合成成像卫星元任务的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及成像卫星任务合成技术领域，具体涉及一种合成成像卫星元任务的方 法及装置。
【背景技术】
[0002] 成像卫星具有一次成像范围大、成像成本低等特点，已广泛应用于国防、环保、农 业、气象、灾害应急等领域。然而，成像卫星研制、发射和维护成本高，尽管随着卫星应用技 术的发展，越来越多的成像卫星升入太空，但相对于人类日益增长的成像需求，卫星资源仍 然异常宝贵。为了最优化地利用成像卫星资源，卫星任务规划尤为重要。卫星任务规划即 综合考虑卫星成像能力及任务需求等约束，以安排任务收益和最大为优化目标，确定要执 行的任务及执行这些任务的时间窗起止时间。一些典型的任务规划算法包括贪婪算法，禁 忌搜索，线性规划算法，遗传算法，进化算法，启发式算法，拉格朗日松弛技术等。
[0003] 当不同成像任务对应的观测目标相距较近时，可通过调整星载传感器的成像侧摆 角，延长传感器的开机时间，对多个观测目标进行任务合成观测。卫星成像任务合成是指 按照一定规则把若干个能被一颗卫星一次过境执行的元任务合并成一个任务。如图2 (a0) 和2 (al)所示，一个卫星的传感器在经过观测目标上空时，以一定的幅宽和长度拍摄一个 条带。条带的长度和宽度由卫星的高度，传感器的视场角，传感器的侧摆角和传感器的持续 观测时间决定。一般而言，卫星的高度和传感器视场角是固定的，我们可以通过调整传感器 的侧摆角和持续观测时间来决定覆盖观测目标条带的位置与大小。本文所研究的成像目标 为点目标，卫星一次观测即可完成成像。一个观测目标可以视为一个元任务，而临近的两个 或多个任务可以合并为一个任务。如图2(b0)、2(bl)、2(c0)和2(cl)所示，两个观测任务 Tl和T2可以合并成一个任务，通过卫星的一次拍摄就可以完成。研究卫星成像任务合成 有着重要的意义。首先，这可以避免卫星频繁的侧摆活动，减少开关机次数，有利于保护卫 星传感器。其次，一些成像卫星每个轨道圈次内的侧视成像次数具有严格限制，取任务合成 观测，那么卫星飞行一圈能完成更多的观测任务。另外，任务合成可以减少任务规划的解空 间，提高卫星的使用率。因此，考虑任务合成对提高现有成像卫星的观测能力至关重要。任 务合成对于卫星减少传感器开关机次数及侧摆次数，减少能量消耗，完成更多任务具有重 要的意义。
[0004] 卫星任务合成方法应用于卫星任务规划中时，我们需要判断两个元任务什么情况 下可以进行合成，以及怎样构建合成任务。如图2 (a0)和2 (al)所示，地面上的目标，能被 卫星一次过境完成观测，那么称之为元任务。令S= {Sl，S2，…，％}表示成像卫星资源集 合。一个元任务通常绑定一个时间窗口 C 任务执行时长和一个侧摆 角#，其中丨和M表示时间窗口的开始时间和结束时间。为方便表示，本文以下部分中 省略上标s。举例来说，第s个卫星上的第i个元任务则表示为T1= (Wud1, Θ J。
[0005] 任务1\若能够被一颗卫星执行，那么必然是在此卫星的可见时间窗口中选择一段 不少于山的时段，gp [0006]
[0007] 其中tsjP te ;分别表示任务开始执行的时刻和结束的时刻，ws ;和we ;也分别是 任务!\的最早开始时间isf和最晚结束时间tef s
[0008] 假设Tli j是一个合成任务，它由两个元任务T JP T j合成。当实际执行T u的时间 大于任务所需要的执行时长Clli,时，那么将会浪费一部分宝贵的卫星资源来完成这个任务。
[0009] 合成任务时间窗口的冗余时间指的是，当任务的实际执行时间大于任务所需要的 执行时间时，即那么时间窗口中有一部分时间被浪费，这部分时间被称为 冗余时间。
[0010] 从图2 (a0)和2 (al)可知，地面目标1，2,和3可以作为3个元任务T1, TjPT3，通 过两颗卫星完成观测成像。如图2 (b0)、2 (bl)、2 (cO)和2 (cl)所示，卫星也可以通过执行合 成任务Tli2和元任务T 3来完成对这三个目标的成像。图2 (b0)和2 (bl)与2 (cO)和2 (cl) 的不同之处在于，前者的合成时间窗口中存在冗余时间，而后者并没有。
[0011] -些对考虑任务合成的卫星任务规划问题的研究认为，若成像任务TJPT2能够进 行合成，必须满足以下两个条件[18,19, 20, 22, 23]:
[0012] ，.
