基于全球地理板块的遥感卫星自主任务规划方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于全球地理图层的遥感卫星自主任务规划方法及系统，能够自主运行、规划观测任务。根据任务规划结果，自主完成观测需求的提出、观测任务的聚合、生成动作序列，驱动相关指令执行，完成自主观测和任务的执行。本发明专利技术利用预存的全球地理图层，自主开展观测覆盖情况统计，对未观测区域进行任务规划、动作生成、指令执行，完成任务并更新覆盖统计结果，使得卫星具有自主运行能力，减轻地面运控复杂程度。本发明专利技术可以使遥控卫星在一定覆盖率的目标下，动态获取卫星资源占用情况，相比于地面获取的信息更高的准确性和实时性，在这样的约束条件下进行任务规划，可以更好地发挥卫星的使用效能。星的使用效能。星的使用效能。

【技术实现步骤摘要】
基于全球地理板块的遥感卫星自主任务规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及遥感卫星自主任务规划
，具体涉及基于全球地理板块的遥感卫星自主任务规划方法及系统。

技术介绍

[0002]遥感卫星是获取全球地理空间数据的重要手段之一，通常采取“全球连续覆盖”和“局部网格覆盖”两种摄影模式。作为指导遥感卫星智能自主地执行对地观测任务的唯一手段，遥感卫星自主任务规划技术效能的优劣对于对地观测活动的结果具有极大的影响。
[0003]传统的遥感卫星对地观测任务通常由地面发起，地面运控部门经过任务需求搜集、任务筹划、可见性计算、指令生成环节，在境内或利用中继弧段将符合星地接口约定的任务上传至卫星，在一定时间范围内完成对全球目标或网格目标的观测或地理信息产品的生产。
[0004]随着在轨卫星数量逐年增多、遥感卫星载荷种类愈加丰富、卫星应用模式逐步拓展、任务时效性要求逐渐提高，传统的星地大回路任务管控方式已经无法满足需求，对卫星的自主性要求进一步提升。随着卫星在轨服务时间的增加，要完成全球目标或网格目标地理信息产品的生产，地面运控部门需要统计卫星累计拍摄情况，分析出待拍摄的目标网格，有针对性地规划并驱动卫星执行观测任务。这也进一步提高了对地面运控部门的要求。
[0005]随着硬件与软件技术的发展，越来越多的遥感卫星具备了星载自主任务规划的能力，能通过卫星成像辅助信息预报、任务预处理、任务规划等环节自主生成对地观测任务、数据传输任务的可执行规划方案。如专利CN201811002619.0公开了一种具有多种规划模式的对地遥感卫星自主任务规划方法，通过多种模式的机制设计、协同方式设计、调度方法设计实现对于不同来源任务的实时规划，并通过长周期预先规划机制平衡卫星资源与任务收益，实现全局范围内的任务规划问题优化。
[0006]目前，遥感卫星自主任务规划问题的研究主要集中于敏捷卫星的动态任务规划、多星协同工作的规划与调度、任务规划中的资源调度与优化算法及卫星动态响应能力的提升方法，缺少从用户或地面运控部门对遥感数据长期获取、更新和使用需求角度设计的自主任务规划方法。因此，卫星在轨一年及以上的自主运行和自主观测能力不足，卫星使用效能较低。
[0007]特别地，对于测绘卫星来说，其使命任务是按照一定比例尺对全球或重点目标网格进行制图，并定期对地理信息产品进行维护更新，而地面运控部门进行测绘卫星任务规划时要考虑在一定时间范围内全球或重点目标的覆盖率、数据定期更新需求。大部分光学测绘卫星摄影和地理信息产品生产的目标为陆地网格，同时按照卫星配置载荷和运行轨道的不同，卫星单次任务规划的结果起始时刻不固定、地面覆盖轨迹不规则、单次任务时长灵活可变。综合考虑多种因素，地面运控部门对卫星的长期运行管理，全球或目标网格的覆盖和数据更新维护管理、针对未覆盖网格的任务规划等环节增加了地面运控的复杂度。
[0008]因此，目前亟需一种遥感卫星自主任务规划方法，能够在一定时间内，自主运行并
规划观测任务。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术提供了基于全球地理板块的遥感卫星自主任务规划方法及系统，能够自主运行、规划观测任务。
[0010]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0011]基于全球地理板块的遥感卫星自主任务规划方法，步骤包括：
[0012]接收观测任务前，遥感卫星预存全球地理板块，对全球地理板块进行网格划分，根据已执行的观测任务确定未观测网格。
[0013]接收观测任务后，根据观测任务和未观测网格的可见时间窗口，选择可执行观测任务的、一轨内的未观测网格，称为可观测网格；计算各可观测网格的观测收益，按观测收益大小升序排列，得到网格序列；计算观测收益的函数为每个要素与对应权重之积的和，要素为任务优先级、卫星观测数据和云层覆盖度。
[0014]根据网格序列进行当前观测任务的任务规划，并更新遥感卫星存储的全球地理板块中网格的已观测与否状态。
