CN116224386A - 运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法，高轨遥感卫星发现运动目标并保持跟踪监视，通过星上信息处理自主检测目标并计算目标当前位置、速度、方向、最短边长尺寸及对应时刻作为协同观测任务引导信息；地面系统预先向高轨遥感卫星上注协同观测条件要求和中低轨遥感卫星备选星源信息；高轨遥感卫星基于所述中低轨遥感卫星备选星源信息以及高轨遥感卫星自身在轨运行状态和成像性能参数，计算并判断所有中低轨遥感卫星备选星源对运动目标进行观测时的成像能力和目标识别能力；进而高轨遥感卫星筛选出预估成像能力和目标识别能力满足协同观测条件要求的备选星源，作为参与协同观测的中低轨遥感卫星第一轮筛选后备选星源。

Description

运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法

技术领域

本发明涉及一种运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法，适用于高轨遥感卫星与中低轨遥感卫星基于星间自主协同能力，实现小型运动目标发现、识别与跟踪观测任务的场景。

背景技术

运动目标，例如海上航行船只、地面移动车辆等具有尺寸相对较小、位置不固定、运动范围大等特点，对其观测需要同时满足广域搜索发现、精准有效识别、持续动态跟踪的要求。遥感卫星对地观测是获取目标特性和动向信息的重要手段，特别是在远海、远距离区域通常是主要的甚至往往是唯一的有效观测手段。

遥感卫星按轨道可分为高轨、中轨和低轨遥感卫星。此处的高轨和中低轨遥感卫星，主要指可用于小型运动目标发现跟踪识别观测任务的遥感卫星；重点观测的目标为陆海地表分布的小型运动目标，例如：海上航行船只、地面移动车辆等；此处的小型通常指目标自身最大尺寸与高轨遥感卫星成像空间分辨率相比，在其1-3倍之间，若采用目标发现、识别、确认能力判决的约翰逊准则作为判据，则一般情况下满足高轨遥感卫星目标发现、但不满足目标识别和确认对空间分辨率的要求。

高轨遥感卫星通常运行在高度20000千米以上的轨道，典型轨道为地球静止轨道、高度35786千米、卫星相对地表近似静止不变；高轨遥感卫星可通过整星姿态机动、传感器载荷观测指向调整及传感器自身观测视场相结合，与中低轨遥感卫星相比具有较高的时间分辨率，对地球陆海地表广阔区域的目标大范围成像、长时间监视，从而搜索发现陆海运动目标，但空间分辨率因距离地球较远而较低，通常只能做到小型运动目标的发现、以及发现后的运动轨迹持续跟踪，但无法实现对目标类型、属性的识别与确认。例如：高分四号卫星是地球静止轨道光学成像监视卫星，可实现对我国国土及周边陆海地表大范围、长时间的运动目标搜素发现和跟踪监视，但其空间分辨率为可见光50米，对于长度50米以上、150米以下的海上运动船只，高分四号卫星可以发现目标但无法识别目标类型、确认目标型号和属性。

中低轨遥感卫星通常运行在高度200千米以上、200000千米以下的轨道，其中通常以2000千米高度为界，以下为低轨卫星、以上为中轨卫星；并可按搭载的传感器载荷类型分为光学成像遥感卫星、微波成像遥感卫星及其它类型载荷遥感卫星：光学成像遥感卫星通常搭载可见光、红外或其它谱段的光学相机载荷，可获取目标光学图像，可获取目标的直观形态和纹理特征，目标解译能力较强，但是在云覆盖等恶劣天气下往往无法对陆海地面成像；微波成像遥感卫星通常搭载合成孔径雷达(SAR)或其它手段的微波成像及探测载荷，可获取目标微波图像，对大气中的云层、降水穿透能力较强，具有较好的全天候特别是恶劣天气下成像能力；中低轨遥感卫星因距离地球相对较近，从而空间分辨率较高，与高轨遥感卫星相比对小型目标的识别确认能力较强，但对同一区域的目标相邻两次重访观测的时间间隔较长、单次观测持续时间较短，难以满足运动目标持续监视并跟踪其轨迹位置变化的需要。例如：高分多模卫星运行于高度643.8千米的太阳同步圆轨道，搭载可见光全色及多光谱谱段光学相机载荷，具有全色谱段0.5米及多光谱谱段2米的空间分辨率；高分三号卫星运行于755千米高度的太阳同步轨道，搭载C波段SAR成像载荷，具有最高1米的空间分辨率；两者均可较好地实现对小型海上运动船只、地面移动车辆等小型运动目标的识别确认能力，但其对同一区域目标平均重访时间长达1-2天、单次对目标访问成像时长最长仅为分钟级，难以实现对运动目标动态轨迹的长时间持续跟踪。