[0013] 其中Δ ds，Δ Θ s分别表示卫星s的单次成像开机时间和视场角。
[0014] 若成像任务1\和T 2能够进行合成，那么合成任务1\2的时间窗口和侧摆角为：
[0015]
[0016] 这种常规合成方式没有考虑合成任务的执行时长。任务的执行时长是指根据成像 卫星的轨道参数和成像任务的地理位置所计算出的，是卫星对该任务进行成像的时间。在 任务调度的过程中这个时间不会变化，因而也可以看成是成像任务的一种属性。当卫星轨 道较高或星载传感器视场范围较大时，卫星的可见时间窗口长度往往大于卫星对目标观测 所需的实际时间，卫星执行成像任务仅需在可见时间窗口中选取一段时间成像即可。这种 任务合成的方式，使得合成时间窗口中存在冗余时间，如图2(b0)和2(bl)所示。在卫星任 务规划中，若采取上述常规任务合成的思想，有可能导致有些原本可以合成的任务无法合 成，同时合成的成像任务要求的成像持续时间不是理论上的最短时间；另外，合成后的成像 侧摆角也不是理论上最小的能同时观测到任务!\和T 2对应观测目标的成像侧摆角。
[0017] 由此可知，常规的任务合成方法构造的合成任务不能充分利用卫星资源，从而造 成卫星资源的浪费。
【发明内容】
[0018] 本发明的目的在于，提供一种合成成像卫星元任务的方法及装置，能够充分利用 卫星资源，从而能够节省卫星资源。
[0019] 为此目的，一方面，本发明提出一种合成成像卫星元任务的方法，包括：
[0020] S1，获取处于同一成像卫星传感器的视场角范围内的多个元任务T1JyT3，…，Tn;
[0021] S2,根据所述多个元任务T1, T2, T3，…，1；生成第一中间任务和第二中间任务；所 述第一中间任务的侧摆角、时间窗口的开始时间、结束时间和最短执行时长分别为Θ x、WSx、 weJP d x，所述第二中间任务的侧摆角、时间窗口的开始时间、结束时间和最短执行时长分 别为 Θ y、wsy、wejP dy;
[0022] S3,判断所述θ x、wsx、wejP d x，以及所述Θ y、wsy、wejP d y是否满足
[0023] (wsy+dy) - (wex_dx)彡 Δ ds (wsx< ws y)以及 I θ χ- Θ y I 彡 Δ Θ s
[0024] 或（wsx+dx)-(wey_dy)彡 Δ ds(wsy〈wsx)以及 I θ χ-θ y| 彡 Δ θ s，
[0025] 其中，所述Δ ds，Δ θ 3分别表示所述成像卫星s的单次成像开机时间和视场角，
[0026] 若满足，则将所述多个元任务TpTyT3，…，Tn合成为合成任务，
[0027] 若满足
[0028] (wsy+dy)-(wex_d x)彡 Δ ds(wsx< ws y)以及 I θ χ-Θ y| 彡 Δ Θ s，
[0029] 所述合成任务的侧摆角为θ _,，
[0030]
[1 2 '
r
[0031] 所述合成任务的时间窗口的开始时间为wsx,y，
[0032]
[0033] 所述合成任务的时间窗口的结束时间为wex,y，
[0037] 右俩疋[0038] (wsx+dx)-(wey_d y)彡 Δ ds(wsy〈wsx)以及 I θ χ-Θ y| 彡 Δ Θ s，[0039] 所述合成任务的侧摆角为0x y，
[0034]
[0035]
[0036]
[0047] 另一方面，本发明提出一种合成成像卫星元任务的装置，包括：
[0048] 获取单元，用于获取处于同一成像卫星传感器的视场角范围内的多个元任务T1, 丁2, T3，…，Tn;
[0049] 中间任务生成单元，用于根据所述多个元任务T1JyT3，…，T n生成第一中间任务 和第二中间任务；所述第一中间任务的侧摆角、时间窗口的开始时间、结束时间和最短执行 时长分别为9 ；!、《8；!、-；!和(1：!，所述第二中间任务的侧摆角、时间窗口的开始时间、结束时间 和最短执行时长分别为Θ y、wsy、wejP d y;
[0050] 合成任务生成单元，用于判断所述Θ x、wsx、wejP d x，以及所述Θ y、WSy、wejP d y 是否满足
[0051] (wsy+dy) - (wex_dx)彡 Δ ds (wsx< ws y)以及 I θ χ-Θ y I 彡 Δ Θ s
[0052] 或（wsx+dx)-(wey_dy)彡 Δ ds(wsy〈wsx)以及 I θ χ-θ y| 彡 Δ θ s，
[0053] 其中，所述Δ ds，Δ θ 3分别表示所述成像卫星s的单次成像开机时间和视场角，
[0054] 若满足，则将所述多个元任务T1, T2, T3，…，Tn合成为合成任务，
[0055] 若满足
[0056] (wsy+dy)-(wex_dx)彡 Δ ds(wsx< ws y)以及 I θ χ-Θ y| 彡 Δ Θ s，
[0057] 所述合成任务的侧摆角为0x y，
[0073] 所述合成任务的最短执行时长为dx,y，
[0074]
[0075] 本发明实施例所述的合成成像卫星元任务的方法及装置，处于同一成像卫星传感 器的视场角范围内的多个元任务合成的合成任务的相较于常规的合成方法合成的合成任 务侧摆角最