一種基于可變滑動(dòng)窗口的敏捷衛(wèi)星時(shí)序規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于可變滑動(dòng)窗口的敏捷衛(wèi)星時(shí)序規(guī)劃方法，特別適用于敏捷成 像衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界航天技術(shù)的不斷發(fā)展，航天強(qiáng)國(guó)都相繼開(kāi)展了敏捷成像衛(wèi)星研制項(xiàng)目， 我國(guó)在未來(lái)的若干年內(nèi)也將重點(diǎn)發(fā)展高分辨率敏捷對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星。敏捷衛(wèi)星最大的特點(diǎn)是 對(duì)目標(biāo)的可成像窗口變長(zhǎng)，也即對(duì)目標(biāo)的成像時(shí)機(jī)的選擇增多，同時(shí)較之傳統(tǒng)衛(wèi)星的成像 特點(diǎn)，敏捷衛(wèi)星相鄰的成像任務(wù)之間因?yàn)樽藨B(tài)轉(zhuǎn)換的要求產(chǎn)生了更加緊密的相互影響，這 些都對(duì)敏捷衛(wèi)星的任務(wù)規(guī)劃帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。
[0003] 非敏捷衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃經(jīng)典算法有遺傳算法，模擬退火算法和貪婪算法等。隨著敏 捷衛(wèi)星成像時(shí)機(jī)的增多和相鄰任務(wù)姿態(tài)轉(zhuǎn)換之間的緊密影響，這些算法在敏捷衛(wèi)星任務(wù)規(guī) 劃應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)時(shí)間復(fù)雜度增大、指定和高優(yōu)先級(jí)目標(biāo)安排率無(wú)法保證甚至由組合爆炸而 產(chǎn)生NP-hard問(wèn)題等，從而限制了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所需解決的技術(shù)問(wèn)題在于避免上述【背景技術(shù)】中的不足之處而提供一種基 于可變滑動(dòng)窗口的敏捷衛(wèi)星時(shí)序規(guī)劃方法。本發(fā)明具有算法簡(jiǎn)單易懂、可理解性強(qiáng)、易于工 程實(shí)施、實(shí)際復(fù)雜度低等特點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種基于可變滑動(dòng)窗口的敏捷衛(wèi)星時(shí)序規(guī)劃方法，其特征在于包括以下步驟：
[0007] (1)獲取待觀測(cè)目標(biāo)集，確定所有待觀測(cè)目標(biāo)的原始可成像窗口，并建立空的觀測(cè) 目標(biāo)隊(duì)列；
[0008] (2)根據(jù)優(yōu)先級(jí)，對(duì)待觀測(cè)目標(biāo)進(jìn)行排序，得到最高優(yōu)先級(jí)待觀測(cè)目標(biāo)并將該最高 優(yōu)先級(jí)待觀測(cè)目標(biāo)設(shè)定為當(dāng)前最高優(yōu)先級(jí)待觀測(cè)目標(biāo)；
[0009] (3)以原始可成像窗口的起始時(shí)間先后為依據(jù)，向觀測(cè)目標(biāo)隊(duì)列中插入當(dāng)前最高 優(yōu)先級(jí)待觀測(cè)目標(biāo)；
[0010] ⑷根據(jù)相鄰目標(biāo)原始可成像窗口和姿態(tài)轉(zhuǎn)換約束，分別計(jì)算觀測(cè)目標(biāo)隊(duì)列中所 有目標(biāo)的可變滑動(dòng)成像窗口，分別判斷觀測(cè)目標(biāo)隊(duì)列中的所有目標(biāo)的可變滑動(dòng)窗口長(zhǎng)度是 否小于其實(shí)際成像窗口長(zhǎng)度，是則舍棄該插入的待觀測(cè)目標(biāo)，否則插入成功，更新觀測(cè)目標(biāo) 隊(duì)列和待觀測(cè)目標(biāo)集，得到新的最高優(yōu)先級(jí)待觀測(cè)目標(biāo)并將該新的最高優(yōu)先級(jí)待觀測(cè)目標(biāo) 設(shè)定為當(dāng)如最尚優(yōu)先級(jí)待觀測(cè)目標(biāo)；
