CN113962525A - 一种基于可配置准则的遥感卫星任务决策方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于可配置准则的遥感卫星任务决策方法，涉及卫星任务决策方法技术领域，为了突破所有场景筹划单一准则限制，提高卫星的使用效能。该方法包括：第一步：判断是否存在等待筹划的需求集合，若是，则进入第二步，若否，则结束；第二步：计算所述需求的可见窗口，引接卫星轨道数据和云量信息数据，利用卫星与目标的可见关系，获取待筹划需求1到Num的可见窗口集合；第三步：将存在卫星可见窗口的所述待筹划需求，按优先级从高到低进行排序；计算时间窗口等效值、分辨率等效值、侧摆角度等效值、气象影响度等效值、需求冲突值、需求优先级等效值，获取每个待筹划需求需要的观测窗口数。

Description

一种基于可配置准则的遥感卫星任务决策方法

技术领域

本发明涉及卫星任务决策方法技术领域，尤其涉及一种基于可配置准则的遥感卫星任务决策方法。

背景技术

卫星任务决策问题是解决观测需求能不能被满足、以及何时被满足的问题，是将需求落实到具体的观测资源和观测圈次，完成卫星任务分配，提供输入给任务规划和计划制定。

在单星单任务筹划时，该过程比较简单，进行卫星对观测目标的访问计算后，从中选择满足要求的观测圈次即可，但是在众多天基观测卫星对大量目标进行观测时，问题的复杂度大大提高，筹划策略不够优化，会出现对重点目标的观测安排不上或者安排频次不够，选用的观测资源和成像模式不符合需求要求，筹划方案中观测成像质量不是最优，非重点目标损失严重等问题。因此，针对不同的应用场景需要有针对性的、高效优化的筹划策略。

特定的航天观测任务背景带来特定的临时需求，不同的任务需求对观测时限、载荷类型、时间分辨率、空间分辨率、成像幅宽、区域覆盖度有不同的要求，因而，在进行多星多任务联合筹划时，需要面向不同的任务背景需求进行深度定制，根据不同任务的不同要求，基于多准则决策的任务筹划策略，生成多套任务筹划方案，最终进行综合决策。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于可配置准则的遥感卫星任务决策方法，包括以下步骤：

第一步：判断是否存在等待筹划的需求集合，若是，则进入第二步，若否，则结束；

第二步：计算所述需求的可见窗口，引接卫星轨道数据和云量信息数据，利用卫星与目标的可见关系，获取待筹划需求1到Num的可见窗口集合；

第三步：将存在卫星可见窗口的所述待筹划需求，按优先级从高到低进行排序，得到优先级顺序1到M的待筹划需求，其中，M≤Num；

第四步：计算时间窗口等效值T、分辨率等效值R、侧摆角度等效值L、气象影响度等效值W、需求冲突值C、需求优先级等效值P，获取每个待筹划需求需要的观测窗口数WN，所述WN为待筹划需求提交时任务要求的观测频次，若空缺，则默认为1；

其中，所述时间窗口等效值T满足关系：

T₂为需求结束时间,T₁为需求开始时间,T₃为卫星过境窗口实际开始时间，且满足T₂＞T₁，T₃＞T₁；

分辨率等效值R满足关系：

R₁为需求分辨率且满足R₁＞0，R₂为载荷最高分辨率且满足R₂＞0；

侧摆角度等效值L满足关系：

LA为卫星侧摆角；

气象影响度等效值W满足关系：

CL为云量等级，且取值为从0到10的整数，S为载荷代号，当载荷为SAR时S取1，当载荷为光学时S取2；

需求冲突值C满足线性关系：

冲突任务个数CTRW为大于等于0的整数；

需求优先级等效值P满足如关系：

P₁为大于1的整数；

第五步：根据任务场景选取筹划准则；

第六步：从所述需求1到需求M，对每个需求对应可见卫星的综合观测值TW进行排序，排除与已安排任务冲突的需求，选择分值高排名靠前的WN个可见窗口作为观测执行任务，不够WN个则全选，作为对应需求的观测执行任务。

