專利名稱：一種基于成像質(zhì)量預(yù)估的任務(wù)預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃與調(diào)度領(lǐng)域，涉及一種衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃過程中的任務(wù)預(yù)處理方法。
背景技術(shù)：
快速姿態(tài)機(jī)動成像衛(wèi)星借助快速姿態(tài)機(jī)動能力，可實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜成像模式。與采用星下點(diǎn)成像的傳統(tǒng)對地觀測衛(wèi)星相比，快速姿態(tài)機(jī)動能力大大增加了衛(wèi)星對目標(biāo)的觀測機(jī)會，因而具有更強(qiáng)的觀測能力?？焖僮藨B(tài)機(jī)動成像衛(wèi)星的每一種成像模式都伴隨著多個姿態(tài)機(jī)動、相機(jī)開關(guān)機(jī)等操作，這些操作形成一個前后連貫的控制指令序列。由于指令繁多，無法保證指令編排和上注的可靠性和指令執(zhí)行的實(shí)時性問題，因此必須建立一套任務(wù)規(guī)劃與調(diào)度系統(tǒng)，完成大批量觀測任務(wù)的自動化分析與處理。對任務(wù)的預(yù)處理是快速姿態(tài)機(jī)動成像衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。任務(wù)預(yù)處理方法在多篇公開文獻(xiàn)中已有描述，如劉雄在2006年第23卷7期《計(jì)算機(jī)仿真》上發(fā)表的《衛(wèi)星全球普查任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)預(yù)處理模塊的開發(fā)》，李曦在其碩士畢業(yè)論文《多星區(qū)域觀測任務(wù)的效率優(yōu)化方法研究》，以及李菊芳在其博士畢業(yè)論文《航天偵察多星多地面站任務(wù)規(guī)劃問題研究》中，都提到了對觀測任務(wù)進(jìn)行預(yù)處理。這些文獻(xiàn)都是采用STK軟件進(jìn)行任務(wù)預(yù)處理的， 其基本步驟為在STK軟件中構(gòu)造仿真場景，建立衛(wèi)星、地面目標(biāo)和傳感器等仿真實(shí)體，設(shè)置衛(wèi)星軌道、傳感器視場等參數(shù)，即可通過傳感器與目標(biāo)的可見時間得到時間窗口數(shù)據(jù)。這種方法實(shí)現(xiàn)簡單，在衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃方法研究和軟件產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。但是，基于STK 軟件進(jìn)行任務(wù)預(yù)處理，會使得最終的優(yōu)化結(jié)果受到STK軟件的影響，STK軟件的誤差也不可避免的會帶入到最終的優(yōu)化結(jié)果中，并且這種方法沒有考慮不同觀測條件下圖像質(zhì)量的變化，如衛(wèi)星側(cè)擺角或俯仰角過大時圖像的分辨率下降等問題。針對上述問題，也有部分文獻(xiàn)在時間窗口計(jì)算過程中引入了對圖像質(zhì)量因素的考慮，如宗建建在2005年第沈卷6期《計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)》上發(fā)表的“衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)時間窗口模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”一文，將時間窗口長度、分辨率和目標(biāo)太陽高度角作為時間窗口計(jì)算的三項(xiàng)主要約束來確定時間窗口，當(dāng)這三項(xiàng)約束比預(yù)設(shè)臨界值差時剔除時間窗口。實(shí)際上，衛(wèi)星圖像質(zhì)量的影響因素眾多，根據(jù)衛(wèi)星設(shè)計(jì)和任務(wù)需求的不同，評定方法也具有多樣化，僅僅挑取其中有限的幾項(xiàng)參數(shù)作為圖像質(zhì)量估計(jì)的指標(biāo)難以滿足不同的需求，如有的觀測目標(biāo)圖像質(zhì)量側(cè)重于幾何分辨率，而有的側(cè)重于信噪比，也有可能引入其它指標(biāo)。此外，快速姿態(tài)機(jī)動成像衛(wèi)星由于具備大角度姿態(tài)機(jī)動能力，在同一段可見時間區(qū)間采用不同姿態(tài)角對同一目標(biāo)進(jìn)行觀測時成像質(zhì)量存在很大差異，因此該方法對快速姿態(tài)機(jī)動成像衛(wèi)星不適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種通用性強(qiáng)的基于成像質(zhì)量預(yù)估的衛(wèi)星任務(wù)預(yù)處理方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種基于成像質(zhì)量預(yù)估的任務(wù)預(yù)處理方法，步驟如下(1)根據(jù)相機(jī)幅寬將任務(wù)區(qū)域條帶劃分；(2)根據(jù)衛(wèi)星的最大俯仰角和最大滾動角以及任務(wù)條帶信息確定衛(wèi)星對各條帶的可見時間區(qū)間[、，tn]，剔除無可見時間區(qū)間及時間區(qū)間在地影區(qū)的任務(wù)；每個條帶的可見時間區(qū)間[t0，tn]由衛(wèi)星對該條帶四個頂點(diǎn)的可見時間區(qū)間[ti;t2]k,k= 