[0011] (5)循環(huán)步驟⑶至（4)直至待觀測(cè)目標(biāo)集中所有目標(biāo)遍歷完畢；
[0012] (6)獲取觀測(cè)目標(biāo)隊(duì)列中所有觀測(cè)目標(biāo)的可變滑動(dòng)成像窗口；
[0013] (7)確定所有觀測(cè)目標(biāo)的實(shí)際成像窗口；
[0014] 其中，步驟（4)中根據(jù)相鄰目標(biāo)原始可成像窗口和姿態(tài)轉(zhuǎn)換約束，分別計(jì)算觀測(cè) 目標(biāo)隊(duì)列中所有目標(biāo)的可變滑動(dòng)成像窗口，具體為：
[0015] 按優(yōu)先級(jí)降低的順序，以原始可成像窗口的起始時(shí)間先后為依據(jù)，向觀測(cè)目標(biāo)隊(duì) 列中插入目標(biāo)，假定待觀測(cè)目標(biāo)2的原始可成像起始時(shí)間不小于待觀測(cè)目標(biāo)1的原始可成 像起始時(shí)間，即# > ^，此時(shí)優(yōu)先級(jí)次高目標(biāo)2在優(yōu)先級(jí)最高目標(biāo)1之后插入，最早觀測(cè)目 標(biāo)1的窗口為kKl，那么目標(biāo)1的最早觀測(cè)結(jié)束時(shí)間4決定了目標(biāo)2的最早觀測(cè)開(kāi)始時(shí) 間皂，根據(jù)約束公式可數(shù)值計(jì)算獲得目標(biāo)2的最早觀測(cè)開(kāi)始時(shí)間4， m - 這里ω為已知的姿態(tài)轉(zhuǎn)換角速度，=/g)和a〖:1 分別為與時(shí)間洽和給對(duì)應(yīng)的 姿態(tài)合成角，f( ·)為已知的函數(shù)關(guān)系；最遲觀測(cè)目標(biāo)2的窗口為4]，那么目標(biāo)2的最 遲觀測(cè)開(kāi)始時(shí)間益決定了目標(biāo)1的最遲觀測(cè)結(jié)束時(shí)間^，同樣根據(jù)姿態(tài)轉(zhuǎn)換約束公式可計(jì) 算獲得目標(biāo)1的最遲觀測(cè)結(jié)束時(shí)間4，至此，可求得目標(biāo)1的滑動(dòng)成像窗口 P和目標(biāo)2 的滑動(dòng)成像窗口
[0016] 其中，步驟（3)中向觀測(cè)目標(biāo)隊(duì)列中插入當(dāng)前最高優(yōu)先級(jí)待觀測(cè)目標(biāo)的插入方 式，具體包括：
[0017] a)如果待觀測(cè)目標(biāo)在隊(duì)列頭部插入，則將影響其后所有目標(biāo)成像滑動(dòng)窗口的頭 部；插入目標(biāo)自身成像滑動(dòng)窗口的頭部不受影響，尾部受其后面相鄰觀測(cè)目標(biāo)的尾部影 響；
[0018] b)如果待觀測(cè)目標(biāo)在隊(duì)列中間插入，則插入目標(biāo)自身頭部受其前面相鄰任務(wù)的頭 部影響，并將影響其后所有目標(biāo)成像滑動(dòng)窗口的頭部；插入目標(biāo)自身尾部受其后面相鄰任 務(wù)的尾部影響，并將影響其前所有目標(biāo)成像滑動(dòng)窗口的尾部；
[0019] c)如果待插入目標(biāo)在隊(duì)列尾部插入，則將影響其前所有目標(biāo)成像滑動(dòng)窗口的尾 部；插入目標(biāo)自身成像滑動(dòng)窗口的尾部不受影響，頭部受其前面相鄰任務(wù)的頭部影響；
[0020] d)針對(duì)重新生成的觀測(cè)目標(biāo)隊(duì)列，根據(jù)每個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)成像窗口長(zhǎng)度和該目 標(biāo)成像窗口長(zhǎng)度相比較，判定新目標(biāo)的插入可行性。
[0021] 完成基于可變滑動(dòng)窗口的敏捷衛(wèi)星時(shí)序規(guī)劃。
