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CN109741837B - 一种星上自主成像任务规划系统 - Google Patents

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CN109741837B CN201811588962.8A CN201811588962A CN109741837B CN 109741837 B CN109741837 B CN 109741837B CN 201811588962 A CN201811588962 A CN 201811588962A CN 109741837 B CN109741837 B CN 109741837B
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于小龙
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Shenzhen Aerospace Dongfanghong Satellite Co ltd
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Abstract

本发明提供了一种星上自主成像任务规划系统,包括卫星轨道递推预报模块、在轨成像任务预报模块、在轨成像任务设计模块、在轨任务合成模块、在轨成像任务冲突优化排序模块和在轨成像实施模块。卫星用户仅需将成像区域经纬度发送到卫星上,卫星自主计算成像时间、成像和控制参数计算和设置,以及智能安排成像,不需要用户懂得复杂卫星设计和使用方法,进而方便快捷高效的完成目标区域的成像,同时避免指令编排错误,影响卫星的安全。在轨任务合成模块是根据卫星姿态、成像传感器、成像时间等约束等,将满足条件的相邻任务合成,生成新的任务序列。

Description

一种星上自主成像任务规划系统
技术领域
本发明涉及卫星任务规划系统技术领域,尤其涉及一种星上自主成像任务规划系统。
背景技术
当前大多数遥感卫星,需要地面人员编排复杂的成像任务,指令数据量大、过程繁琐;在轨卫星数量的增加和测控网的地域限制,上行任务受限制;具体成像时星上具体环境不清楚,容易引起卫星安全问题;卫星用户使用不便利,需要专业航天知识,操作复杂。
因此,如何设计一种用户不需要复杂的操作和专业知识,仅需将成像区域经纬度发送到卫星上,卫星自主计算成像时间、成像和控制参数计算和设置,以及智能安排成像的系统尤为重要。
发明内容
为了解决现有技术中的问题,本发明提供了提供一种星上自主成像任务规划系统,自主完成地面用户发送成像任务,用户不需要编排复杂的指令,仅需要上注成像目标的经纬度、高度、优先级和地物反射率等条件,卫星自主计算、安排实施成像任务。本发明具体通过如下技术方案实现:
一种星上自主成像任务规划系统,所述系统包括:卫星轨道递推预报模块、在轨成像任务预报模块、在轨成像任务设计模块、在轨任务合成模块、在轨成像任务冲突优化排序模块和在轨成像实施模块;其中,
卫星轨道递推预报模块,以GPS接收机实时导航信息为输入,结合EOP参数实现轨道拟平根的确定,再以拟平根为基础对卫星未来一段时间的轨道位置进行预报。
在轨成像任务预报模块,以卫星轨道递推预报模块预报的轨道信息、原始任务经纬度信息和卫星平台参数信息为输入,采用快速搜索算法预报计算成像观测时间和角度等信息。
在轨成像任务设计模块,将预报任务分类,按照成像类型安排成像的时间,并计算成像时太阳高度角,以太阳高度和观测目标反射率,计算成像时曝光时间。
在轨任务合成模块,根据卫星姿态、成像传感器、成像时间,将满足条件的相邻任务合成,生成新的任务序列;判断序列中邻两个任务的观测时间、观测角和成像类型是否满足合成的条件,满足时观测角取中间值,优先级相加,直接合并,成像时间兼顾两个任务时间。
在轨成像任务冲突优化排序模块,根据卫星平台能力、时间、观测角度,进行任务冲突检测,以禁忌搜索法从一个可行解触发,选择系列特定搜索方向移动作为试探,选择实现让特定目标函数值变化最多移动,迭代一定次数,最终按照最大收益排列组合成最佳任务,并去掉冲突任务,并将未能成像的任务放入不满足要求的任务序列,待下次成像安排。
