CN113190911B - 一种区域多目标卫星探测仿真方法及系统 - Google Patents

一种区域多目标卫星探测仿真方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种区域多目标卫星探测仿真方法及系统，包括：步骤M1：根据目标是否在载荷视场内，计算区域内多目标的访问窗口时间；步骤M2：基于获取的区域内多目标的访问窗口时间，对区域内多目标进行先到先得的探测动作时序；步骤M3：对区域多目标的探测动作时序进行卫星设计约束检查；步骤M4：基于卫星设计约束检查优化多目标探测动作时序。本发明可以有效地仿真区域多目标的探测能力，解决卫星载荷视场、工作模式和区域多目标探测能力的匹配问题。

Description

一种区域多目标卫星探测仿真方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星地面站应用领域，具体地，涉及一种区域多目标卫星探测仿真方法及系统。
背景技术
传统的成像卫星具备对稀疏目标进行探测的能力，现代态势感知对区域多目标要求越来越高，要求卫星一次过境，对区域的多个目标能够尽可能多的进行探测，对于卫星的要求越来越高，结合卫星的载荷视场、工作模式等，对区域的多个目标探测能力的真实能力需要进行深入迭代，通过多轮迭代确定卫星载荷视场、工作模式、卫星状态和区域多目标探测能力的匹配关系，尽可能受理和执行更多的卫星对多个目标观测需求。本发明采用先到先得的原则，提出一种论证区域多目标的探测能力仿真方法，通过多轮迭代确定卫星载荷视场、工作模式和区域多目标探测能力的匹配关系。
专利“基于地面目标点位置的卫星姿态角的计算方法”（专利号：CN106197434A）介绍了一种根据地面目标点与在轨卫星的相对位置，计算卫星对目标点观测时卫星姿态旋转角的方法。该方法的对地观测计算局限于整星层面，没有考虑成像机构的具体参数，本发明优势在于考虑了成像载荷在星上的安装位置和误差，以及载荷的视场和对应的工作模式，对地面目标点的可见性仿真计算更接近实际情况，实用价值更强。
专利“遥感卫星地面站多目标优化调度方法及系统”（专利号：CN107909207A）介绍了一种包含五级筛选流程的多目标调度方法，通过分层和加权等方法，对地面站资源进行评估和均衡，实现多任务的调度过程。该方法的任务调度规则复杂，一次性对一段时间内的所有任务进行规划，动态性差且算法复杂，本发明的优势在于实时对多目标探测任务进行调度，即可结合时间步进和卫星状态变化不断快速调度新的目标探测任务，动态性和实时性更强，更适用于卫星对地面多目标的连续快速探测过程。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种区域多目标卫星探测仿真方法及系统。
根据本发明提供的一种区域多目标卫星探测仿真方法，包括：
步骤M1：根据目标是否在载荷视场内，计算区域内多目标的访问窗口时间；
步骤M2：基于获取的区域内多目标的访问窗口时间，对区域内多目标进行先到先得的探测动作时序；
步骤M3：对区域多目标的探测动作时序进行卫星设计约束检查，形成对探测动作时序的校验；
步骤M4：根据对探测动作时序的校验优化多目标探测动作时序，缩减区域多目标的观测次数。
优选地，所述步骤M1包括：
对区域的每一个目标进行目标地理经纬度转化到地固坐标系位置，根据当前在地固坐标系下卫星的轨道参数，获取目标与卫星的距离矢量在地固坐标系下的分量，结合当前时刻、载荷安装矩阵，计算地固坐标系转化到载荷坐标系下的矩阵，通过矩阵转换，获取目标与卫星的距离矢量在载荷坐标系下的分量，结合载荷的视场，判断目标是否在载荷视场内，计算出目标的访问时间窗口。
优选地，所述步骤M2包括：基于获取的区域内多目标的访问窗口时间，通过先到先得的原则，依次对多目标进行探测，直至所有的目标都出了载荷视场，形成区域多目标的探测动作时序。
优选地，所述步骤M3包括：对区域多目标的探测动作时序进行卫星设计约束检查，包括卫星能源检查和卫星固存检查。
优选地，所述步骤M4包括：优化多目标检测动作时序，当卫星设计约束检查不通过时，则从后向前删除目标时序，直至满足卫星设计约束检查。
根据本发明提供的一种区域多目标卫星探测仿真系统，包括：
模块M1：根据目标是否在载荷视场内，计算区域内多目标的访问窗口时间；
模块M2：基于获取的区域内多目标的访问窗口时间，对区域内多目标进行先到先得的探测动作时序；
模块M3：对区域多目标的探测动作时序进行卫星设计约束检查，形成对探测动作时序的校验；
模块M4：根据对探测动作时序的校验优化多目标探测动作时序，缩减区域多目标的观测次数。
优选地，所述模块M1包括：
