本發(fā)明涉及衛(wèi)星觀測技術領域，尤其涉及一種用于星觀測的區(qū)域劃分方法。

背景技術：

衛(wèi)星對地觀測成像任務中，單顆衛(wèi)星無法在一次對目標區(qū)域的可見時間窗口內(nèi)完成觀測的目標區(qū)域為大面積目標區(qū)域。或者說，單顆衛(wèi)星在繞地球一周時間內(nèi)，無法在一次可見機會內(nèi)完成對大面積目標區(qū)域的觀測。因此需要對大面積區(qū)域進行合理地劃分，從而將任務分解為多個可由單顆衛(wèi)星在一次可見機會內(nèi)完成的元任務。

目前，用于衛(wèi)星觀測的區(qū)域劃分方法大多是采用目標區(qū)域的靜態(tài)分解方法，即預先以固定方式將目標區(qū)域分解為多個互不相交的小區(qū)域，然后再將其視為點目標進行調(diào)度。將目標區(qū)域分解的方案理論上有無數(shù)種，在這些方案中進行優(yōu)選需要進行海量的計算。

其中，將目標區(qū)域分解成衛(wèi)星掃描條帶的方法是預先將目標區(qū)域分解為衛(wèi)星掃描條帶的組合。在此種靜態(tài)分解模式下，只能采用多顆衛(wèi)星按既定的觀測順序逐個對給定目標區(qū)域進行觀測，因此需要耗費很長時間才能完成對給定目標區(qū)域的觀測，目標區(qū)域的觀測效率低。如果緊急任務插入到該任務前面或者在運行該任務時插入了緊急任務，則需要重新進行上述任務規(guī)劃。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出了一種用于多星協(xié)同觀測的任務規(guī)劃方法，其包括：s10：從對目標區(qū)域可見的衛(wèi)星的集合中選擇一顆衛(wèi)星，設置多條延伸方向與該衛(wèi)星的星下點軌跡的延伸方向相同且均橫跨目標區(qū)域的衛(wèi)星掃描條帶，多條衛(wèi)星掃描條帶將目標區(qū)域完全覆蓋；s20：衛(wèi)星沿多條衛(wèi)星掃描條帶中的一條與目標區(qū)域重疊面積最大的衛(wèi)星掃描條帶對目標區(qū)域進行拍攝，將目標區(qū)域中被衛(wèi)星掃描條帶所覆蓋的部分從目標區(qū)域中去除，將其剩余部分作為新的目標區(qū)域；s30：判斷目標區(qū)域已去除部分的面積與初始目標區(qū)域的面積之比是否達到預設的覆蓋率以上，若大于或等于預設的覆蓋率則停止，否則進行步驟s10。

在一個具體的實施例中，在步驟s10中，多條衛(wèi)星掃描條帶并排設置，且位于最外側的一條衛(wèi)星掃描條帶的側邊與目標區(qū)域最外側的一點重合。

在一個具體的實施例中，在步驟s20中，若多條衛(wèi)星掃描條帶中存在覆蓋目標區(qū)域的面積同為最大的兩個以上的衛(wèi)星掃描條帶，選取側邊最靠近目標區(qū)域邊緣的一條。

在一個具體的實施例中，在步驟s20中，在多條衛(wèi)星掃描條帶中，單條衛(wèi)星掃描條帶所覆蓋的目標區(qū)域在衛(wèi)星掃描條帶延伸方向上距離最遠的兩點之間的距離最大的一個作為與目標區(qū)域重疊面積最大的衛(wèi)星掃描條帶。

在一個具體的實施例中，在步驟s20中，在衛(wèi)星對目標區(qū)域進行拍攝前，對與目標區(qū)域重疊面積最大的衛(wèi)星掃描條帶進行裁剪以使得衛(wèi)星掃描條帶剛好覆蓋目標區(qū)域。

在一個具體的實施例中，在步驟s30中，目標區(qū)域已去除部分的面積等于每次進行步驟s20時所去除的目標區(qū)域部分的面積之和。

在一個具體的實施例中，預設的覆蓋率取值范圍為80％～100％。

在一個具體的實施例中，任務規(guī)劃方法還包括在步驟s10之前實施的步驟s01，s01：從多顆衛(wèi)星中篩選出在未來一段預設時間內(nèi)對目標區(qū)域可見的衛(wèi)星。