[0022] 本發(fā)明與【背景技術(shù)】中非敏捷衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃算法相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 1、本發(fā)明首先考慮了目標(biāo)優(yōu)先級(jí)，在實(shí)際工程應(yīng)用中能夠確保高優(yōu)先級(jí)目標(biāo)和衛(wèi) 星用戶指定目標(biāo)能夠被安排；
[0024] 2、本發(fā)明具有較低的時(shí)間復(fù)雜度，避免出現(xiàn)組合爆炸和NP-hard問(wèn)題；
[0025] 3、本發(fā)明還具有邏輯清晰易懂，靈活度高、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1為三個(gè)目標(biāo)滑動(dòng)成像窗口示意；
[0027] 圖2為單目標(biāo)滑動(dòng)滑動(dòng)成像窗口示意；
[0028] 圖3為兩個(gè)目標(biāo)滑動(dòng)成像窗口示意；
[0029] 圖4為三個(gè)目標(biāo)滑動(dòng)成像窗口示意；
[0030] 圖5觀測(cè)目標(biāo)隊(duì)列頭部插入待觀測(cè)目標(biāo)對(duì)滑動(dòng)成像窗口的影響示意；
[0031 ] 圖6觀測(cè)目標(biāo)隊(duì)列中間插入待觀測(cè)目標(biāo)對(duì)滑動(dòng)成像窗口的影響示意；
[0032] 圖7觀測(cè)目標(biāo)隊(duì)列尾部插入待觀測(cè)目標(biāo)對(duì)滑動(dòng)成像窗口的影響示意；
[0033] 圖8為依據(jù)衛(wèi)星未俯仰情況下的成像窗口和滑動(dòng)成像窗口判定目標(biāo)實(shí)際成像窗 □示意。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面，結(jié)合圖1至圖8對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0035] -種基于可變滑動(dòng)窗口的敏捷衛(wèi)星時(shí)序規(guī)劃方法，其特征在于包括以下步驟：
[0036] (1)假定所有待觀測(cè)目標(biāo)的原始可成像窗口 [r/, ?了 j,.; = U,···，如圖2所示， 同時(shí)假定目標(biāo)的成像窗口長(zhǎng)度為Ali = 1，2, ···，!!，衛(wèi)星未俯仰情況下的成像窗口為 Ιγ,'Γ,?,/ == 1,2.…，》，其中η為待觀測(cè)目標(biāo)數(shù)，這里原始可成像窗口的長(zhǎng)度均相等，并建 立空的觀測(cè)目標(biāo)隊(duì)列；
[0037] (2)根據(jù)目標(biāo)優(yōu)先級(jí)PRI1J = 1，2，···，η，由高到低對(duì)待觀測(cè)目標(biāo)進(jìn)行排序，得到 最尚優(yōu)先級(jí)待觀測(cè)目標(biāo)并將該最尚優(yōu)先級(jí)待觀測(cè)目標(biāo)設(shè)定為當(dāng)如最尚優(yōu)先級(jí)待觀測(cè)目標(biāo)， 向觀測(cè)目標(biāo)隊(duì)列中插入最高優(yōu)先級(jí)待觀測(cè)目標(biāo)，更新待觀測(cè)目標(biāo)集；
[0038] (3)以原始可成像窗口的起始時(shí)間先后為依據(jù)，向觀測(cè)目標(biāo)隊(duì)列中插入當(dāng)前最高 優(yōu)先級(jí)待觀測(cè)目標(biāo)，如圖3所示，這里假定較Hf，此時(shí)目標(biāo)2 (優(yōu)先級(jí)次高）在目標(biāo)1 (優(yōu) 先級(jí)最高）之后插入，根據(jù)圖3,最早觀測(cè)目標(biāo)1的窗口為那么目標(biāo)1的最早觀測(cè) 結(jié)束時(shí)間治決定了目標(biāo)2的最早觀測(cè)開(kāi)始時(shí)間4，根據(jù)約束公式? < (64 - G ；)可數(shù) 0> " 值計(jì)算獲得目標(biāo)2的最早觀測(cè)開(kāi)始時(shí)間4，這里ω為已知的姿態(tài)轉(zhuǎn)換角速度，<