在轨成像实施模块,完成控制姿态的自主切换,成像载荷和数传自主加电、成像参数配置、数传的参数配置和各任务序列的顺利具体执行;在执行任务过程中不断检测卫星各部件的状态和系统级的健康状态,当发生异常状态时,中断任务,待卫星状态健康时执行成像任务。
作为本发明的进一步改进,所述卫星轨道递推预报模块含两个子模块,第一个子模块实现基于GPS导航信息的拟平根确定,第二个子模块实现拟平根的预报;其中,需要将GPS测量数据从地固系向惯性系进行转换。
作为本发明的进一步改进,轨道确定与预报的执行、更新周期为卫星连续两次经过轨道交点的时间,选用降交点为处理节点,计算卫星在该点处的拟平根。
作为本发明的进一步改进,成像时间误差小于2s,成像角度误差小于0.001度,预报计算产生初始任务序列,至少可预报计算100个任务。
作为本发明的进一步改进,所述在轨成像任务预报模块利用轨道平根数,转换为瞬时根数,再转为地固定系下的位置速度信息,结合轨道信息和卫星最大侧摆角,计算下一圈的采样点星下经纬信息;依据任务目标经纬度,采用快速搜索算法,找到距离较近的采样点区间,然后进行详细计算迭代搜寻最佳成像时间;并根据卫星位置和目标位置计算观测角度。
作为本发明的进一步改进,在轨成像任务设计模块将不同成像类型自主设计成像时间;太阳高度角实时计算以成像时经纬度和时间为条件,考虑太阳活动规律计算得出,曝光时间以成像时太阳高度角和地物反射率为条件,考虑成像传感器特性,预先设置曝光时间矩阵,卫星在轨采用查表得到曝光时间。
本发明的有益效果是:本发明的星上自主成像任务规划系统,不同于传统光学遥感卫星任务设计,卫星用户仅需将成像区域经纬度发送到卫星上,卫星自主计算成像时间、成像和控制参数计算和设置,以及智能安排成像,不需要用户懂得复杂卫星设计和使用方法,进而方便快捷高效的完成目标区域的成像,同时避免指令编排错误,影响卫星的安全。
附图说明
图1是本发明的星上自主成像任务规划系统的功能框图;
图2是基于禁忌搜索任务排序的流程图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示,本发明的星上自主成像任务规划系统由卫星轨道递推预报模块、在轨成像任务预报模块、在轨成像任务设计模块、在轨任务合成模块、在轨成像任务冲突优化排序模块和在轨成像实施模块组成。
卫星轨道递推预报模块,以GPS接收机实时导航信息为输入,结合EOP参数实现轨道拟平根的确定,再以拟平根为基础对卫星未来一段时间(一周时间)的轨道位置进行预报。卫星轨道递推预报模块含两个子模块,第一个子模块实现基于GPS导航信息的拟平根确定,第二个子模块实现拟平根的预报。其中,需要将GPS测量数据从地固系向惯性系进行转换。轨道确定与预报的执行、更新周期为卫星连续两次经过轨道交点的时间,本发明选用降交点为处理节点,计算卫星在该点处的拟平根。
在轨成像任务预报模块,以卫星轨道递推预报模块预报的轨道信息、原始任务经纬度信息和卫星平台参数信息为输入,采用快速搜索算法预报计算成像观测时间和角度等信息,成像时间误差小于2s,成像角度误差小于0.001度,预报计算产生初始任务序列,至少可预报计算100个任务。主要实施步骤:
(1)利用轨道平根数,转换为瞬时根数,再转为地固定系下的位置速度信息,结合轨道信息和卫星最大侧摆角,计算下一圈的采样点星下经纬信息。
(2)依据任务目标经纬度,采用快速搜索算法,找到距离较近的采样点区间,然后进行详细计算迭代搜寻最佳成像时间;并根据卫星位置和目标位置计算观测角度。
在轨成像任务设计模块,将预报任务分类,按照成像类型安排成像的时间,并计算成像时太阳高度角,以太阳高度和观测目标反射率,计算成像时曝光时间。不同成像类型(凝视、推扫和条带)自主设计成像时间。太阳高度角实时计算以成像时经纬度和时间为条件,考虑太阳活动规律计算得出,曝光时间以成像时太阳高度角和地物反射率为条件,考虑成像传感器特性,预先设置曝光时间矩阵,卫星在轨采用查表得到曝光时间。