为解决高轨遥感卫星与中低轨遥感卫星在时间分辨率与空间分辨率上的矛盾，满足小型运动目标观测需在同一观测任务中共同满足广域搜索发现、精细识别确认、持续跟踪监视的需要，构建高轨与中低轨遥感卫星协同运用的网络化天基感知体系；在该天基感知体系中，高轨遥感卫星作为广域搜索、持续监视节点，中低轨遥感卫星作为精准识别、有效确认终端，通过协同观测发挥各自优势、弥补各自不足，实现单星、单一手段难以达到的小型运动目标发现识别跟踪应用能力。

针对高轨遥感卫星与中低轨遥感卫星的协同观测运用，可采用地面协同或卫星自主协同两种方式。

地面协同是指卫星仅作为传感器成像探测手段获取观测数据，观测前的任务规划、多星资源调度，观测后的成像数据处理、目标感知应用均在地面完成，这种方式对卫星通常不额外提出特殊技术要求，但完全依赖地面任务规划和数据处理存在信息流转环节多、任务响应闭环周期长、针对突发应急运动目标观测灵活性不足等固有缺陷。

卫星自主协同是指在参与协同观测的高轨和中低轨遥感卫星均具有星间链路信息传输、星上自主任务规划、星上目标检测处理等一定自主化能力的前提下，以高轨遥感卫星作为天基感知体系的网络信息节点、多星协同任务规划中枢和多源信息综合处理中枢，以中低轨遥感卫星作为天基感知体系的目标识别确认终端，多颗卫星及卫星之间自主规划、调度、控制卫星按一定逻辑、时序和策略分别成像，并对不同卫星获取的图像在星上自主进行目标检测、识别与跟踪信息处理，通过目标感知多源信息的综合应用实现对小型运动目标的发现、识别和跟踪，与地面协同相比具有信息流转高效、任务响应迅速、突发应急运动目标观测灵活多变等显著优势，是遥感卫星自主化智能化发展和星地一体化好用易用能力提升的重要发展方向。

近年来，相关研究机构和人员在遥感卫星多星协同观测方面开展了较多的研究，但迄今为止发布的专利主要集中在多星协同任务规划算法、模型及多源信息融合处理等方面，且基本上属于低轨遥感卫星之间的协同观测领域，尚未检索到高轨与中低轨遥感卫星协同观测方面的专利成果，也没有检索到适用于高轨遥感卫星跟踪运动目标后、自主提取目标特征信息并在此基础上按一定规则和策略选取拟引导的用于目标识别的中低轨卫星的选星方法方面的专利成果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法。

本发明通过以下技术方案实现。

一种运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法，包括如下步骤：

步骤一、高轨遥感卫星发现运动目标并保持跟踪监视，通过星上信息处理自主检测目标并计算目标当前位置、速度、方向、最短边长尺寸及对应时刻，作为协同观测任务引导信息；

步骤二、地面系统预先向高轨遥感卫星上注协同观测条件要求和中低轨遥感卫星备选星源信息；高轨遥感卫星基于所述中低轨遥感卫星备选星源信息以及高轨遥感卫星自身在轨运行状态和成像性能参数，计算并判断所有中低轨遥感卫星备选星源对运动目标进行观测时的成像能力和目标识别能力；进而高轨遥感卫星筛选出预估成像能力和目标识别能力满足协同观测条件要求的备选星源，作为参与协同观测的中低轨遥感卫星第一轮筛选后备选星源。

步骤三、高轨遥感卫星针对所述第一轮筛选后备选星源，基于各中低轨遥感卫星初始轨道根数以及目标位置和速度、方向运动参数，预报各中低轨遥感卫星对目标过境观测的轨道弧段和对应时间范围；进而计算各中低轨遥感卫星在各个轨道弧段对目标的应用能力指标，筛选出满足协同观测条件要求的中低轨遥感卫星及其轨道弧段和对应时间范围，作为参与协同观测的中低轨遥感卫星第二轮筛选后备选星源及其备选时间窗口；

