一种高轨雷达卫星高精度协同照射方法与流程

1.本发明涉及雷达卫星任务规划与调度领域，并涉及以高轨雷达卫星为照射源、弹载接收的大尺度异构双基前视sar系统中高轨照射源卫星的任务规划，尤其涉及一种高精度协同照射的高轨雷达卫星任务规划方法。


背景技术：

2.星载合成孔径雷达(sar)是一种具有全天时、全天候观测能力的空间对地遥感手段，在环境海洋监测、地形测绘与军事侦察等领域有广泛的应用。
3.高轨sar卫星具有重访周期短(小时量级)、持续照射时间长(凝视模式可以达到半小时)、覆盖范围广(条带模式幅宽达到3000km)、响应速度快的优势。
4.随着国内高轨sar的研制进展，以高轨sar卫星为照射源、机载/低轨卫星被动接收的大尺度异构双基sar系统逐渐成为研究热点，该双基sar系统既可利用高轨sar的长照射、广覆盖、短重访的特点，又可发挥被动接收载荷无发射功率载荷体积重量小、成本低、抗干扰能力强等优点，具有广阔的应用前景。高轨星
‑
弹双基前视sar系统兼具高轨sar和无源接收的优点，特别适用于远程制导应用。
5.本专利提供的方法，在分析星
‑
弹协同双基前视sar成像制导应用中高轨雷达卫星照射任务约束条件的基础上，给出了以高轨雷达卫星为合作照射源、弹载接收的双基sar前视成像制导应用中高轨雷达卫星高精度协同照射方法。主要内容包括：高轨星
‑
弹双基前视sar制导应用中高轨雷达卫星约束条件分析、高轨雷达卫星最优照射方法建模及模型求解、基于电扫与卫星姿态调整的联合高轨雷达卫星波束指向控制方法。它是一种考虑了高轨星
‑
弹协同双基sar前视制导应用中充分利用高轨sar优点及固有能力的高轨雷达卫星高精度协同照射方法。经对现有技术进行检索，没有发现含有“高轨”及“协同照射”的相关文献。这一协同照射方法填补了大尺度异构双基sar系统中高轨照射源的协同照射方法。