在一個具體的實施例中，任務規(guī)劃方法還包括在步驟s01之前實施的步驟s00，步驟s00：將目標區(qū)域邊緣進行凸化處理，使目標區(qū)域變成完全覆蓋原目標區(qū)域的凸多邊形區(qū)域。

在一個具體的實施例中，在步驟s10中，在設置多條衛(wèi)星掃描條帶之前，判斷目標區(qū)域能否被一條延伸方向與該衛(wèi)星的星下點軌跡的延伸方向相同的衛(wèi)星掃描條帶所完全覆蓋，若能則衛(wèi)星依據(jù)這條衛(wèi)星掃描條帶對區(qū)域目標進行拍攝，然后停止；否則，繼續(xù)完成s10中的余下步驟。

采用上述任務規(guī)劃方法對目標區(qū)域進行任務管理和規(guī)劃，即便有突發(fā)緊急任務需要優(yōu)先處理也僅需暫停當前任務，處理完緊急任務后重新跳轉到步驟s10繼續(xù)進行當前任務，無需重新對整個任務進行再次規(guī)劃，尤其是存在多個這種任務時無需對所有未完成的任務進行重新規(guī)劃，這樣就能更好的應對突發(fā)緊急任務。另外，衛(wèi)星沿一條與目標區(qū)域重疊面積最大的衛(wèi)星掃描條帶進行拍攝能保證每次拍攝的效率最大化，從而減少任務時間，尤其是星載能源的電量有限，這樣進行掃描能減小衛(wèi)星的能源消耗、延長衛(wèi)星的工作時間。

附圖說明

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明進行更詳細的描述。其中：

圖1為本發(fā)明的一種實施例中的用于多星協(xié)同觀測的任務規(guī)劃方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明的一種實施例中的目標區(qū)域的示意圖；

圖3為本發(fā)明的一種實施例中的被矩形圍合的目標區(qū)域的示意圖；

圖4為本發(fā)明的一種實施例中的被覆蓋多條衛(wèi)星掃描條帶的目標區(qū)域的示意圖；

圖5為本發(fā)明的一種實施例中的新的目標區(qū)域的示意圖；

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖并未按照實際的比例繪制。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

圖1顯示了本實施例中的一種用于多星協(xié)同觀測的任務規(guī)劃方法，這種方法采用多顆衛(wèi)星對目標區(qū)域1進行觀測，其包括以下步驟：

s01：從多顆衛(wèi)星中篩選出在未來一段預設時間內(nèi)對目標區(qū)域1可見的衛(wèi)星。

對每顆衛(wèi)星進行軌道預報，獲得每顆衛(wèi)星在未來一段預設時間內(nèi)對目標區(qū)域1的可見時間窗口，排除沒有可見時間窗口的衛(wèi)星，這些衛(wèi)星不再參與該任務。該預設時間通常在用戶對完成任務的總時間段的要求以內(nèi)。衛(wèi)星在可見時間窗口內(nèi)其遙感器能至少能進行一次橫跨目標區(qū)域1的拍攝。這樣，剩余的衛(wèi)星在可見時間窗口內(nèi)其遙感器能拍攝到目標區(qū)域1的圖像。

優(yōu)選地，還根據(jù)圖像的最低分辨率要求排除傳感器的分辨率小于預設最低分辨率的衛(wèi)星。這樣，剩余的衛(wèi)星的遙感器拍攝到的圖像能達到分辨率要求。

s10：從對目標區(qū)域1可見的衛(wèi)星的集合中選擇一顆衛(wèi)星，根據(jù)該衛(wèi)星的拍攝能力依次并排設置多條延伸方向與星下點軌跡的延伸方向相同、均覆蓋在目標區(qū)域1上且橫跨目標區(qū)域1的衛(wèi)星掃描條帶3，多條衛(wèi)星掃描條帶3將目標區(qū)域1完全覆蓋。

衛(wèi)星在地面的投影點稱為星下點，衛(wèi)星運動和地球自轉使星下點在地球表面移動形成星下點軌跡。星下點軌跡在目標區(qū)域1附近的部分可以近似看成一條直線。設置一個矩形2將目標區(qū)域1容納起來，矩形2的一條邊平行于星下點軌跡，矩形2的邊正好圍合住目標區(qū)域1。目標區(qū)域1在矩形2的四條邊所對應的四個方向上最外側的一點在與所對應的矩形2的邊上。這四個點分別為衛(wèi)星對目標區(qū)域1的最早可見點、最晚可見點以及兩個最大滾動角可見頂點。最早可見點和最晚可見點分別位于星下點軌跡兩端所指向的方位，兩個最大滾動角可見頂點分別位于垂直于星下點軌跡的兩個方位。