其中，所述等待筹划的需求集合指代等待筹划的任务，在进入第二步之前，将等待筹划的需求集合聚合生成任务集，将所述任务集带入执行求解。

优选地，所述第二步包括：引接卫星轨道根数，采用SGP4模型计算卫星的卫星轨道,即卫星的实时位置和速度，遍历计算得到待筹划需求i到需求Num的可见窗口集合；引接外部气象数据，结合需求坐标信息以及可见窗口时间，得到待筹划需求i到需求Num的可见窗口集合对应的气象值窗口。

其中，所述第五步之后、第六步之前还包括：

引接选取的所述筹划准则，根据配置的筹划准则，计算得到时间窗口等效值T的权重系数α₁、分辨率等效值R的权重系数α₂、侧摆角度等效值L的权重系数α₃、气象影响度等效值W的权重系数α₄、需求冲突值C的权重系数α₅和需求优先级等效值P的权重系数α₆，以及每个需求需要的观测窗口数WN。

优选地，α₁、α₂、α₃、α₄、α₅和α₆基于多星观测能力统筹策略的筹划准则确定，需满足α₁+α₂+α₃+α₄+α₅+α₆＝1。

其中，所述可见窗口集合包括：需求、可见卫星和观测时间。

优选地，所述第三步中的所述优先级介于1到999之间的整数。

其中，所述第五步包括：查询原有筹划准则，当存在冲突卫星可见窗口时，调整α₅，依次计算需求1到需求M与每颗可见卫星的综合观测值TW，TW＝α₁*T+α₂*R+α₃*L+α₄*W+α₅*C+α₆*P。

利用本发明实施例提供的基于可配置准则的遥感卫星任务决策方法，可根据选取的配置准则，参考实际卫星被安排任务的多少，卫星载荷分辨率的大小，时间窗口的早晚等要求，动态调整筹划准则配置的权重系数，突破所有场景筹划单一准则限制，提高卫星的使用效能。本发明方法中筹划准则等均可根据实际使用情况进行设置，具有良好的通用性。本发明方法适用于基于多准则决策的卫星任务，具有较强的通用性。并且特别适用于可见窗口数量密集型观测目标，具有良好的决策结果改进效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种提出的一种基于可配置准则的遥感卫星任务决策方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。

本发明实施例提供的一种基于可配置准则的遥感卫星任务决策方法，包括：

第一步：开始检验是否存在等待筹划的需求集合，若存在则将该需求集合带入执行求解，进入下一步，若不存在则结束；

通常可以认为，已有的规划结果是符合约束条件的，在后续选择可见窗口时需要判断是否与已有的规划结果冲突。开始检验是否存等待筹划的任务，若存在，则将任务聚合生成任务集，将该任务集带入执行求解，若不存在则求解结束；

第二步：引接卫星轨道数据和云量信息数据计算，利用卫星与目标的可见关系获取待筹划需求1到需求Num的可见窗口集合，可见窗口集合包含一系列{需求i，可见卫星，观测时间}，其中Num为需求总数量。

引接卫星轨道根数，采用SGP4模型(Simplified General Perturbation Version4，通用的轨道计算模型)计算卫星的卫星轨道,即卫星的实时位置和速度，遍历计算得到待筹划需求i到需求Num的可见窗口集合。引接外部气象数据，结合需求坐标信息以及可见窗口时间，得到待筹划需求i到需求Num的可见窗口集合对应的气象值窗口作为后续求解步骤的输入；

第三步：将存在卫星可见窗口的待筹划需求，按优先级从高到低进行排序(优先级介于1～999之间的整数，数字越小优先级越高)，排序后，待筹划需求按照优先级顺序定义为需求1到需求M(M≤Num)；作为后续求解步骤的输入；

第四步：计算时间窗口等效值T、分辨率等效值R、侧摆角度等效值L、气象影响度等效值W、需求冲突值C、需求优先级等效值P，获取每个需求需要的观测窗口数WN(WN为需求提交时任务要求的观测频次，若空缺，则默认为1)，作为后续求解步骤的输入；