步骤四、高轨遥感卫星根据第二轮筛选后备选星源及其备选时间窗口，按照权重分配分别对各颗卫星的各个时间窗口计算应用能力指标综合加权值，并由大到小作为中低轨遥感卫星备选星源及其备选时间窗口优先级排序；然后按照所述优先级由高到低依次向不同的中低轨遥感卫星前向发送步骤一得到的协同观测任务引导信息；各中低轨遥感卫星接收到协同观测任务引导信息后自主判断是否具备观测条件，决策该卫星对于该任务是否具有可执行性，然后向高轨遥感卫星返向发送任务是否可执行信息，直到接受协同观测任务的中低轨遥感卫星数量达到步骤二得到的协同观测条件要求中的多重观测卫星数，或全部中低轨遥感卫星备选星源及其备选时间窗口均已遍历为止。

本发明的有益效果：

1、本发明基于高轨遥感卫星自主感知的目标特征参数和预先向高轨遥感卫星上注的中低轨遥感卫星备选星源信息，能够快速简化计算和判断中低轨遥感卫星成像能力和目标识别能力是否满足协同观测任务要求；

2、本发明根据不同中低轨遥感卫星对运动目标的应用能力指标综合加权值作为优先级，通过高轨遥感卫星与中低轨遥感卫星之间基于星间链路的信息交换和双方各自自主决策，交互式、动态化确定用于协同观测的中低轨遥感卫星最终星源及其实际窗口；

3、本发明采用响应时效性、成像能力、目标识别能力等多参数作为应用能力指标综合加权值作为量化评价标准，评价更为精准；

4、本发明采用约翰逊准则作为判据，能够更好的判定以设定概率满足目标识别能力要求；

5、本发明按照权重分配分别对各颗卫星的各个时间窗口计算应用能力指标综合加权值，决策该卫星对于该任务是否具有可执行性；

6、本发明采用高轨遥感卫星自主标记的接受协同观测任务的中低轨遥感卫星数量达到协同观测条件要求中的多重观测卫星数，或全部N个中低轨遥感卫星备选星源均已完成遍历为止。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法流程图。

具体实施方式

下面结合参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。

如图1所示，本发明的一种运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法，具体包括如下步骤：

步骤一、高轨遥感卫星发现运动目标并对其保持跟踪监视，通过星上信息处理自主检测目标并计算目标当前位置、速度、方向、最短边长尺寸及对应时刻，并将上述参数作为协同观测任务引导信息；

步骤二、地面系统预先向高轨遥感卫星上注协同观测条件要求和中低轨遥感卫星备选星源信息；高轨遥感卫星基于所述中低轨遥感卫星备选星源信息以及高轨遥感卫星自身在轨运行状态和成像性能参数，计算并判断所有中低轨遥感卫星备选星源对运动目标进行观测时的成像能力和目标识别能力；进而高轨遥感卫星筛选出预估成像能力和目标识别能力满足协同观测条件要求的备选星源，作为参与协同观测的中低轨遥感卫星第一轮筛选后备选星源；

这一步骤是由于基于高轨遥感卫星自主感知的目标特征参数和预先向高轨遥感卫星上注的中低轨遥感卫星备选星源信息，能够快速简化计算和判断中低轨遥感卫星成像能力和目标识别能力是否满足协同观测任务要求。

本实施例中，所述地面系统预先向高轨遥感卫星上注协同观测条件要求，包括载荷类型SensorType、分辨率GSD、幅宽B、天气条件W、光照条件S、目标识别能力阈值、多重观测卫星数、观测起始和结束时间范围。

本实施例中，所述中低轨遥感卫星备选星源信息，包括卫星代号、载荷类型、分辨率、幅宽、可观测天气条件、可观测光照条件、初始轨道根数。

本实施例中，所述判断所有中低轨遥感卫星备选星源对运动目标进行观测时的成像能力和目标识别能力，采用约翰逊准则作为判据，即当目标最短边长尺寸超过空间分辨率的设定倍数，判定以设定概率满足目标识别能力要求。