[0015]进一步的，根据网格序列进行当前观测任务的任务规划为：根据网格序列得到动作序列，根据可观测网格的可见时间窗口得到执行动作序列的开始时刻和结束时刻，完成任务规划。
[0016]进一步的，当一轨内存在大于1个未观测网格时，由约束条件限制哪些未观测网格进行观测。
[0017]进一步的，全球地理板块的存储形式为网格组成的全球地理图层，网格划分的范围为赤道向两极、从东经180
°
到西经180
°
的全球区域，每个网格的大小为1km
×
1km。
[0018]进一步的，网格划分的具体方式为：将全球地理板块划分为一系列等经纬度的网格，或将全球地理板块按照标称的星下点轨迹和载荷幅宽划分为固定宽度、长度不等的平行带状网格。
[0019]进一步的，在得到网格序列后，根据约束条件判断网格序列的可行性，可行时进入任务规划步骤，不可行时重新执行接收观测任务后的步骤。
[0020]基于全球地理板块的遥感卫星自主任务规划系统，包括：
[0021]地图处理模块预存全球地理板块并进行网格划分，根据已执行的观测任务确定未观测网格，发给任务规划模块；根据网格的已观测与否状态更新全球地理板块，将已更新的全球地理板块发给星地接口模块。
[0022]星地接口模块将观测任务发给任务规划模块；定期将已更新的全球地理板块发给地面。
[0023]云层观测模块将云层覆盖度发给任务规划模块。
[0024]任务规划模块根据观测任务和未观测网格的可见时间窗口，选择可执行观测任务的、一轨内的未观测网格，称为可观测网格；计算各可观测网格的观测收益，按观测收益大小升序排列，得到网格序列，发送给动作序列生成和执行模块；计算观测收益的函数为每个要素与对应权重之积的和，要素为任务优先级、卫星观测数据和云层覆盖度。
[0025]动作序列生成和执行模块根据网格序列得到动作序列，根据可观测网格的可见时
间窗口得到执行动作序列的开始时刻和结束时刻；控制遥感卫星执行动作序列，将网格的已观测与否状态发给地图处理模块。
[0026]进一步的，还包括资源管理模块，将约束条件发给任务规划模块；当一轨内存在大于1个未观测网格时，任务规划模块根据约束条件限制哪些未观测网格进行观测；在得到网格序列后，任务规划模块根据约束条件判断网格序列的可行性，可行时进入任务规划步骤，不可行时重新执行接收观测任务后的步骤。
[0027]有益效果：
[0028]1、本专利技术提出基于全球地理板块的遥感卫星自主任务规划方法及系统，能够在星上自主运行、规划观测任务。在星上执行观测任务规划，可以动态获取卫星资源的占用情况，约束条件更精确，相比于对地面获取的信息进行处理，具有更高的准确性和实时性，更好地发挥卫星的使用效能。在接收观测任务前，星上预存了全球地理板块，并划分出未观测网格；经观测收益、约束条件衡量排序，完成对观测任务的规划。根据任务规划，自主生成动作序列，驱动相关指令执行，完成自主观本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于全球地理板块的遥感卫星自主任务规划方法，其特征在于，步骤包括：接收观测任务前，遥感卫星预存全球地理板块，对全球地理板块进行网格划分，根据已执行的观测任务确定未观测网格；接收观测任务后，根据所述观测任务和未观测网格的可见时间窗口，选择可执行观测任务的、一轨内的未观测网格，称为可观测网格；计算各可观测网格的观测收益，按观测收益大小升序排列，得到网格序列；计算所述观测收益的函数为每个要素与对应权重之积的和，要素为任务优先级、卫星观测数据和云层覆盖度；根据网格序列进行当前观测任务的任务规划，并更新遥感卫星存储的全球地理板块中网格的已观测与否状态。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据网格序列进行当前观测任务的任务规划为：根据网格序列得到动作序列，根据可观测网格的可见时间窗口得到执行动作序列的开始时刻和结束时刻，完成任务规划。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当一轨内存在大于1个未观测网格时，由约束条件限制哪些未观测网格进行观测。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全球地理板块的存储形式为网格组成的全球地理图层，网格划分的范围为赤道向两极、从东经180
°
到西经180
°
的全球区域，每个网格的大小为1km
×
1km。5.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述网格划分的具体方式为：将全球地理板块划分为一系列等经纬度的网格，或将全球地理板块按照标称的星下点轨迹和载荷幅宽划分为固定宽度、长度不等的平行带状网格。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，景泉，王倩莹，郭倩蕊，李少辉，刘希刚，高洪涛，王家炜，戴君，郭高峰，苏传国，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：