多衛(wèi)星對(duì)地協(xié)同觀測(cè)的待觀測(cè)任務(wù)確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及對(duì)地衛(wèi)星觀測(cè)領(lǐng)域，具體而言，涉及多衛(wèi)星對(duì)地協(xié)同觀測(cè)的待觀測(cè)任 務(wù)確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為航天器家族中最為重要的類別之一，對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星主要利用設(shè)置在衛(wèi)星上的 星載傳感器，對(duì)地球表面和低層大氣進(jìn)行探測(cè)，進(jìn)而獲取有關(guān)信息。對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星具有覆蓋 區(qū)域廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、不受空域國(guó)界限制等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。目前，對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星在軍事偵察、防災(zāi) 減災(zāi)、氣象觀測(cè)、環(huán)境保護(hù)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、以及大地測(cè)繪等諸多領(lǐng)域都發(fā)揮了重要作用。
[0003] 當(dāng)前，對(duì)地觀測(cè)需求的快速發(fā)展為衛(wèi)星運(yùn)控領(lǐng)域帶來了前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。 一方面用戶對(duì)遙感信息的依賴日益加深，使得觀測(cè)目標(biāo)日趨多樣化、觀測(cè)范圍更加廣泛，期 望對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星能夠完成更加復(fù)雜的任務(wù)；另一方面同時(shí)在軌衛(wèi)星數(shù)量逐年增多，星載遙 感器種類日益豐富：從中低分辨率延伸至高分辨率，從單一角度跨越到多角度立體觀測(cè)，從 空間維拓展到光譜維。
[0004] 雖然對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的數(shù)量在逐漸增加，但同時(shí)，需要對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星需要執(zhí)行的任 務(wù)（獲取到數(shù)據(jù)種類和數(shù)據(jù)內(nèi)容）數(shù)量也在逐年增加，相對(duì)于復(fù)雜且數(shù)量巨大的觀測(cè)任務(wù) 需求，對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星資源依舊十分有限。如何統(tǒng)籌安排對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星資源，達(dá)到充分合理利 用航天資源和最大化滿足用戶需求的目的，已成為目前對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供多衛(wèi)星對(duì)地協(xié)同觀測(cè)的待觀測(cè)任務(wù)確定 方法及裝置，以提高多衛(wèi)星對(duì)地進(jìn)行協(xié)同觀測(cè)的效率。
[0006] 第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了多衛(wèi)星對(duì)地協(xié)同觀測(cè)的待觀測(cè)任務(wù)確定方法，包 括：
[0007] 獲取每個(gè)衛(wèi)星中心所需要執(zhí)行的多個(gè)觀測(cè)任務(wù)和每個(gè)衛(wèi)星中心的受控衛(wèi)星的星 歷；
[0008] 根據(jù)每個(gè)衛(wèi)星中心所需要執(zhí)行的多個(gè)觀測(cè)任務(wù)和受控衛(wèi)星的星歷，使用預(yù)先獲取 的遺傳算法模型中的遺傳算子和交叉算子，以一個(gè)衛(wèi)星中心的總觀測(cè)收益和該衛(wèi)星中心總 觀測(cè)能耗為滿意度函數(shù)，分別確定每個(gè)衛(wèi)星中心的每個(gè)受控衛(wèi)星需要執(zhí)行任務(wù)，以形成多 組每個(gè)衛(wèi)星中心的全部受控衛(wèi)星執(zhí)行觀測(cè)任務(wù)的第一任務(wù)集合，第一任務(wù)集合中包括對(duì)任 務(wù)的三種觀測(cè)狀態(tài)，確定觀測(cè)、確定不觀測(cè)和待確定觀測(cè)；
[0009] 使用合作算子，根據(jù)不同衛(wèi)星中心的第一任務(wù)集合中對(duì)相同任務(wù)的觀測(cè)狀態(tài)，調(diào) 整每個(gè)衛(wèi)星中心的第一任務(wù)集合中，每個(gè)受控衛(wèi)星對(duì)不同任務(wù)的觀測(cè)狀態(tài)，以確定多組第 二任務(wù)集合；
