本發(fā)明涉及空間目標(biāo)光學(xué)觀測(cè)，尤其涉及一種基于天空云量弧段價(jià)值的空間目標(biāo)觀測(cè)任務(wù)自動(dòng)規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、隨著航天技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，科學(xué)衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、軍事衛(wèi)星和氣象衛(wèi)星等層出不窮，各國(guó)正在爭(zhēng)先搶占有限的太空軌道。在衛(wèi)星數(shù)量急劇增多的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的空間碎片，太空變得愈發(fā)擁擠。因此，太空態(tài)勢(shì)感知的需求顯著提高。使用地基光電望遠(yuǎn)鏡對(duì)太空目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視和定軌分析是太空態(tài)勢(shì)感知的重要手段之一，具有觀測(cè)范圍廣、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)μ漳繕?biāo)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)監(jiān)視和定軌分析。然而，地基光電望遠(yuǎn)鏡在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著諸多挑戰(zhàn)，其中最為突出的是其觀測(cè)效率受氣象條件的影響較大。具體來(lái)說(shuō)，云層遮擋、霧霾、雨雪等惡劣天氣條件都會(huì)嚴(yán)重影響地基光電望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)效果，甚至導(dǎo)致觀測(cè)中斷。這不僅會(huì)降低太空態(tài)勢(shì)感知的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，還可能影響對(duì)太空活動(dòng)的及時(shí)預(yù)警和應(yīng)對(duì)能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提供一種基于天空云量弧段價(jià)值的空間目標(biāo)觀測(cè)任務(wù)自動(dòng)規(guī)劃方法，以解決地基光電望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)效率受氣象條件的影響較大的問(wèn)題，本發(fā)明綜合天空背景信息和衛(wèi)星軌跡信息，及時(shí)的掌握了不同衛(wèi)星在當(dāng)前天空條件下的可觀測(cè)性，提高了空間目標(biāo)觀測(cè)任務(wù)的觀測(cè)效率。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種基于天空云量弧段價(jià)值的空間目標(biāo)觀測(cè)任務(wù)自動(dòng)規(guī)劃方法，具體包括如下步驟：

4、s1：獲取觀測(cè)設(shè)備的地理位置信息和不少于兩個(gè)的空間目標(biāo)的軌道參數(shù)；

5、s2：計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻所有過(guò)境的空間目標(biāo)的軌跡信息，并剔除不符合監(jiān)視條件的空間目標(biāo)；

6、s3：構(gòu)建云量評(píng)價(jià)函數(shù)，并利用云量評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)當(dāng)前符合監(jiān)視條件的空間目標(biāo)的軌跡的云量評(píng)價(jià)值依次進(jìn)行計(jì)算；

7、s4：按照云量評(píng)價(jià)值對(duì)當(dāng)前符合監(jiān)視條件的空間目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)優(yōu)先級(jí)排序，觀測(cè)設(shè)備按照空間目標(biāo)的觀測(cè)優(yōu)先級(jí)對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)；

8、s5：用最新時(shí)刻替代當(dāng)前時(shí)刻，重復(fù)步驟s1~s4，獲取最新時(shí)刻的觀測(cè)數(shù)據(jù)，直至完成觀測(cè)任務(wù)。

9、進(jìn)一步的，在步驟s1中，地理位置信息包括觀測(cè)設(shè)備所處的經(jīng)度、緯度、高程和當(dāng)前時(shí)刻；軌道參數(shù)包括軌道半長(zhǎng)軸、軌道偏心率、軌道傾角、升交點(diǎn)赤經(jīng)、近地點(diǎn)幅角和過(guò)近地點(diǎn)時(shí)刻。

10、進(jìn)一步的，在步驟s2中，空間目標(biāo)的軌跡信息表示為list(t，a，e)，其中，t表示時(shí)間，a表示在時(shí)間t時(shí)，空間目標(biāo)相對(duì)于觀測(cè)設(shè)備的方位角，e表示在時(shí)間t時(shí)，空間目標(biāo)相對(duì)于觀測(cè)設(shè)備的俯仰角。

11、進(jìn)一步的，在步驟s2中，將俯仰角大于十度，且過(guò)境時(shí)間大于一分鐘的空間目標(biāo)作為符合監(jiān)視條件的空間目標(biāo)。