步骤三、高轨遥感卫星针对步骤二获取的所述第一轮筛选后备选星源，基于各中低轨遥感卫星初始轨道根数以及目标位置和速度、方向运动参数，预报各中低轨遥感卫星对目标过境观测的轨道弧段和对应时间范围；进而计算各中低轨遥感卫星在各个轨道弧段对目标的应用能力指标，筛选出满足协同观测条件要求的中低轨遥感卫星及其轨道弧段和对应时间范围，作为参与协同观测的中低轨遥感卫星第二轮筛选后备选星源及其备选时间窗口；

本实施例中，所述应用能力指标包括响应时效性、成像能力和目标识别能力。

具体步骤如下：

3.1根据所述协同观测条件要求的观测起始和结束时间范围内，从协同观测条件要求的观测起始时间开始，基于所述中低轨遥感卫星初始轨道根数，按预定步长依次计算某一时刻T_i中低轨遥感卫星轨道位置O_i；

3.2根据高轨卫星发现运动目标的时刻t₀及对应的位置S₀、速度v₀、方向Dir₀，计算步骤3.1得到的T_i时刻目标运动后新的位置S_i、速度v_i、方向Dir_i；

3.3计算T_i时刻中低轨遥感卫星对目标的观测指向角，包括滚动角

和俯仰角ω_i，并进一步计算T_i时刻卫星观测的空间分辨率GSD_i、幅宽B_i，判断T_i时刻卫星是否满足步骤一得到的协同观测条件要求规定的滚动角、俯仰角、空间分辨率、幅宽；

3.4基于T_i时刻卫星轨道位置O_i、目标位置S_i，利用地球本体三维几何模型、太阳对地球光照覆盖区域模型，计算和判断卫星观测视线即卫星轨道位置O_i到目标位置S_i的连线是否被地球本体遮挡，计算和判断目标位置S_i在T_i时刻的光照条件并判断是否满足步骤一得到的协同观测条件要求；

3.5基于T_i时刻卫星观测的空间分辨率GSD_i和步骤一得到的目标最短边长尺寸L，利用约翰逊准则作为判据，即当目标最短边长尺寸L达到空间分辨率GSD_i的预定倍数后，设定T_i时刻卫星以相应概率识别该目标，作为T_i时刻卫星观测的目标识别能力Rc_i；当目标识别能力Rc_i大于给定阈值时，即判定满足步骤一得到的协同观测条件要求规定的目标识别能力要求；

3.6重复步骤3.1-3.5，记录下每一段满足步骤一得到的协同观测条件要求的连续轨道弧段及对应时间范围，将每颗上述连续轨道弧段及对应时间范围个数不少于1的中低轨遥感卫星作为参与协同观测的中低轨遥感卫星第二轮筛选后备选星源，并将各卫星相应的连续轨道弧段及对应时间范围作为各自的备选时间窗口。

步骤四、高轨遥感卫星根据步骤三获取的中低轨遥感卫星第二轮筛选后备选星源及其备选时间窗口，按照权重分配分别对各颗卫星的各个时间窗口计算应用能力指标综合加权值，并由大到小作为中低轨遥感卫星备选星源及其备选时间窗口优先级排序；然后按照所述优先级由高到低依次向不同的中低轨遥感卫星前向发送步骤一你得到的协同观测任务引导信息；各中低轨遥感卫星接收到协同观测任务引导信息后自主判断是否具备观测条件，决策该卫星对于该任务是否具有可执行性，然后向高轨遥感卫星返向发送任务是否可执行信息，直到接受协同观测任务的中低轨遥感卫星数量达到步骤二得到的协同观测条件要求中的多重观测卫星数，或全部中低轨遥感卫星备选星源及其备选时间窗口均已遍历为止。

这一步骤的目的是根据不同中低轨遥感卫星对运动目标的应用能力指标综合加权值作为优先级，通过高轨遥感卫星与中低轨遥感卫星之间基于星间链路的信息交换和双方各自自主决策，交互式、动态化确定用于协同观测的中低轨遥感卫星最终星源及其实际窗口。

具体步骤如下：

4.1计算各颗中低轨遥感卫星的各个时间窗口优先级，以应用能力指标综合加权值M作为量化评价标准；

本实施例中，所述计算各颗中低轨遥感卫星的各个时间窗口优先级，采用如下方式：

1)第k颗中低轨遥感卫星的第l个时间窗口应用能力指标综合加权值M_kl，其基本要素为响应时效性Rs_kl、成像能力P_kl和目标识别能力Rc_kl，应用能力指标综合加权值M_kl由上述基本要素相乘得到，即M_kl＝Rs_klP_klRc_kl；