对区域的每一个目标进行目标地理经纬度转化到地固坐标系位置，根据当前在地固坐标系下卫星的轨道参数，获取目标与卫星的距离矢量在地固坐标系下的分量，结合当前时刻、载荷安装矩阵，计算地固坐标系转化到载荷坐标系下的矩阵，通过矩阵转换，获取目标与卫星的距离矢量在载荷坐标系下的分量，结合载荷的视场，判断目标是否在载荷视场内，计算出目标的访问时间窗口。
优选地，所述模块M2包括：基于获取的区域内多目标的访问窗口时间，通过先到先得的原则，依次对多目标进行探测，直至所有的目标都出了载荷视场，形成区域多目标的探测动作时序。
优选地，所述模块M3包括：对区域多目标的探测动作时序进行卫星设计约束检查，包括卫星能源检查和卫星固存检查。
优选地，所述模块M4包括：优化多目标检测动作时序，当卫星设计约束检查不通过时，则从后向前删除目标时序，直至满足卫星设计约束检查
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明可以有效地仿真区域多目标的探测能力，解决卫星载荷视场、工作模式和区域多目标探测能力的匹配问题。
2、本发明可以有效地判断卫星能源的消耗和卫星固存的检查，可以一段时间内的任务进行动态规划，并进行检验和校对，反馈修正，适用性更广。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是一种区域多目标卫星探测仿真方法的流程示意图。
图2是目标访问时间窗口计算的流程示意图。
图3是对多目标采用先到先得原则获取探测动作时序的流程示意图。
图4是卫星对地表多目标的观测示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
传统的成像卫星具备对稀疏目标进行探测的能力，现代态势感知对区域多目标要求越来越高，要求卫星一次过境，对区域的多个目标能够尽可能多的进行探测。这需要结合卫星的载荷视场、工作模式、区域目标分布等，对区域的多个目标探测能力的真实能力需要进行深入迭代，通过多轮迭代确定卫星载荷视场、工作模式、卫星状态和区域多目标探测能力的匹配关系，尽可能受理和执行更多的卫星对多个目标观测需求。为了解决卫星载荷视场、工作模式和区域多目标探测能力的匹配问题，本发明的目的在于提出一种区域多目标的探测能力仿真方法。
根据本发明提供的一种区域多目标卫星探测仿真方法，如图1-4所示，包括：
步骤M1：根据目标是否在载荷视场内，计算区域内多目标的访问窗口时间；
步骤M2：基于获取的区域内多目标的访问窗口时间，对区域内多目标进行先到先得的探测动作时序；
步骤M3：对区域多目标的探测动作时序进行卫星设计约束检查，形成对探测动作时序的校验；
步骤M4：根据对探测动作时序的校验优化多目标探测动作时序，缩减区域多目标的观测次数。
具体地，所述步骤M1包括：
对区域的每一个目标进行目标地理经纬度转化到地固坐标系位置，根据当前在地固坐标系下卫星的轨道参数，获取目标与卫星的距离矢量在地固坐标系下的分量，结合当前时刻、载荷安装矩阵，计算地固坐标系转化到载荷坐标系下的矩阵，通过矩阵转换，获取目标与卫星的距离矢量在载荷坐标系下的分量，结合载荷的视场，判断目标是否在载荷视场内，计算出目标的访问时间窗口。
具体地，所述步骤M2包括：基于获取的区域内多目标的访问窗口时间，通过先到先得的原则，对第一个目标进行探测，结合探测时间、探测调整间隔，对下一个排在最前面的目标进行探测，往返循环，直至所有的目标都出了载荷视场，形成区域多目标的探测动作时序。
具体地，所述步骤M3包括：对区域多目标的探测动作时序进行卫星设计约束检查，包括卫星能源检查和卫星固存检查。
具体地，所述步骤M4包括：优化多目标检测动作时序，当卫星设计约束检查不通过时，则从后向前删除目标时序，直至满足卫星设计约束检查。
本发明涉及到卫星对区域中多目标的探测能力仿真，对于多个目标的探测能力体现在一次过境，多个目标的任务调度规划，本发明采用先到先得的原则，仿真论证区域多目标的探测能力，属于卫星设计方案论证。
本发明提供的一种区域多目标卫星探测仿真方法，具体的先后和逻辑关系如下：
为了解决星上自主计算目标观测的过境时刻，触发目标观测的任务的问题，本发明的目的在于提出一种多目标卫星探测仿真方法，利用本发明，可以有效地解决卫星载荷视场、工作模式和区域多目标探测能力的匹配问题，保证卫星对区域多目标的观测能力。
根据本发明提供的一种区域多目标卫星探测仿真方法，包括如下步骤：
步骤S110：进行访问计算获取区域内多目标访问时间窗口；
步骤S120：对多目标采用先到先得原则获取探测动作时序；
步骤S130：对探测动作序列进行卫星设计约束检查；
步骤S140：优化多目标探测动作时序；
具体地，在所述步骤S110中：
参考图2，在S111中，在计算目标地理位置时，考虑地球椭球面模型，计算得出目标在地固系下的位置矢量；
具体地，在所述步骤S112中：
根据卫星的轨道位置，获取卫星的地固系下的位置矢量，对目标和卫星进行矢量作差获得卫星至目标的距离矢量。