12、進(jìn)一步的，在步驟s3中，構(gòu)建云量評(píng)價(jià)函數(shù)的具體步驟為：

13、s301：利用云量設(shè)備拍攝當(dāng)前時(shí)刻的云圖，并將云圖中第h個(gè)像素點(diǎn)的位置坐標(biāo)記為pixelh(xh，yh)，其中，xh代表第h個(gè)像素點(diǎn)在云圖中的橫軸位置，yh代表第h個(gè)像素點(diǎn)在云圖中的縱軸位置；

14、s302：將當(dāng)前符合監(jiān)視條件的空間目標(biāo)的軌跡信息依次設(shè)為list1(，，)、list2(，，)、……、listn(，，)；

15、s303：獲取當(dāng)前空間目標(biāo)的軌跡信息listi(，，)的第k個(gè)軌跡點(diǎn)posk的軌跡信息posk(tk，ak，ek)，且計(jì)算當(dāng)前空間目標(biāo)在云圖上的第i個(gè)像素點(diǎn)與云圖的中心像素點(diǎn)的距離：

16、；

17、其中，為空間目標(biāo)在云圖上的第i個(gè)像素點(diǎn)的位置坐標(biāo)；

18、s304：以云圖的中心點(diǎn)o為圓心，以距離為半徑建立圓，并基于圓建立觀測(cè)設(shè)備與當(dāng)前空間目標(biāo)之間的空間高度角與距離的函數(shù)關(guān)系：

19、=fun()；

20、其中，fun（）為空間高度角與距離的轉(zhuǎn)換函數(shù)，為云圖的最大半徑；

21、s305：對(duì)空間高度角與距離的函數(shù)關(guān)系求導(dǎo)，獲得空間高度角的最小值，并對(duì)應(yīng)記錄當(dāng)前空間目標(biāo)在方位方向角度變化的最小值：

22、；

23、其中，為圓內(nèi)的各像素點(diǎn)與云圖的中心像素點(diǎn)的距離最大值；

24、s306：用下一符合監(jiān)視條件的空間目標(biāo)替代當(dāng)前符合監(jiān)視條件的空間目標(biāo)，重復(fù)步驟s303~s305，直至完成當(dāng)前符合監(jiān)視條件的所有空間目標(biāo)的計(jì)算；

25、s307：基于步驟s306獲得的當(dāng)前符合監(jiān)視條件的所有空間目標(biāo)，依次計(jì)算空間目標(biāo)相對(duì)于觀測(cè)設(shè)備的方位角和俯仰角的差值，并將差值同時(shí)大于對(duì)應(yīng)的最小值和對(duì)應(yīng)的最小值的空間目標(biāo)剔除，獲得待計(jì)算空間目標(biāo)序列；

26、s308：在待計(jì)算空間目標(biāo)序列中選取一個(gè)待計(jì)算空間目標(biāo)，并將待計(jì)算空間目標(biāo)的所有軌跡點(diǎn)posk(tk，ak，ek)映射至云圖上對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)位置pixelh(xh，yh)，去除重合的映射點(diǎn)，獲得映射點(diǎn)集合{pixelk}；

27、s309：計(jì)算當(dāng)前待計(jì)算空間目標(biāo)的映射點(diǎn)集合{pixelk}所包含的映射點(diǎn)的數(shù)值累加和val，并基于當(dāng)前待計(jì)算空間目標(biāo)的起始軌跡點(diǎn)poss和結(jié)束軌跡點(diǎn)pose，計(jì)算當(dāng)前待計(jì)算空間目標(biāo)的空間角距；

28、；

29、s310：構(gòu)建云量評(píng)價(jià)函數(shù)，利用云量評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算當(dāng)前待計(jì)算空間目標(biāo)的軌跡的云量評(píng)價(jià)值e：

30、e=val/angle；

31、s311：用下一待計(jì)算空間目標(biāo)替換當(dāng)前待計(jì)算空間目標(biāo)，重復(fù)步驟s308-s310，直至完成所有待計(jì)算空間目標(biāo)的云量評(píng)價(jià)值計(jì)算。

32、進(jìn)一步的，在步驟s301中，pixelh(xh，yh)的取值為0或1，其中，0代表當(dāng)前像素點(diǎn)無(wú)云，1代表當(dāng)前像素點(diǎn)有云。