衛(wèi)星掃描條帶3通常為矩形的長條。衛(wèi)星掃描條帶3與目標區(qū)域1位于同一平面。布置多條衛(wèi)星掃描條帶3，衛(wèi)星掃描條帶3的延伸方向均與星下點軌跡平行。多條衛(wèi)星掃描條帶3并排布置，相鄰的兩條衛(wèi)星掃描條帶3相接。單條衛(wèi)星掃描條帶3的寬度由衛(wèi)星的拍攝能力所決定，單條衛(wèi)星掃描條帶3的寬度等于該衛(wèi)星對目標區(qū)域1進行一次掃描的條帶的寬度，該寬度主要由衛(wèi)星的視場角的大小所決定。通常將在衛(wèi)星的最大測擺范圍內(nèi)，以衛(wèi)星的視場角大小所對應的幅寬作為衛(wèi)星掃描條帶3的寬度。多條衛(wèi)星掃描條帶3將目標區(qū)域1完全覆蓋。優(yōu)選地，位于最外側的一條衛(wèi)星掃描條帶3的側邊與目標區(qū)域1最外側的一點重合，這樣可以盡量減少該步驟中的衛(wèi)星掃描條帶3的數(shù)量，從而減少計算量。衛(wèi)星掃描條帶3的兩端均延伸出或平齊于目標區(qū)域1的邊緣，或者一端延伸出目標區(qū)域1的邊緣、另一端平齊于目標區(qū)域1的邊緣。衛(wèi)星掃描條帶3的端部上的任意一點不在目標區(qū)域1的邊緣以內(nèi)。在本實施例中，多條衛(wèi)星掃描條帶3的兩端分別與矩形2相對的兩條邊平齊，這樣能簡化計算、減少計算量。

優(yōu)選地，在步驟s10中，從對目標區(qū)域1可見的衛(wèi)星的集合中選擇出的衛(wèi)星為最先能對目標區(qū)域1進行觀測的衛(wèi)星。這樣就能大大減小總任務時間。

優(yōu)選地，在步驟s10中，從對目標區(qū)域1可見的衛(wèi)星的集合中選擇出的衛(wèi)星為在該集合內(nèi)未進行過拍攝的衛(wèi)星中相機幅寬最大的衛(wèi)星。這樣，衛(wèi)星每次拍攝到的圖像為最寬的圖像，并且在圖像最寬的前提下該圖像還是最長的圖像，由此提高衛(wèi)星拍攝的資源利用效率，節(jié)約了星載資源。

s20：衛(wèi)星沿多條衛(wèi)星掃描條帶3中的一條與目標區(qū)域1重疊面積最大的衛(wèi)星掃描條帶3a對目標區(qū)域1進行拍攝，并將該目標區(qū)域1中被衛(wèi)星掃描條帶3a所覆蓋的部分從目標區(qū)域1中去除，將其剩余部分作為新的目標區(qū)域4。

衛(wèi)星沿一條與目標區(qū)域1重疊面積最大的衛(wèi)星掃描條帶3a進行掃描能保證每次掃描的效率最大化，從而減少任務時間，尤其是星載能源的電量有限，這樣進行掃描能減小衛(wèi)星的能源消耗、延長衛(wèi)星的工作時間。若這些衛(wèi)星掃描條帶3中存在覆蓋目標區(qū)域1的面積同為最大的兩個以上的衛(wèi)星掃描條帶，則選取其中的任意一個。優(yōu)選地，若多條衛(wèi)星掃描條帶3中存在覆蓋目標區(qū)域1的面積同為最大的兩個以上的衛(wèi)星掃描條帶，選取側邊最靠近目標區(qū)域1邊緣的一條。這樣能盡可能降低新生成的目標區(qū)域1的破碎程度，從而減少計算量。優(yōu)選地，在多條衛(wèi)星掃描條帶3中，單條衛(wèi)星掃描條帶3所覆蓋的目標區(qū)域1在衛(wèi)星掃描條帶3延伸方向上距離最遠的兩點之間的距離最大的一個作為與目標區(qū)域1重疊面積最大的衛(wèi)星掃描條帶3a。單條掃描條帶所覆蓋的目標區(qū)域1內(nèi)相互距離最遠的兩點通常為這部分目標區(qū)域1的兩端分別最靠近該衛(wèi)星掃描條帶3兩端的點，取這些衛(wèi)星掃描條帶3中這兩點距離最大的一條作為與目標區(qū)域1重疊面積最大的衛(wèi)星掃描條帶3a。這樣就大大簡化了哪條衛(wèi)星掃描條帶所覆蓋的目標區(qū)域1的面積為最大的判斷。

