【技术实现步骤摘要】
一种卫星多目标重复观测任务规划方法及终端
[0001]本专利技术属于航空航天
，具体涉及一种基于分层聚类的卫星多目标重复观测任务规划方法及终端。
技术介绍
[0002]随着各国航天事业的发展，近几年在轨卫星种类和数目不断增加，卫星载荷功能愈加丰富，姿态机动能力进一步加强，卫星任务规划过程也更加复杂。传统的完全地面离线管控模式由于地面站与卫星可见通信时间受限、数据回传滞后、难以进行星上资源精确动态预测等问题已经难以适应未来航天任务需求。需要发展卫星自主任务规划与调度技术使卫星具有在轨自主运行的能力，从而提高整个卫星观测系统的快速反应能力。卫星任务规划问题一般采用混合整数规划模型进行建模，由于该问题是一个NP
‑
hard问题，在任务规模较大或任务需求较为复杂的情况下求解难度迅速增加，一般的经典算法难以求解或求解时间过长。如何快速得到卫星任务规划结果，直接影响了卫星在轨自主运行的可行性。敏捷卫星任务规划快速算法是当前科技人员关注的热点问题之一。
[0003]现有的研究大多采用启发式算法或精确算法来解决该问题，已发展的敏捷卫星任务规划快速算法中，在先文献“杜彬.敏捷成像卫星任务规划方法研究[D].南京航空航天大学,2019.”中公开了基于观测任务中目标点经纬度聚类缩减候选解集，通过对聚类后的任务点进行分层二次任务规划的方法。但该方法只适用于任务点在同一观测条带的场景，在任务规模较大时聚类过程耗时较长且聚类集合内部采用禁忌搜索算法效率不高，受星上计算资源限制，难以满足任务响应时间需求。
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种卫星多目标重复观测任务规划方法，其特征在于，包括步骤如下：1)设置卫星任务规划问题参数并生成任务集合；2)计算所述任务集合中目标点的观测窗口；3)基于目标点分层聚类规则将任务集合分为多个互不影响的集合，并分别进行集合内任务规划；4)将各互不影响的集合内的任务规划结果合并后得到所有观测任务的执行序列；5)核验执行序列满足约束后输出规划结果。2.根据权利要求1所述的卫星多目标重复观测任务规划方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：设定敏捷卫星轨道根数及最大俯仰角、最大滚转角参数；设定目标点分布区域经纬度范围，设定任务集中目标点数量n，设定任务周期[start,end]，单个目标点task
i
的属性如下：task
i
＝{lon
i
,lat
i
,du
i
,p
i
,q
i
,num
view
,num
schedule
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，lon
i
、lat
i
为任务点的经纬度，du
i
为任务持续时间，p
i
为任务收益值，q
i
为任务点所要求的最低成像质量，i∈[1,n]，num
view
为目标点的观测窗口个数，num
schedule
为目标点当前时刻的被观测次数。3.根据权利要求1所述的卫星多目标重复观测任务规划方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：根据步骤1)中设定的轨道根数计算出卫星的运动轨迹，根据卫星视场角、最大俯仰角、最大滚转角和目标点的经纬度、最低成像质量参数计算出任务周期内满足卫星对目标成像要求的时间段，该时间段即为敏捷卫星对目标点观测窗口，观测窗口win
ik
的属性如下：win
ik
＝{i,k,wb
ik
,we
ik
,wt
ik
,x
ik
,ob
ik
,oe
ik
,b
ik
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，win
ik
为第i个目标点的第k个观测窗口，wb
ik
，we
ik
分别为win
ik
的开始时刻和结束时刻，wt
ik
为观测窗口中卫星俯仰角最小的时刻，x
ik
为该观测窗口是否加入任务序列的标志位，ob
ik
为任务执行开始时刻，oe
ik
为任务执行结束时刻，b
ik
为根据任务执行窗口计算的收益值。4.根据权利要求3所述的卫星多目标重复观测任务规划方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：将所有观测窗口进行一次聚类，并对一次聚类后的集合依次进行第一次评估，若当前集合中只有已观测过的任务点则只需对当前集合进行集合内任务规划；若当前集合中只有未观测过的任务点则需先对该集合进行一次集合内任务规划后对规划结果进行评估，若集合中存在剩余观测窗口为0且未被观测过的点则该集合需要进行二层聚类，否则直接输出规划结果；若当前集合中同时存在剩余观测窗口为0且未被观测过的目标点、剩余观测窗口不为0且未被观测过的目标点和已观测过的目标点，则需要进行三层聚类。5.根据权利要求4所述的卫星多目标重复观测任务规划方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：在规划过程中根据评估结果将任务集中的目标点进行分层聚类互不干扰的集合后分别进行集合内任务规划；任务点观测窗口聚类规则为：将任务点按照观测窗口开始时刻升序排列，从第一个观测窗口开始依次计算当前窗口结束时刻与下一个观测窗口开始时刻时间差，若时间差小于卫星所需最大姿态机动时间则这两个观测窗口属于同一集合，依次判断下一个观测窗口与后续观测窗口之间的关系；若时间差大于卫星所需最大姿态机动时间则这两个观测窗口属于不同集合，下一个目标点为另一个集合的首个目标点，依次判
断后续观测窗口之间的关系；集合内任务规划的方法为将集合内目标点按照观测窗口开始时刻由高到低排序，依次将满足约束的目标点逐个加入观测序列并将观测任务执行窗口向前调整；根据观测任务需求将目标点分为：剩余观测窗口为0且未被观测过的目标点，剩余观测窗口不为0且未被观测过的目标点，及已观测过的目标点三种，三种目标点的优先级从高到低按顺序排列；分层聚类的层数与当前集合内目标点种类有关，集合内若同时存在2种目标点则进行二层聚类，若同时存在3种目标点则进行三层聚类。6.根据权利要求5所述的卫星多目标重复观测任务规划方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：二层聚类流程：二层聚类面向含两种目标点集合的任务规划问题；将集合内优先级高的目标点单独作为一个集合进行集合内任务规划，根据任务规划结果对其任务执行窗口进行第一次聚类，聚类后的任务执行窗口被分为若干集合；将每个集合中的任务执行窗口按开始时刻升序排列，集合内第一个任务执行窗口的开始时刻即为这个集合的开始...
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