其中，时间窗口等效值T满足关系：

需求结束时间T₂,需求开始时间T₁,卫星过境窗口实际开始时间T₃，且满足T₂＞T₁，T₃＞T₁；

分辨率等效值R满足关系：

R1为需求分辨率且满足R1＞0，R2为载荷最高分辨率且满足，R₂＞0；

侧摆角度等效值L满足关系：

LA为卫星侧摆角。

气象影响度等效值W主要考虑云量信息的影响，其满足关系：

CL为云量等级，且取值为从0到10的整数。S为载荷代号，当载荷为SAR时S取1，当载荷为光学时S取2；

需求冲突值C满足线性关系：

冲突任务个数CTRW为大于等于0的整数；

需求优先级等效值P满足如关系：

P₁为大于1的整数。

每个需求需要的观测窗口数WN为需求提交时任务要求的观测频次。

引接选取的筹划准则，根据配置的筹划准则计算得到时间窗口等效值T的权重系数α₁、分辨率等效值R的权重系数α₂、侧摆角度等效值L的权重系数α₃、气象影响度等效值W的权重系数α₄、需求冲突值C的权重系数α₅和需求优先级等效值P的权重系数α₆，以及每个需求需要的观测窗口数WN，作为后续求解步骤的输入；

第五步：查询原有筹划方案里可能涉及的冲突窗口，调整α₅，依次计算需求1到需求M与每颗可见卫星的综合观测值TW，TW＝α₁*T+α₂*R+α₃*L+α₄*W+α₅*C+α₆*P，作为后续求解步骤的输入；根据任务场景选取筹划准则，如针对泥石流等自然灾害，注重卫星观测的时效性，应选取任务时效性优先策略。综合筹划准则通过时间窗口等效值T的权重系数α₁、分辨率等效值R的权重系数α₂、侧摆角度等效值L的权重系数α₃、气象影响度等效值W的权重系数α₄、需求冲突值C的权重系数α₅和需求优先级等效值P的权重系数α₆决定，作为后续求解步骤的输入；

α₁、α₂、α₃、α₄、α₅和α₆基于多星观测能力统筹策略的筹划准则确定，需满足α₁+α₂+α₃+α₄+α₅+α₆＝1，例如可定义α₁＝0.2,α₂＝0.2,α₃＝0,α₄＝0.2,α₅＝0.2,α₆＝0.2。

	α<sub>1</sub>	α<sub>2</sub>	α<sub>3</sub>	α<sub>4</sub>	α<sub>5</sub>	α<sub>6</sub>	备注
								基于多星观测能力统筹策略	0.2	0.2	0.1	0.1	0.2	0.2
任务时效性优先策略	0.6	0	0	0	0.2	0.2
								成像质量优先策略	0.1	0.1	0.3	0.3	0.1	0.1
成像有效优先	0.1	0.3	0.3	0.2	0	0.1
								需求满足度优先	0.2	0	0.2	0	0.4	0.2
需求优先级优先	0.2	0	0	0	0.2	0.6

第六步：从需求1到需求M，对每个需求对应可见卫星的综合观测值TW进行排序，每个需求在排除与已安排任务冲突的情况下选择分值高排名靠前的WN个可见窗口作为观测执行任务，不够WN个则全选，作为对应需求的观测执行任务。

将对应需求、可见卫星、观测时间按照相对应的综合观测值进行排序，综合观测值越高，排名越靠前，得到一系列{需求，可见卫星，观测时间，综合观测值}的有序集合U。按照排名从高到低进行选择，若符合以下条件则进入需求观测执行任务集合R，否则进入不执行任务集合NR:①需求i进入集合R的观测执行任务数＜WN，若≥WN，则将其置入NR；②可见卫星的观测时间与集合R中同一卫星的观测时间不存在冲突，若冲突，则将其置入NR。任务集合R为输出结果。

在第四步中，根据配置的筹划准则计算各个参数的权重系数，比如选取基于多星观测能力统筹策略，可定义T＝3，α₁＝0.2,α₂＝0.2,α₃＝0,α₄＝0.2，α₅＝0.2,α₆＝0.2,必须满足α₁+α₂+α₃+α₄+α₅+α₆＝1。

利用上述基于可配置筹划准则的动态任务决策方法，如图1所示，可根据选取的配置准则，参考实际卫星被安排任务的多少，卫星载荷分辨率的大小，时间窗口的早晚等要求，动态调整筹划准则配置的权重系数，突破所有场景筹划单一准则限制，提高卫星的使用效能。