其中，响应时效性Rs_kl：由第k颗中低轨遥感卫星的第l个时间窗口的中心点成像时刻T_{W_kl}与高轨卫星发现运动目标的时刻t₀之间的差值确定，当该差值大于0且值越小时相应权重系数a_kl越大且逐步接近1、反之则越小且逐步接近0，当该差值小于或等于0时相应权重系数a_kl为0；

成像能力P_kl：由第k颗中低轨遥感卫星的第l个时间窗口的中心点成像时刻T_{W_kl}对应的卫星观测的空间分辨率GSD_{W_kl}、幅宽B_{W_kl}综合计算得到，其中：空间分辨率GSD_{W_kl}值相应权重系数为b_{1_kl}越大且逐步接近1、反之则越小且逐步接近0，幅宽B_{W_kl}值相应权重系数为b_{2_kl}越大且逐步接近1、反之则越小且逐步接近0；从而成像能力P_kl＝b_{1_kl}GSD_{W_kl}+b_{2_kl}B_{W_kl}；

目标识别能力Rc_kl：基于第k颗中低轨遥感卫星的第l个时间窗口的中心点成像时刻T_{W_kl}对应的卫星观测的空间分辨率GSD_{W_kl}，以及步骤(1)得到的目标最短边长尺寸L，利用约翰逊准则作为判据经过计算和判决得到，其中：当目标最短边长尺寸L对空间分辨率GSD_{W_kl}的倍数为8倍时，目标识别能力Rc_kl为概率值50％；当上述倍数为12倍时，目标识别能力Rc_kl为概率值80％；当上述倍数为16倍时，目标识别能力Rc_kl为概率值95％；目标识别能力Rc_kl值相应权重系数为c_kl越大且逐步接近1、反之则越小且逐步接近0。

2)对于第k颗中低轨遥感卫星的第l个时间窗口优先级，在全部备选中低轨遥感卫星星源以及相应的全部备选时间窗口中，按应用能力指标综合加权值M_kl从大到小排序，作为优先级排序，记为

其中：N为全部中低轨卫星备选星源的全部备选时间窗口总个数、H为全部中低轨卫星备选星源个数、Qi为第i颗备选星源的全部备选时间窗口总个数。

4.2高轨遥感卫星与中低轨遥感卫星基于星间链路的信息交换和双方各自自主决策，确定用于协同观测的中低轨遥感卫星最终星源及其实际窗口；

本实施例中，所述确定用于协同观测的中低轨遥感卫星最终星源及其实际窗口，采用如下方式：

1)根据步骤二获取的协同观测条件要求中的多重观测卫星数m，高轨遥感卫星从步骤三得到的全部N个中低轨遥感卫星备选星源的全部备选时间窗口中，按步骤4.1得到的优先级序列Pir，选择排序最高的m个备选时间窗口，分别向对应的中低轨遥感卫星Sat₁,Sat₂…Sat_m通过星间链路发送步骤一得到的协同观测任务引导信息；

2)接收到协同观测任务引导信息的中低轨遥感卫星Sat_i利用自身的自主任务规划能力，自主判断是否满足自身的成像、存储、姿态、能源及其它观测约束条件，同时自主判断接收到的协同观测任务是否与已完成计划编排的任务存在时序冲突；如存在冲突，则由中低轨遥感卫星Sat_i根据预先制定规则自主决策该卫星对于该任务是否具有可执行性；

3)中低轨遥感卫星Sat_i通过星间链路，向高轨遥感卫星发送任务是否可执行信息，若发送的信息为任务可执行信息则代表该中低轨遥感卫星接受该协同观测任务，若发送的信息为任务不可执行信息则代表该中低轨遥感卫星不接受该协同观测任务；当高轨遥感卫星得到中低轨遥感卫星Sat_i发送的信息为任务可执行信息时，则自主标记中低轨遥感卫星Sat_i接受该协同观测任务，相应地将该卫星的全部备选时间窗口从优先级序列Pir中去除，从而更新中低轨遥感卫星备选星源及其备选时间窗口优先级序列Pir；

