本發明提出的一種快速生成敏捷成像衛星對地觀測需求籌劃的方法，旨在提供一種能夠從成像質量整體最優的角度快速確定指定衛星任務觀測時間的方法。本發明通過下述技術方案予以實現：基于胡克定律和力平衡建立彈簧?質點系統模型；根據觀測目標的地理位置和衛星的最大綜合角觀測能力計算每個觀測任務與其它所有觀測任務的常量機動時間，形成常量機動時間矩陣；根據觀測任務排序，依次將觀測任務加入彈簧質點系統，然后應用衛星姿態機動能力表、常量機動時間矩陣，計算每個觀測任務加入后，彈簧?質點系統保持力平衡狀態時各任務滑塊的位置，獲取最優的各任務觀測時間，生成敏捷成像衛星對地觀測需求籌劃方案。

技術領域

本發明涉及一種航天需求籌劃領域中，敏捷成像衛星的需求籌劃方法，特別是基于胡克定律和力平衡支持規劃方案智能尋優、具備規劃方案快速生成的建模方法和實現方法。

背景技術

隨著成像衛星應用需求的不斷提高,成像衛星平臺及載荷技術也在不斷地發展,高分辨率敏捷成像衛星就是根據未來衛星應用需求和技術發展趨勢而設計研制的新一代先進衛星。為一類具有大范圍、快速機動能力的對地觀測衛星。敏捷成像衛星在提高衛星觀測效率的同時,也使得衛星需求的籌劃與調度變得更加的復雜和困難,給衛星需求籌劃技術帶來了新的挑戰。連續成像過程中側擺角度必須保持不變的這類衛星，對地觀測衛星根據用戶要求獲取地面區域的圖敏捷成像衛星被稱作非敏捷成像衛星。敏捷成像衛星與傳統非敏捷成像衛星相比，敏捷成像衛星具備繞翻滾、俯仰和偏航軸三個方向擺動的能力，使得敏捷成像衛星對地觀測具備更大的靈活性和自由度。相對非敏捷衛星而言，敏捷衛星可以利用其俯仰能力對觀測目標進行前視、正視或后視，從而提供了更強大的觀測能力和更多的觀測自由。衛星對地觀測任務規劃是為了滿足用戶的遙感圖像需求,對遙感衛星系統資源和對地觀測任務進行規劃與調度的過程。合理的任務規劃是提高遙感衛星系統效能的重要手段。任務規劃是指為了實現給定的目標,對所有與目標相關的資源和任務進行規劃和調度的過程。遙感衛星通常在數百公里的軌道高度上繞地球飛行,星載遙感器的視場角對應于星下線兩側對稱的帶狀區域即衛星的觀測帶。伴隨地球的自轉,觀測帶不斷變化并能覆蓋地球表面的大部分地區。當衛星經過地面目標上空時,可以利用星載遙感器采集目標數據并存儲在星載存儲器內,待衛星經過地面接收站上空,再將存儲的數據回傳至地面。由于衛星的成像操作需要消耗能量,衛星的對地觀測將受到能量的限制。此外,某些星載遙感器如光學相機,其數據采集活動還需要在較低的云層覆蓋和一定的太陽光照條件下進行,在安排觀測任務時必須考慮云層氣象條件的限制。遙感衛星在成像過程中始終處于高速飛行狀態,其姿態控制能力有限,使得在同一軌道圈次只有部分地面目標能夠獲得成像機會；另一方面,衛星連續兩個圈次的赤道距離大約為幾千公里,在一個成像計劃編制周期內衛星通常要經過數十個圈。衛星對地觀測任務規劃具體是指:在綜合考慮遙感衛星能力和用戶遙感圖像需求的基礎上,將資源分配給相互競爭的多個觀測任務,并確定任務中各具體活動的起止時間,以排除不同任務之間的資源使用沖突,并最大化滿足用戶的需求。衛星對地觀測任務規劃是一個復雜的問題,其中包含了許多與特定問題相關的實際約束,如衛星與地面目標之間的可見時間窗口、衛星連續兩次觀測之間的調整時間、衛星的側視調整次數、地面目標要求的特定遙感器類型、星載存儲器的容量、氣象條件等。衛星對地觀測是人造衛星按照既定的運行軌道,利用攜帶的光電遙感器或無線電設備,對用戶感興趣的地面目標進行成像的過程。對地觀測衛星根據用戶要求獲取地面區域的圖像,每個觀測區域都有一定的時間窗口、觀測持續時間和觀測收益等屬性。對地觀測衛星根據用戶提出的對地觀測需求對目標進行觀測,將探測收集到的目標觀測信息暫時存放在星載存儲器中,當衛星飛過地面站時,通過星地通信鏈路下傳到地面接收站,然后進行觀測信息處理。地面數據處理中心通過人工或者智能分析判讀觀測數據結果,從而得到用戶感興趣的有價值的信息。

敏捷成像衛星需求籌劃與傳統成像衛星需求籌劃相比具有以下不同：

1)敏捷成像衛星對地觀測的成像質量由成像時觀測起止時間決定，成像時間越靠近觀測時間窗口的中間值時，即衛星的觀測俯仰角越接近0°時，成像質量越好；同樣成像時間越遠離觀測時間窗口的中間值時，即衛星的觀測俯仰角接近最大/最小俯仰角時，成像角度導致的圖像畸變，成像質量越差。