1，2，3，4求交集并剔除在地影區(qū)的時間區(qū)間后得到；衛(wèi)星對條帶單個頂點(diǎn)的可見時間區(qū)間由衛(wèi)星的最大俯仰角和最大滾動角確定；(3)將調(diào)制傳遞函數(shù)MTF、推掃方向的幾何分辨率、線陣方向的幾何分辨率、信噪比和幅寬作為影響圖像質(zhì)量的主要因素，在步驟⑵確定的可見時間區(qū)間[t^tj內(nèi)將圖像質(zhì)量表示為時間的一元函數(shù)R(t)，
權(quán)利要求
1. 一種基于成像質(zhì)量預(yù)估的任務(wù)預(yù)處理方法，其特征在于步驟如下(1)根據(jù)相機(jī)幅寬將任務(wù)區(qū)域條帶劃分；(2)根據(jù)衛(wèi)星的最大俯仰角和最大滾動角以及任務(wù)條帶信息確定衛(wèi)星對各條帶的可見時間區(qū)間[、，tn]，剔除無可見時間區(qū)間及時間區(qū)間在地影區(qū)的任務(wù)；每個條帶的可見時間區(qū)間[tytj由衛(wèi)星對該條帶四個頂點(diǎn)的可見時間區(qū)間[tptjpk= 1，2，3，4求交集并剔除在地影區(qū)的時間區(qū)間后得到；衛(wèi)星對條帶單個頂點(diǎn)的可見時間區(qū)間由衛(wèi)星的最大俯仰角和最大滾動角確定；(3)將調(diào)制傳遞函數(shù)MTF、推掃方向的幾何分辨率、線陣方向的幾何分辨率、信噪比和幅寬作為影響圖像質(zhì)量的主要因素，在步驟⑵確定的可見時間區(qū)間[t^tj內(nèi)將圖像質(zhì)量表示為時間的一元函數(shù)R(t)，R (t) 一 rI ItfRmtf+ rI GSDx^GSDx (t) + rI GSDy^GSDy (t) + rI snr^snr (t) + 1I breath^breath (t)，式中 rI MTF+ rI GSDx+ rI GSDy+ ^ snr+ ^ breath =丄，RmTF，RqSDx (^)，^GSDy (^)，^snr (^)，^breath (^)分另1J為調(diào)制傳遞函數(shù)MTF、推掃方向的幾何分辨率、線陣方向的幾何分辨率、信噪比和幅寬與時間的一元函數(shù)關(guān)系；(4)采用步驟C3)得到的一元函數(shù)表達(dá)式分別計(jì)算在步驟O)中確定的可見時間區(qū)^o + tn間[to, tn]的兩個端點(diǎn)t0和tn以及區(qū)間中間點(diǎn)一1_的圖像質(zhì)量R0 = R(t0)，Rn = R(tn)，Rmid =)；2(5)記最低許可成像質(zhì)量為IV將&與步驟(4)得到的Rtl，Rn,Rfflax進(jìn)行比較，確定滿足成像質(zhì)量要求的可見時間區(qū)間，剔除不滿足成像質(zhì)量要求的任務(wù)；(6)采用弦截法計(jì)算每個任務(wù)條帶的觀測持續(xù)時間Tlast，Tlast為從該條帶最先觀測的頂點(diǎn)開始到該條帶最后觀測的頂點(diǎn)結(jié)束所持續(xù)的時間；當(dāng)任務(wù)條帶的觀測持續(xù)時間Tlast小于步驟(5)的任務(wù)觀測窗口時間區(qū)間長度時，該任務(wù)為可執(zhí)行任務(wù)，將所有可執(zhí)行任務(wù)提交給任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃與調(diào)度。
全文摘要
一種基于成像質(zhì)量預(yù)估的任務(wù)預(yù)處理方法，首先根據(jù)衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)、姿態(tài)機(jī)動能力和地面目標(biāo)位置信息，計(jì)算衛(wèi)星對地面目標(biāo)的可見時間窗口，從任務(wù)列表中剔除無可見時間窗口及時間窗口在地影區(qū)的任務(wù)。然后分析確定影響圖像質(zhì)量的影響因素，構(gòu)造成像質(zhì)量確定函數(shù)，繼續(xù)從任務(wù)列表中剔除不滿足成像質(zhì)量要求的任務(wù)。對于任務(wù)列表中剩余的每一個任務(wù)，對與各任務(wù)對應(yīng)的可見時間窗口進(jìn)行裁剪，得到任務(wù)的執(zhí)行時間窗口，同時根據(jù)任務(wù)執(zhí)行過程中各時間點(diǎn)衛(wèi)星指向目標(biāo)頂點(diǎn)的姿態(tài)角計(jì)算任務(wù)的觀測持續(xù)時間。當(dāng)任務(wù)的觀測持續(xù)時間在任務(wù)執(zhí)行時間窗口之內(nèi)時，該任務(wù)為可執(zhí)行任務(wù)，所有可執(zhí)行的任務(wù)將會提交給衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃與調(diào)度。
文檔編號G01C11/00GK102322850SQ20111012934
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者侯小瑾, 劉勝利, 呂大旻, 王抒雁, 謝松 申請人:航天東方紅衛(wèi)星有限公司