優(yōu)選地，在衛(wèi)星進行拍攝前，對衛(wèi)星掃描條帶3a進行裁剪以使得衛(wèi)星掃描條帶3a剛好覆蓋目標區(qū)域1。這就使得衛(wèi)星掃描條帶3a的兩端分別與其所覆蓋的目標區(qū)域1部分相對的兩端的最外側的一點平齊。對衛(wèi)星掃描條帶3a兩端冗余部分的裁剪可以是采用二分法判斷衛(wèi)星掃描條帶3a與目標區(qū)域1是否相交，若相交則去除衛(wèi)星掃描條帶3a超出目標區(qū)域1以外的冗余部分。這樣能進一步地提高衛(wèi)星資源的利用效率。

將該目標區(qū)域1中被衛(wèi)星掃描條帶3a所覆蓋的部分從目標區(qū)域1中去，將其剩余部分作為新的目標區(qū)域4。

s30：判斷目標區(qū)域1已去除部分的面積與初始目標區(qū)域1的面積之比是否達到預設的覆蓋率以上，若大于或等于預設的覆蓋率則停止，否則進行步驟s10。

對每次進行步驟s20所選出的衛(wèi)星掃描條帶3a所覆蓋的區(qū)域求并集得到衛(wèi)星掃描條帶3a覆蓋的總區(qū)域，將該總區(qū)域與初始目標區(qū)域1求交集得到目標區(qū)域1已去除部分的區(qū)域，將該區(qū)域所占面積與初始區(qū)域所占面積之比與預設的覆蓋率進行比較，若大于或等于預設的覆蓋率則停止。優(yōu)選地，目標區(qū)域1已去除部分的面積等于每次進行步驟s20時所去除的目標區(qū)域1部分的面積之和。這樣計算更簡便。覆蓋率表示對目標區(qū)域1觀測所獲得的圖像的完整度要求，并不是所有的任務都要求百分之百的將目標區(qū)域1都觀測到，該預設的覆蓋率為在單次任務中對所獲得的圖像的完整度的最低要求。預設的覆蓋率取值范圍優(yōu)選為80％～100％，這樣圖像采集較為完整。若達不到最低要求則需要繼續(xù)進行采集，進入到步驟s10中。

采用這種方法對目標區(qū)域1進行觀測時，即便有突發(fā)緊急任務需要優(yōu)先處理也僅需暫停當前任務，處理完緊急任務后重新跳轉到步驟s10繼續(xù)進行當前任務，無需重新對整個任務進行再次規(guī)劃，這樣就能更好的應對突發(fā)緊急任務。尤其是，有突發(fā)緊急任務插入到該任務之前時，對采用該方法完成任務毫無影響。

優(yōu)選地，在進行步驟s01之前，先進行步驟s00。步驟s00：將目標區(qū)域邊緣進行凸化處理，使目標區(qū)域變成凸多邊形區(qū)域，凸多邊形區(qū)域完全覆蓋原目標區(qū)域。這樣更便于后續(xù)步驟中對衛(wèi)星掃描條帶3a的面積的計算，簡化計算量。

優(yōu)選地，在步驟s10中，在設置多條衛(wèi)星掃描條帶之前，判斷目標區(qū)域能否被一條延伸方向與該衛(wèi)星的星下點軌跡的延伸方向相同的衛(wèi)星掃描條帶所完全覆蓋，若能則衛(wèi)星依據(jù)這條衛(wèi)星掃描條帶對區(qū)域目標進行拍攝，然后停止；否則，繼續(xù)設置多條衛(wèi)星掃描條帶，完成s10中的余下步驟。當步驟s30中新生成的目標區(qū)域可以僅被一條衛(wèi)星掃描條帶所覆蓋時，按照該衛(wèi)星掃描條帶進行覆蓋即完成了任務，而不必繼續(xù)設置多條衛(wèi)星掃描條帶并從中進行選取。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構沖突，各個實施例中所提到的各項技術特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的范圍內(nèi)的所有技術方案。