在轨任务合成模块,根据卫星姿态、成像传感器、成像时间等约束等,将满足条件的相邻任务合成,生成新的任务序列。判断序列中邻两个任务的观测时间、观测角和成像类型是否满足合成的条件,满足时观测角取中间值,优先级相加,直接合并,成像时间兼顾两个任务时间。
在轨成像任务冲突优化排序模块,根据卫星平台能力、时间、观测角度等约束,进行任务冲突检测,以禁忌搜索法从一个可行解触发,选择系列特定搜索方向移动作为试探,选择实现让特定目标函数值变化最多移动,迭代一定次数,最终按照最大收益排列组合成最佳任务,并去掉冲突任务,并将未能成像的任务放入不满足要求的任务序列,待下次成像安排,具体算法流程参见图2。
在轨成像实施模块,完成控制姿态的自主切换,成像载荷和数传自主加电、成像参数配置、数传的参数配置和各任务序列的顺利具体执行。在执行任务过程中不断检测卫星各部件的状态和系统级的健康状态,当发生异常状态时,中断任务,待卫星状态健康时执行成像任务。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种星上自主成像任务规划系统,其特征在于:所述系统包括卫星轨道递推预报模块、在轨成像任务预报模块、在轨成像任务设计模块、在轨任务合成模块、在轨成像任务冲突优化排序模块和在轨成像实施模块;其中,
卫星轨道递推预报模块,以GPS接收机实时导航信息为输入,结合EOP参数实现轨道拟平根的确定,再以拟平根为基础对卫星未来一段时间的轨道位置进行预报;
在轨成像任务预报模块,以卫星轨道递推预报模块预报的轨道信息、原始任务经纬度信息和卫星平台参数信息为输入,采用快速搜索算法预报计算成像观测时间和角度等信息;
在轨成像任务设计模块,将预报任务分类,按照成像类型安排成像的时间,并计算成像时太阳高度角,以太阳高度和观测目标反射率,计算成像时曝光时间;
在轨任务合成模块,根据卫星姿态、成像传感器、成像时间,将满足条件的相邻任务合成,生成新的任务序列;判断序列中邻两个任务的观测时间、观测角和成像类型是否满足合成的条件,满足时观测角取中间值,优先级相加,直接合并,成像时间兼顾两个任务时间;
在轨成像任务冲突优化排序模块,根据卫星平台能力、时间、观测角度,进行任务冲突检测,以禁忌搜索法从一个可行解触发,选择系列特定搜索方向移动作为试探,选择实现让特定目标函数值变化最多移动,迭代一定次数,最终按照最大收益排列组合成最佳任务,并去掉冲突任务,并将未能成像的任务放入不满足要求的任务序列,待下次成像安排;
在轨成像实施模块,完成控制姿态的自主切换,成像载荷和数传自主加电、成像参数配置、数传的参数配置和各任务序列的顺利具体执行;在执行任务过程中不断检测卫星各部件的状态和系统级的健康状态,当发生异常状态时,中断任务,待卫星状态健康时执行成像任务。
2.根据权利要求1所述的星上自主成像任务规划系统,其特征在于:所述卫星轨道递推预报模块含两个子模块,第一个子模块实现基于GPS导航信息的拟平根确定,第二个子模块实现拟平根的预报;其中,需要将GPS测量数据从地固系向惯性系进行转换。
3.根据权利要求2所述的星上自主成像任务规划系统,轨道确定与预报的执行、更新周期为卫星连续两次经过轨道交点的时间,选用降交点为处理节点,计算卫星在该点处的拟平根。
4.根据权利要求1所述的星上自主成像任务规划系统,成像时间误差小于2s,成像角度误差小于0.001度,预报计算产生初始任务序列,至少可预报计算100个任务。
5.根据权利要求1所述的星上自主成像任务规划系统,所述在轨成像任务预报模块利用轨道平根数,转换为瞬时根数,再转为地固定系下的位置速度信息,结合轨道信息和卫星最大侧摆角,计算下一圈的采样点星下经纬信息;依据任务目标经纬度,采用快速搜索算法,找到距离较近的采样点区间,然后进行详细计算迭代搜寻最佳成像时间;并根据卫星位置和目标位置计算观测角度。
6.根据权利要求1所述的星上自主成像任务规划系统,在轨成像任务设计模块将不同成像类型自主设计成像时间;太阳高度角实时计算以成像时经纬度和时间为条件,考虑太阳活动规律计算得出,曝光时间以成像时太阳高度角和地物反射率为条件,考虑成像传感器特性,预先设置曝光时间矩阵,卫星在轨采用查表得到曝光时间。
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