33、進(jìn)一步的，在步驟s304中：

34、fun()；

35、；

36、其中，為與對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式系數(shù)，m為多項(xiàng)式系數(shù)的數(shù)量，為云圖中第個(gè)像素點(diǎn)距離云圖中心像素點(diǎn)的距離，和均為與對(duì)應(yīng)的用于求解多項(xiàng)式系數(shù)的系數(shù)。

37、進(jìn)一步的，在步驟s4中，云量評(píng)價(jià)值越小，空間目標(biāo)的觀測(cè)優(yōu)先級(jí)越高。

38、進(jìn)一步的，觀測(cè)設(shè)備包括控制模塊，控制模塊用于獲取空間目標(biāo)的軌道參數(shù)。

39、進(jìn)一步的，在步驟s4中，將優(yōu)先級(jí)排序結(jié)果發(fā)送至控制模塊，控制模塊引導(dǎo)觀測(cè)設(shè)備進(jìn)行觀測(cè)，直至完成觀測(cè)數(shù)據(jù)的獲取。

40、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)造能夠取得如下有益效果：

41、（1）本發(fā)明創(chuàng)造所述的基于天空云量弧段價(jià)值的空間目標(biāo)觀測(cè)任務(wù)自動(dòng)規(guī)劃方法，將觀測(cè)設(shè)備的觀測(cè)計(jì)劃與天空云量信息相結(jié)合，避免觀測(cè)設(shè)備受云層遮擋，影響觀測(cè)效果。

42、（2）本發(fā)明創(chuàng)造所述的基于天空云量弧段價(jià)值的空間目標(biāo)觀測(cè)任務(wù)自動(dòng)規(guī)劃方法，只需輸入觀測(cè)目標(biāo)的軌道參數(shù)庫(kù)、測(cè)站地理坐標(biāo)及時(shí)間信息，即可實(shí)時(shí)制定空間目標(biāo)的觀測(cè)計(jì)劃，進(jìn)行空間目標(biāo)的自動(dòng)觀測(cè)，節(jié)省了因制定觀測(cè)計(jì)劃及處理因云層遮擋而產(chǎn)生無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)的人力成本。

43、（3）本發(fā)明創(chuàng)造所述的基于天空云量弧段價(jià)值的空間目標(biāo)觀測(cè)任務(wù)自動(dòng)規(guī)劃方法，提高了觀測(cè)設(shè)備的觀測(cè)效率，充分發(fā)揮了觀測(cè)設(shè)備的觀測(cè)能力。

44、（4）本發(fā)明創(chuàng)造所述的基于天空云量弧段價(jià)值的空間目標(biāo)觀測(cè)任務(wù)自動(dòng)規(guī)劃方法，可為用戶提供全天空成像和衛(wèi)星軌跡相結(jié)合的實(shí)時(shí)天空監(jiān)測(cè)圖像，如圖1所示，圖1中的灰色區(qū)域表示云，黑色月牙形狀表示月亮，不同顏色的線條表示不同的衛(wèi)星軌跡，從圖1中可以很直觀的了解到，在當(dāng)前的天氣狀況下，紅色衛(wèi)星軌跡對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星更適合觀測(cè)，藍(lán)色衛(wèi)星軌跡對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星可能受云量、月光等影響導(dǎo)致觀測(cè)效果不佳或觀測(cè)失敗。因此，本發(fā)明可以非常直觀的給使用者提供更多的可參照信息，使衛(wèi)星觀測(cè)難度大大降低。

45、（5）本發(fā)明創(chuàng)造所述的基于天空云量弧段價(jià)值的空間目標(biāo)觀測(cè)任務(wù)自動(dòng)規(guī)劃方法，能夠結(jié)合云量信息，計(jì)算出不同空間目標(biāo)的過(guò)境軌跡上的云量評(píng)價(jià)值。

46、（6）本發(fā)明創(chuàng)造所述的基于天空云量弧段價(jià)值的空間目標(biāo)觀測(cè)任務(wù)自動(dòng)規(guī)劃方法，實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前過(guò)境衛(wèi)星的情況，優(yōu)先觀測(cè)受云層遮擋影響最小的空間目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了空間目標(biāo)觀測(cè)任務(wù)的自動(dòng)化。