具体地，在所述步骤S113中：
根据卫星轨道参数，时刻信息，计算地固系至卫星载荷坐标系的转化矩阵，计算出在卫星载荷坐标系下的目标至卫星的矢量方向，计算出方位角和距离角；
具体地，在所述步骤S114中：
根据方位角和距离角，判断目标是否在载荷视场范围内，判断目标是否访问可见。
通过S111~S114后，可以获得区域内多目标访问时间窗口。
具体地，如图3所示，在所述步骤S120中：
具体地，在所述步骤S121中：
对区域多目标访问窗口队列，选择时间最前端的目标，编排探测动作时序。
具体地，在所述步骤S122中：
在上一个目标动作时序结束后，结合工作模式和切换等待时间，重新选择下一个最前端目标的动作时序，循环往复，直至区域多目标访问窗口队列时间结束。
具体地，在所述步骤S130中：
对探测动作时序进行卫星设计约束检查，包括卫星能源检查、卫星固存检查等。
具体地，在所述步骤S140中：
优化多目标探测动作时序，在卫星能源和固存检查发现不够时，从后向前删除目标时序，直至满足卫星能源和固存要求。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种区域多目标卫星探测仿真方法，其特征在于，包括：
步骤M1：根据目标是否在载荷视场内，计算区域内多目标的访问窗口时间；
步骤M2：基于获取的区域内多目标的访问窗口时间，对区域内多目标进行先到先得的探测动作时序；
步骤M3：对区域多目标的探测动作时序进行卫星设计约束检查，形成对探测动作时序的校验；
步骤M4：根据对探测动作时序的校验优化多目标探测动作时序，缩减区域多目标的观测次数；
所述步骤M4包括：优化多目标检测动作时序，当卫星设计约束检查不通过时，则从后向前删除目标时序，直至满足卫星设计约束检查；
所述步骤M1包括：
对区域的每一个目标进行目标地理经纬度转化到地固坐标系位置，计算得出目标在地固系下的位置矢量，
根据当前在地固坐标系下卫星的轨道参数，对目标和卫星进行矢量作差获取目标与卫星的距离矢量在地固坐标系下的分量，结合当前时刻、载荷安装矩阵，计算地固坐标系转化到载荷坐标系下的矩阵，通过矩阵转换，获取目标与卫星的距离矢量在载荷坐标系下的分量，计算出方位角和距离角；结合载荷的视场，判断目标是否在载荷视场内，计算出目标的访问时间窗口；
所述步骤M2包括：基于获取的区域内多目标的访问窗口时间，对区域多目标访问窗口队列，选择时间最前端的目标，编排探测动作时序，通过先到先得的原则，依次对多目标进行探测，直至所有的目标都出了载荷视场，形成区域多目标的探测动作时序；所述先到先得原则为：在上一个目标动作时序结束后，结合工作模式和切换等待时间，重新选择下一个最前端目标的动作时序，循环往复，直至区域多目标访问窗口队列时间结束。
2.根据权利要求1所述的区域多目标卫星探测仿真方法，其特征在于，所述步骤M3包括：对区域多目标的探测动作时序进行卫星设计约束检查，包括卫星能源检查和卫星固存检查。
3.一种区域多目标卫星探测仿真系统，其特征在于，包括：
模块M1：根据目标是否在载荷视场内，计算区域内多目标的访问窗口时间；
模块M2：基于获取的区域内多目标的访问窗口时间，对区域内多目标进行先到先得的探测动作时序；
模块M3：对区域多目标的探测动作时序进行卫星设计约束检查，形成对探测动作时序的校验；
模块M4：根据对探测动作时序的校验优化多目标探测动作时序，缩减区域多目标的观测次数；
所述模块M4包括：优化多目标检测动作时序，当卫星设计约束检查不通过时，则从后向前删除目标时序，直至满足卫星设计约束检查；
所述模块M1包括：
对区域的每一个目标进行目标地理经纬度转化到地固坐标系位置，计算得出目标在地固系下的位置矢量，
根据当前在地固坐标系下卫星的轨道参数，对目标和卫星进行矢量作差获取目标与卫星的距离矢量在地固坐标系下的分量，结合当前时刻、载荷安装矩阵，计算地固坐标系转化到载荷坐标系下的矩阵，通过矩阵转换，获取目标与卫星的距离矢量在载荷坐标系下的分量，计算出方位角和距离角；结合载荷的视场，判断目标是否在载荷视场内，计算出目标的访问时间窗口；
所述模块M2包括：基于获取的区域内多目标的访问窗口时间，对区域多目标访问窗口队列，选择时间最前端的目标，编排探测动作时序，通过先到先得的原则，依次对多目标进行探测，直至所有的目标都出了载荷视场，形成区域多目标的探测动作时序；所述先到先得原则为：在上一个目标动作时序结束后，结合工作模式和切换等待时间，重新选择下一个最前端目标的动作时序，循环往复，直至区域多目标访问窗口队列时间结束。
4.根据权利要求3所述的区域多目标卫星探测仿真系统，其特征在于，所述模块M3包括：对区域多目标的探测动作时序进行卫星设计约束检查，包括卫星能源检查和卫星固存检查。
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