4)重复上述步骤，直到高轨遥感卫星自主标记的接受协同观测任务的中低轨遥感卫星数量达到协同观测条件要求中的多重观测卫星数m，或全部N个中低轨遥感卫星备选星源均已完成遍历为止。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、高轨遥感卫星发现运动目标并保持跟踪监视，通过星上信息处理自主检测目标并计算目标当前位置、速度、方向、最短边长尺寸及对应时刻，作为协同观测任务引导信息；

步骤二、地面系统预先向高轨遥感卫星上注协同观测条件要求和中低轨遥感卫星备选星源信息；高轨遥感卫星基于所述中低轨遥感卫星备选星源信息以及高轨遥感卫星自身在轨运行状态和成像性能参数，计算并判断所有中低轨遥感卫星备选星源对运动目标进行观测时的成像能力和目标识别能力；进而高轨遥感卫星筛选出预估成像能力和目标识别能力满足协同观测条件要求的备选星源，作为参与协同观测的中低轨遥感卫星第一轮筛选后备选星源。

2.如权利要求1所述的一种运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法，其特征在于，步骤二之后进一步包括：

步骤三、高轨遥感卫星针对所述第一轮筛选后备选星源，基于各中低轨遥感卫星初始轨道根数以及目标位置和速度、方向运动参数，预报各中低轨遥感卫星对目标过境观测的轨道弧段和对应时间范围；进而计算各中低轨遥感卫星在各个轨道弧段对目标的应用能力指标，筛选出满足协同观测条件要求的中低轨遥感卫星及其轨道弧段和对应时间范围，作为参与协同观测的中低轨遥感卫星第二轮筛选后备选星源及其备选时间窗口；

步骤四、高轨遥感卫星根据第二轮筛选后备选星源及其备选时间窗口，按照权重分配分别对各颗卫星的各个时间窗口计算应用能力指标综合加权值，并由大到小作为中低轨遥感卫星备选星源及其备选时间窗口优先级排序；然后按照所述优先级由高到低依次向不同的中低轨遥感卫星前向发送步骤一得到的协同观测任务引导信息；各中低轨遥感卫星接收到协同观测任务引导信息后自主判断是否具备观测条件，决策该卫星对于该任务是否具有可执行性，然后向高轨遥感卫星返向发送任务是否可执行信息，直到接受协同观测任务的中低轨遥感卫星数量达到步骤二得到的协同观测条件要求中的多重观测卫星数，或全部中低轨遥感卫星备选星源及其备选时间窗口均已遍历为止。

3.如权利要求1或2所述的一种运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法，其特征在于，所述地面系统预先向高轨遥感卫星上注协同观测条件要求，包括载荷类型SensorType、分辨率GSD、幅宽B、天气条件W、光照条件S、目标识别能力阈值、多重观测卫星数、观测起始和结束时间范围。

4.如权利要求1或2所述的一种运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法，其特征在于，所述中低轨遥感卫星备选星源信息，包括卫星代号、载荷类型、分辨率、幅宽、可观测天气条件、可观测光照条件、初始轨道根数。

5.如权利要求1或2所述的一种运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法，其特征在于，所述判断所有中低轨遥感卫星备选星源对运动目标进行观测时的成像能力和目标识别能力，采用约翰逊准则作为判据，即当目标最短边长尺寸超过空间分辨率的设定倍数，判定以设定概率满足目标识别能力要求。

6.如权利要求1或2所述的一种运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法，其特征在于，所述应用能力指标包括响应时效性、成像能力和目标识别能力。

7.如权利要求2所述的一种运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法，其特征在于，步骤三具体步骤如下：

3.1根据所述协同观测条件要求的观测起始和结束时间范围内，从协同观测条件要求的观测起始时间开始，基于所述中低轨遥感卫星初始轨道根数，按预定步长依次计算某一时刻T_i中低轨遥感卫星轨道位置O_i；

3.2根据高轨卫星发现运动目标的时刻t₀及对应的位置S₀、速度v₀、方向Dir₀，计算步骤3.1得到的T_i时刻目标运动后新的位置S_i、速度v_i、方向Dir_i；

3.3计算T_i时刻中低轨遥感卫星对目标的观测指向角，包括滚动角

和俯仰角ω_i，并进一步计算T_i时刻卫星观测的空间分辨率GSD_i、幅宽B_i，判断T_i时刻卫星是否满足步骤一得到的协同观测条件要求规定的滚动角、俯仰角、空间分辨率、幅宽；

