫星的侧摆角γ；

根据设定的约束条件将所述观测目标区域按照距离所述编队卫星星下点轨迹的远近划分为多个顺序的观测条带；

由各所述观测卫星的侧摆角γ以及卫星视场角θ_fov计算各观测条带内外边界曲线对应侧摆角γ±θ_fov，以使相邻观测条带的边界曲线所对应侧摆角相等。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各所述观测条带边界对应侧摆角计算获得各所述观测条带内外边界曲线与所述观测目标区域边界的交点位置及对应观测时刻，并确定各所述观测条带对应的观测时长，包括：

根据各所述观测条带的边界曲线所对应侧摆角获取各所述观测条带内外边界曲线与所述观测目标区域边界的交点位置及对应观测时刻；

针对每条所述观测条带，比较交点对应的观测时刻，确定每条所述观测条带对应的观测卫星的观测任务起止时刻及每条所述观测条带对应的观测时长。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相应于所述T₁点经纬度与所述目标点T经纬度之差大于设定的阈值，则所述方法还包括：

将OT₁绕O点旋转角β₁，使OP₂与直线TS相交于点P₂，则在ΔSOP₂中获得旋转角β₁满足

根据矢量OP₂满足

将矢量OP₂转化到大地坐标系中获得OP₂与地面交点T₂的经纬度；其中，旋转角β₁的方向余弦矩阵为：

E₃为3×3单位阵，e为转轴方向单位矢量，e^×为e的叉乘矩阵，设定v为旋转OP₁到OP₂的转轴方向，有e＝v/||v||；

通过迭代获取前次得到的位置矢量OT_n绕地心O的旋转角β_n满足：

根据

对T点实际经纬度进行逐步逼近。

6.一种规划编队卫星条带拼接成像任务的装置，其特征在于，所述装置包括：确定部分、获取部分、规划部分、第一计算部分和第二计算部分；其中，

所述确定部分，配置为根据区域目标的边界点确定观测目标区域；

所述获取部分，配置为由编队卫星中各卫星的速度及位置信息获取在设定的观测任务时间内各卫星的飞行轨迹，并获取所述观测目标区域的边界点被观测所需的最小侧摆角及对应的观测时间；

所述规划部分，配置为按照设定的顺序将所述观测目标区域规划为多个观测条带，并从编队卫星确定各所述观测条带对应的观测卫星；

所述第一计算部分，配置为根据各所述观测条带边界对应侧摆角计算获得各所述观测条带内外边界曲线与所述观测目标区域边界的交点位置及对应观测时刻，并确定各所述观测条带对应的观测时长；

所述第二计算部分，配置为通过所述观测时刻各观测卫星的速度及位置信息及侧摆角计算获得各观测卫星观测点的经纬度；

其中，所述规划部分，配置为：

在目标区域的最大侧摆角处，将所述编队卫星内的所有观测卫星按视场角由大到小进行排列；

按照排列后的观测卫星依次对观测条带进行规划：

若当前规划的观测卫星不满足针对当前最外部的未规划观测条带的约束条件，则针对当前规划的观测卫星的下一颗观测卫星对当前最外部的未规划观测条带进行规划；

若当前规划的观测卫星满足针对当前最外部的未规划观测条带的约束条件，则使用所述当前规划的观测卫星对所述当前最外部的未规划观测条带进行观测；

判断所述观测目标区域是否被已规划的观测条带覆盖：若是，则计算各已规划的观测卫星对应的侧摆角；否则，针对当前规划的观测卫星的下一颗观测卫星对剩余未规划观测条带中最外部的未规划观测条带进行规划；

所述第二计算部分，配置为：

由J2000.0坐标系下观测卫星S位置矢量OS转化至大地坐标系中，获得所述观测卫星S的大地经度、纬度和高度；其中，O表示地心，所述观测卫星的星下点P与所述观测卫星S的经度和纬度相同，且所述观测卫星的星下点P高度为零；

由大地坐标系下将所述观测卫星的星下点P的位置转化至J2000.0坐标系下，获得所述观测卫星的星下点P的位置矢量OP；

将所述观测卫星的星下点的位置矢量OP按照设定的旋转角β绕地心O进行旋转，获得旋转后的位置矢量OP₁与观测卫星S至目标点T的直线TS的相交点P₁；

在由观测卫星S、地心O以及所述相交点P₁所组成的三角形ΔSOP₁中，所述旋转角β满足

其中，γ为侧摆角；旋转角β的方向余弦矩阵为：

E₃为3×3单位阵，e为转轴方向单位矢量，e^×为e的叉乘矩阵，设定v为旋转OP到OP₁的转轴方向，有e＝v/||v||；

根据所述OP₁与地球椭球表面交于点T₁，则在大地坐标系下，T₁与P₁经纬度相同且高度为零，则获得T₁点经纬度即为目标点T经纬度的近似解。

7.一种规划编队卫星条带拼接成像任务的装置，其特征在于，所述装置包括：存储器和处理器；其中，

所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；

所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行权利要求1至5任一项所述规划编队卫星条带拼接成像任务的方法的步骤。

8.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有规划编队卫星条带拼接成像任务的程序，所述规划编队卫星条带拼接成像任务的程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述规划编队卫星条带拼接成像任务的方法的步骤。

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