技术实现要素：

6.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高轨雷达卫星高精度协同照射方法，通过将以高轨雷达卫星为合作照射源、弹载接收的双基sar前视成像制导应用中照射任务需求转化为高轨雷达卫星协同照射时的约束条件，结合雷达卫星资源约束，建立照射任务规划模型并为高轨雷达卫星制定动作序列，形成高轨雷达卫星最优照射方案；根据照射方案中射源波束指向的需求，采用天线波束二维相扫与卫星姿态调整的波束指向联合控制方法实现高轨雷达卫星高精度指向控制。通过高轨雷达星上载荷任务规划和雷达波束指向调整，从而自主完成高精度协同照射任务。
7.本发明的技术解决方案是：一种高轨雷达卫星高精度协同照射方法，包括如下步骤：
8.将以高轨雷达卫星为合作照射源、弹载接收的双基sar前视成像制导应用中照射任务需求转化为高轨雷达卫星协同照射时的约束条件，结合雷达卫星资源约束，建立照射
任务规划模型并为高轨雷达卫星制定动作序列，形成高轨雷达卫星最优照射方案；
9.根据所述高轨雷达卫星最优照射方案中射源波束指向的需求，采用天线波束二维相扫与卫星姿态调整的波束指向联合控制方法实现高轨雷达卫星高精度指向控制；通过高轨雷达星上载荷任务规划和雷达波束指向调整，完成高精度协同照射任务。
10.进一步地，所述将以高轨雷达卫星为合作照射源、弹载接收的双基sar前视成像制导应用中照射任务需求转化为高轨雷达卫星协同照射时的约束条件，具体为：
11.进一步地，所述高轨雷达卫星协同照射时的约束条件包括任务约束和雷达卫星资源约束；所述任务约束包括照射时效性、双基成像分辨率、可见时间窗口、持续照射时长，所述雷达卫星资源约束包括卫星姿态调整能力、星上能源、载荷工作模式、载荷工作起止时间。
12.进一步地，所述建立照射任务规划模型并为高轨雷达卫星制定动作序列的方法为：
13.对成像制导照射任务进行预分配与处理；
14.将处理后的照射任务与卫星原定任务进行约束检验和冲突消解，对卫星任务进行修订；
15.对照射任务分解后的元任务和修订后的卫星任务进行规划，形成初始照射方案，根据成像性能对照射方案进行评估和迭代优化，形成最终照射方案。
16.进一步地，根据协同照射系统的特点配置以下启发式调度规则和重置优先级规则：优先成像制导照射任务；按任务本身优先级排序；在重置优先级相同的情况下，按照窗口时间先后排序。
17.进一步地，预分配满足照射任务要求和卫星调度能力相匹配。
18.进一步地，采用基于可配置规则的启发式算法来求解最优照射模型。模型的输出即为该次任务的载荷调整和卫星姿态调整策略。
19.进一步地，所述天线波束二维相扫与卫星姿态调整的波束指向联合控制方法包括如下步骤：
20.根据指向需求制定控制策略，在对控制范围进行分配以实现雷达波束指向的联合控制时，其分配规则为：当波束所需调整的角度较小时，相扫调整所需角度后天线方向图无明显恶化时，波束指向由天线的二维波束控制完成；当波束所需调整的角度较大时，根据天线方向图质量及调整时效综合效益最佳的原则，对所需调整的角度进行动态分配，从而完成天线波束指向的联合控制。
21.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现所述一种高轨雷达卫星高精度协同照射方法的步骤。
22.一种高轨雷达卫星高精度协同照射设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时实现所述一种高轨雷达卫星高精度协同照射方法的步骤。
23.本发明与现有技术相比的优点在于：
24.(1)本发明建立高轨雷达卫星高精度照射模型并形成最优照射方案，实现了双基sar前视成像制导应用中高轨雷达卫星高精度协同照射，并最终达到高轨雷达卫星协同照射任务在轨高效自主规划与执行的目的；
25.(2)本发明通过启发式算法来求解高轨雷达卫星高精度协同照射模型，提高模型求解效率，；
26.(3)本发明通过天线波束二维相扫与卫星姿态调整的高轨雷达波束指向联合控制方法，在综合效益最优的情况下完成高精度协同照射任务，提高了高轨雷达卫星在轨自主响应效率。
附图说明
27.图1为本发明方法流程图；
28.图2为本发明中最优照射建模过程。
29.图3为可配置规则启发式算法。
30.图4为照射任务规划过程。
31.图5为联合波束指向控制方法。
具体实施方式
32.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本技术技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
33.以下结合说明书附图对本技术实施例所提供的一种高轨雷达卫星高精度协同照射方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～5所示)：
34.s1，通过将以高轨雷达卫星为合作照射源、弹载接收的双基sar前视成像制导应用中照射任务需求转化为高轨雷达卫星协同照射时的约束条件，结合雷达卫星资源约束，建立照射任务规划模型并为高轨雷达卫星制定动作序列，形成高轨雷达卫星最优照射方案；
35.在本技术实施例所提供的方案中，具体包括：
36.图1为本发明高轨雷达卫星协同照射建模过程图。分为四个步骤：
37.(1)前视成像照射源需求；
38.根据协同照射需求，将照射任务需求转化为卫星姿态调整时的约束条件，结合卫星平台性能约束，以成像性能、卫星资源使用率为优化目标，以载荷参数设置、卫星姿态调整为参数建立多目标优化模型，将高精度照射规划转化为多目标优化问题。
39.轨雷达卫星完成协同照射任务时包含了很多与实际问题相关的特殊约束条件，主要包括照射时效性、双基成像分辨率、可见时间窗口、持续照射时长等任务约束和卫星姿态调整能力、星上能源、载荷工作模式、载荷工作起止时间等卫星约束。
40.(2)高轨雷达卫星任务规划；
41.(3)将任务规划转化为多目标优化问题；
42.(4)模型求解。
43.照射任务优化算法以可配置的任务需求为依据，模拟人的思维过程对任务约束条件进行排序。首先对成像制导照射任务进行预分配与处理，将处理后的照射任务与卫星原定任务进行约束检验和冲突消解，对卫星任务进行修订，然后对照射任务分解后的元任务和修订后的卫星任务进行规划，形成初始照射方案，根据成像性能对照射方案进行评估和
迭代优化，形成最终照射方案。
44.根据协同照射系统的特点配置以下启发式调度规则和重置优先级规则：优先成像制导照射任务；按任务本身优先级排序；在重置优先级相同的情况下，按照窗口时间先后排序。
45.为保证协同照射性能最优，预分配必须满足照射任务要求和卫星调度能力相匹配的原则。为保证任务调度过程中资源间不冲突，需要采用一定的分配规则。任务预分配规则库提供多种分配规则供选择，满足不同任务需求，同时还具备可拓展性，可以根据未来需求进行新的规则配置。
46.采用基于可配置规则的启发式算法来求解最优照射模型。模型的输出即为该次任务的载荷调整和卫星姿态调整策略。
47.s2，根据照射方案中射源波束指向的需求，采用天线波束二维相扫与卫星姿态调整的波束指向联合控制方法实现高轨雷达卫星高精度指向控制。通过高轨雷达星上载荷任务规划和雷达波束指向调整，从而自主完成高精度协同照射任务。
48.在本技术实施例所提供的方案中，具体包括：
49.根据形成载荷调整和卫星姿态调整策略，制定天线波束指向调整策略。
50.由于高轨sar天线相扫能力有限，而卫星姿态调整所需时间相对较长，为满足任务对高轨雷达卫星照射的需求，采用天线相扫与卫星姿态调整的波束指向联合控制方法。
51.在对控制范围进行分配以实现雷达波束指向的联合控制时，其分配规则为：当波束所需调整的角度较小时，相扫调整所需角度后天线方向图无明显恶化时，波束指向由天线的二维波束控制完成；当波束所需调整的角度较大时，完全由天线相扫完成将使得天线方向图明显恶化，根据天线方向图质量及调整时效综合效益最佳的原则，对所需调整的角度进行动态分配，从而完成天线波束指向的联合控制。
52.本技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行图1所述的方法。
53.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
54.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
55.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
56.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
57.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
58.本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。