3.4基于T_i时刻卫星轨道位置O_i、目标位置S_i，利用地球本体三维几何模型、太阳对地球光照覆盖区域模型，计算和判断卫星观测视线即卫星轨道位置O_i到目标位置S_i的连线是否被地球本体遮挡，计算和判断目标位置S_i在T_i时刻的光照条件并判断是否满足步骤一得到的协同观测条件要求；

3.5基于T_i时刻卫星观测的空间分辨率GSD_i和步骤一得到的目标最短边长尺寸L，利用约翰逊准则作为判据，即当目标最短边长尺寸L达到空间分辨率GSD_i的预定倍数后，设定T_i时刻卫星以相应概率识别该目标，作为T_i时刻卫星观测的目标识别能力Rc_i；当目标识别能力Rc_i大于给定阈值时，即判定满足步骤一得到的协同观测条件要求规定的目标识别能力要求；

3.6重复步骤3.1-3.5，记录下每一段满足步骤一得到的协同观测条件要求的连续轨道弧段及对应时间范围，将每颗上述连续轨道弧段及对应时间范围个数不少于1的中低轨遥感卫星作为参与协同观测的中低轨遥感卫星第二轮筛选后备选星源，并将各卫星相应的连续轨道弧段及对应时间范围作为各自的备选时间窗口。

8.如权利要求1或2或7所述的一种运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法，其特征在于，步骤四具体步骤如下：

4.1计算各颗中低轨遥感卫星的各个时间窗口优先级，以应用能力指标综合加权值M作为量化评价标准；

4.2高轨遥感卫星与中低轨遥感卫星基于星间链路的信息交换和双方各自自主决策，确定用于协同观测的中低轨遥感卫星最终星源及其实际窗口。

9.如权利要求8所述的一种运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法，其特征在于，所述计算各颗中低轨遥感卫星的各个时间窗口优先级，采用如下方式：

1)第k颗中低轨遥感卫星的第l个时间窗口应用能力指标综合加权值M_kl，其基本要素为响应时效性Rs_kl、成像能力P_kl和目标识别能力Rc_kl，应用能力指标综合加权值M_kl由上述基本要素相乘得到；

2)对于第k颗中低轨遥感卫星的第l个时间窗口优先级，在全部备选中低轨遥感卫星星源以及相应的全部备选时间窗口中，按应用能力指标综合加权值M_kl从大到小排序，作为优先级排序。

10.如权利要求8或9所述的一种运动目标高轨跟踪引导中低轨卫星识别自主协同选星方法，其特征在于，所述确定用于协同观测的中低轨遥感卫星最终星源及其实际窗口，采用如下方式：

1)根据步骤二获取的协同观测条件要求中的多重观测卫星数m，高轨遥感卫星从步骤三得到的全部N个中低轨遥感卫星备选星源的全部备选时间窗口中，按步骤4.1得到的优先级序列Pir，选择排序最高的m个备选时间窗口，分别向对应的中低轨遥感卫星Sat₁,Sat₂…Sat_m通过星间链路发送步骤一得到的协同观测任务引导信息；

2)接收到协同观测任务引导信息的中低轨遥感卫星Sat_i利用自身的自主任务规划能力，自主判断是否满足自身的成像、存储、姿态、能源及其它观测约束条件，同时自主判断接收到的协同观测任务是否与已完成计划编排的任务存在时序冲突；如存在冲突，则由中低轨遥感卫星Sat_i根据预先制定规则自主决策该卫星对于该任务是否具有可执行性；

3)中低轨遥感卫星Sat_i通过星间链路，向高轨遥感卫星发送任务是否可执行信息，若发送的信息为任务可执行信息则代表该中低轨遥感卫星接受该协同观测任务，若发送的信息为任务不可执行信息则代表该中低轨遥感卫星不接受该协同观测任务；当高轨遥感卫星得到中低轨遥感卫星Sat_i发送的信息为任务可执行信息时，则自主标记中低轨遥感卫星Sat_i接受该协同观测任务，相应地将该卫星的全部备选时间窗口从优先级序列Pir中去除，从而更新中低轨遥感卫星备选星源及其备选时间窗口优先级序列Pir；

4)重复上述步骤，直到高轨遥感卫星自主标记的接受协同观测任务的中低轨遥感卫星数量达到协同观测条件要求中的多重观测卫星数m，或全部N个中低轨遥感卫星备选星源均已完成遍历为止。

Images