本发明方法中筹划准则等均可根据实际使用情况进行设置，具有良好的通用性。本发明方法适用于基于多准则决策的卫星任务，具有较强的通用性。并且特别适用于可见窗口数量密集型观测目标，具有良好的决策结果改进效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明实施例内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统、装置或终端权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于可配置准则的遥感卫星任务决策方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：判断是否存在等待筹划的需求集合，若是，则进入第二步，若否，则结束；

第二步：计算所述需求的可见窗口，引接卫星轨道数据和云量信息数据，利用卫星与目标的可见关系，获取待筹划需求1到Num的可见窗口集合；

第三步：将存在卫星可见窗口的所述待筹划需求，按优先级从高到低进行排序，得到优先级顺序1到M的待筹划需求，其中，M≤Num；

第四步：计算时间窗口等效值T、分辨率等效值R、侧摆角度等效值L、气象影响度等效值W、需求冲突值C、需求优先级等效值P，获取每个待筹划需求需要的观测窗口数WN，所述WN为待筹划需求提交时任务要求的观测频次，若空缺，则默认为1；

其中，所述时间窗口等效值T满足关系：

T₂为需求结束时间,T₁为需求开始时间,T₃为卫星过境窗口实际开始时间，且满足T₂＞T₁，T₃＞T₁；

分辨率等效值R满足关系：

R₁为需求分辨率且满足R₁＞0，R₂为载荷最高分辨率且满足R₂＞0；

侧摆角度等效值L满足关系：

LA为卫星侧摆角；

气象影响度等效值W满足关系：

CL为云量等级，且取值为从0到10的整数，S为载荷代号，当载荷为SAR时S取1，当载荷为光学时S取2；

需求冲突值C满足线性关系：

冲突任务个数CTRW为大于等于0的整数；

需求优先级等效值P满足如关系：

P₁为大于1的整数；

第五步：根据任务场景选取筹划准则；

第六步：从所述需求1到需求M，对每个需求对应可见卫星的综合观测值TW进行排序，排除与已安排任务冲突的需求，选择分值高排名靠前的WN个可见窗口作为观测执行任务，不够WN个则全选，作为对应需求的观测执行任务。

2.根据权利要求1所述的基于可配置准则的遥感卫星任务决策方法，其特征在于，所述等待筹划的需求集合指代等待筹划的任务，在进入第二步之前，将等待筹划的需求集合聚合生成任务集，将所述任务集带入执行求解。

3.根据权利要求2所述的基于可配置准则的遥感卫星任务决策方法，其特征在于，所述第二步包括：引接卫星轨道根数，采用SGP4模型计算卫星的卫星轨道,即卫星的实时位置和速度，遍历计算得到待筹划需求i到需求Num的可见窗口集合；引接外部气象数据，结合需求坐标信息以及可见窗口时间，得到待筹划需求i到需求Num的可见窗口集合对应的气象值窗口。

4.根据权利要求3所述的基于可配置准则的遥感卫星任务决策方法，其特征在于，所述第五步之后、第六步之前还包括：

引接选取的所述筹划准则，根据配置的筹划准则，计算得到时间窗口等效值T的权重系数α₁、分辨率等效值R的权重系数α₂、侧摆角度等效值L的权重系数α₃、气象影响度等效值W的权重系数α₄、需求冲突值C的权重系数α₅和需求优先级等效值P的权重系数α₆，以及每个需求需要的观测窗口数WN。

5.根据权利要求4所述的基于可配置准则的遥感卫星任务决策方法，其特征在于，α₁、α₂、α₃、α₄、α₅和α₆基于多星观测能力统筹策略的筹划准则确定，需满足α₁+α₂+α₃+α₄+α₅+α₆＝1。

6.根据权利要求1所述的基于可配置准则的遥感卫星任务决策方法，其特征在于，所述可见窗口集合包括：需求、可见卫星和观测时间。

7.根据权利要求1所述的基于可配置准则的遥感卫星任务决策方法，其特征在于，所述第三步中的所述优先级介于1到999之间的整数。

8.根据权利要求1所述的基于可配置准则的遥感卫星任务决策方法，其特征在于，所述第五步包括：查询原有筹划准则，当存在冲突卫星可见窗口时，调整α₅，依次计算需求1到需求M与每颗可见卫星的综合观测值TW，TW＝α₁*T+α₂*R+α₃*L+α₄*W+α₅*C+α₆*P。

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