敏捷光学卫星密集区域推扫成像任务规划方法

《敏捷光学卫星密集区域推扫成像任务规划方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、６２中国空间科学技术２０１４年４月ChineseSpaceScienceandTechnology第２期敏捷光学卫星密集区域推扫成像任务规划方法１１，２１林晓辉潘小彤张锦绣（１哈尔滨工业大学，哈尔滨１５０００１）（２上海微小卫星工程中心，上海２０１２０３）摘要敏捷成像卫星可以实现利用三轴姿态机动所形成的推扫成像模式，同时可以在机动过程中同步成像。在敏捷卫星成像任务的基础上，建立考虑推扫成像模式的敏捷卫星任务规划模型。通过高斯投影建立球面直线扫描条带的数学生成模型，并利用Matlab现有函数进行优化解算；由于模型解算的复杂性，将整体规划问题分为两层子问题分别进行处理，在条带

2、任务分配中，设计了适用于计算机计算的含有条带分配策略的解算算法；在上层规划中，基于推扫成像的双向扫描特性，设计了基于启发式规则的敏捷卫星任务规划算法；之后，将不可规划条带拆作孤立点目标进行处理，最后通过再合成处理完成整体规划。仿真结果表明，文章所设计的算法可以有效处理实际情况下的敏捷卫星推扫成像任务规划问题。关键词敏捷卫星；任务规划；扫描条带；启发式规则DOI：１０畅３７８０／j畅issn畅１０００‐７５８X畅２０１４畅０２畅００８１引言很多国家和地区都在大力发展成像卫星技术，以加强在军事、社会、国民发展和经济建设等方［１］［２‐５］面的突出作用。当今成像卫星任务规划研究

3、，主要集中在非敏捷卫星（只能实现侧视成像）和［６‐８］传统敏捷卫星成像（可以两轴姿态机动，实现前视、后视）领域。但当今国际领先的敏捷成像卫［９］［１０］星已经可以进行三轴姿态机动，在实现多向推扫成像的同时，可以实现机动与成像并行。目前，针对点目标成像规划的研究主要分为两种：一是将点目标看作单独孤立目标进行规划；二是在卫星侧视的条件下利用条带宽度进行点目标合成，条带方向平行星下点轨迹。本文综合敏捷卫星的前视、侧视、后视成像能力，考虑点目标间可以合成多种方向的扫描条带，在实现机动与成像并行的情况下，建立敏捷卫星任务规划约束满足模型，包含条带内部约束、整体约束，将整体模型分层处

4、理，利用Matlab现有算法处理条带生成问题，设计包含条带分配规则的子问题的处理方法，并利用启发式规则进行整体规划和处理条带扫描方向选取问题。２约束满足模型约束满足模型分为两部分，第一部分约束为“条带内部约束”，构成内部的约束满足模型，实现点目标间条带的形成；第二部分为“条带外部约束”，构成条带目标和剩余点目标的规划约束满足模型。２畅１条带内部约束的约束满足模型在处理含有许多点目标的密集区域的规划时，传统规划问题只能将点目标进行孤立处理，点间合成关系不明确，在此将建立可构成一次性扫描的条带目标的点目标间约束。收稿日期：２０１３‐０７‐０４。收修改稿日期：２０１３‐０９‐３

5、０２０１４年４月中国空间科学技术６３（１）线型约束直线扫描条带，即形成一条扫描直线，和以其作为中心线、宽度为成像幅宽的条带，在此固定该宽度为定值，即地面最小成像宽度。原目标点被投影到中心上，成像光轴沿投影点进行机动，对应卫星偏航机动，在投影点处相机线阵方向与“原目标点和投影点”构成的直线垂直，完成成像，直线扫描条带如图１所示。点目标组合p＝｛o１，o２，o３，⋯，on｝，采用高斯投影处理扫描条带的线型问题，其高斯投影横纵坐标为（xi，yi），构成宽度为d的扫描条带y＝ax＋b的线型约束用公式（１）表示：n≥３axi－yi＋bd（１）i＝δ≤２２a＋１为保证线型的优化性能，

6、设定优化指标：图１直线扫描条带nFig畅１Linescanstripef＝min∑i（２）δi＝１采用Matlab中现有Fmincon函数可以直接处理该线型约束。（２）条带严格开始时间窗口约束［４］当点目标构成扫描条带时，条带内目标必须一次性完成观测扫描，必须存在某一时间段，在此时间段内开始对条带执行观测，条带内部其余所有目标点的观测时刻在满足过渡时间约束的情况下，都必须在其可见时间窗口内，为节省规划时间链，在此严格规定条带内部其余所有目标点的观测时刻大于其可见时间窗口最早时刻。含有n个目标点（o１，o２，o３，⋯，on）的条带目标p，其严格开始时间窗口为［Ts，Te］，

7、点目标oi的可见时间窗口［Si，Ei］，观测时刻为ti，则条带严格开始时间窗口约束为橙tp∈［Ts，Te］，oi、oj∈pti∈（Si，Ei］（３）ti－tj≥dij式中tp表示条带p开始观测时间；dij表示点目标oi与oj的观测姿态转换时间。严格时间窗口确定方法：步骤１：已知起始任务时间窗口（Ts，Te）。步骤２：取步长δt，得到时刻序列（t０，t１，t２，⋯，tn－１，tn）。步骤３：依次计算对应后续目标点观测时刻。步骤４：可得到４个时刻tm，tm＋１，tw，tw＋１，其中w＞m＋１，且在tm和tw＋１时刻不满足约束要求，