[0010] 若第二任務(wù)集合滿足預(yù)設(shè)的優(yōu)化條件，則將第二任務(wù)集合作為指定衛(wèi)星中心的受 控衛(wèi)星的待執(zhí)行任務(wù)。 toon] 本發(fā)明實(shí)施例提供的多衛(wèi)星對(duì)地協(xié)同觀測(cè)的待觀測(cè)任務(wù)確定方法，采用遺傳算法 進(jìn)行待執(zhí)行任務(wù)的結(jié)算，與現(xiàn)有技術(shù)中的多個(gè)衛(wèi)星執(zhí)行的任務(wù)之間沒有相互的關(guān)聯(lián)相比， 其通過先使每個(gè)衛(wèi)星中心均獲取到相應(yīng)的觀測(cè)任務(wù)和每個(gè)受控衛(wèi)星的星歷，并且通過遺傳 算法，先針對(duì)每個(gè)衛(wèi)星中心的觀測(cè)任務(wù)和受控衛(wèi)星的星歷來計(jì)算每個(gè)衛(wèi)星中心的全部受控 衛(wèi)星執(zhí)行觀測(cè)任務(wù)的第一任務(wù)集合，其中，第一任務(wù)集合中攜帶有每個(gè)衛(wèi)星對(duì)每個(gè)任務(wù)的 不同觀測(cè)狀態(tài)，具體觀測(cè)狀態(tài)包括確定觀測(cè)，確定不觀測(cè)和待確定觀測(cè)，在確定了每個(gè)衛(wèi)星 中心的第一任務(wù)集合之后再通過遺傳算法來計(jì)算全部衛(wèi)星中總觀測(cè)收益的最大化和總能 耗最低的優(yōu)化解，也就是第二任務(wù)集合，第二任務(wù)集合相對(duì)于第一任務(wù)集合，將待確定觀測(cè) 任務(wù)進(jìn)行了確定，如果得出的第二任務(wù)集合滿足預(yù)先設(shè)定的優(yōu)化條件，則可以將第二任務(wù) 集合作為指定衛(wèi)星中心執(zhí)行任務(wù)的參考，也就是能夠確定指定衛(wèi)星中心受控衛(wèi)星的待執(zhí)行 任務(wù)，從而通過局部?jī)?yōu)化和全局優(yōu)化兩個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)了，使用遺傳算法來搜索全局最優(yōu)解的 方案。
[0012] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合 所附附圖，作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0013] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附 圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì) 范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這 些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0014] 圖1示出了相關(guān)技術(shù)中，關(guān)于衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)的示意圖；
[0015] 圖2示出了相關(guān)技術(shù)中，衛(wèi)星中心之間通信示意圖；
[0016] 圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的多衛(wèi)星對(duì)地協(xié)同觀測(cè)的待觀測(cè)任務(wù)確定方法 的基本流程圖；
[0017] 圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的多衛(wèi)星對(duì)地協(xié)同觀測(cè)的待觀測(cè)任務(wù)確定方法 的細(xì)節(jié)流程圖；
[0018] 圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的多衛(wèi)星對(duì)地協(xié)同觀測(cè)的待觀測(cè)任務(wù)確定方法 的分治-合作流程示意圖；
[0019] 圖6示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的多衛(wèi)星對(duì)地協(xié)同觀測(cè)的待觀測(cè)任務(wù)確定方法 的染色體編碼示意圖；
[0020] 圖7示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的多衛(wèi)星對(duì)地協(xié)同觀測(cè)的待觀測(cè)任務(wù)確定方法 的兩染色體片段合作示意圖；
[0021] 圖8示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的多衛(wèi)星對(duì)地協(xié)同觀測(cè)的待觀測(cè)任務(wù)確定方法 的多個(gè)子種群計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在 此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。因 此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的 范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做 出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0023] 相關(guān)技術(shù)中顯示，我國(guó)所擁有的衛(wèi)星數(shù)量是較多的，但通常，多個(gè)衛(wèi)星是分別受不 同部分所管轄的，如海洋1、2、3號(hào)衛(wèi)星直接受同一個(gè)衛(wèi)星中心的管轄。但是，實(shí)際使用中， 受同一個(gè)衛(wèi)星中心所管轄的多個(gè)衛(wèi)星難以覆蓋到地球表面的全部范圍（或者說難以覆蓋 大多地面），這也就造成了，同一個(gè)衛(wèi)星中心在觀測(cè)不同地點(diǎn)的任務(wù)時(shí)，需要衛(wèi)星進(jìn)行大幅 度的動(dòng)作才能夠完整對(duì)某一個(gè)任務(wù)的觀測(cè)，進(jìn)行這樣觀測(cè)的能耗是十分巨大的（主要是相 機(jī)開關(guān)和調(diào)整側(cè)擺角度所引起的）。這種基于單一衛(wèi)星運(yùn)行控制中心（衛(wèi)星中心）規(guī)劃調(diào) 度本中心遙感資源的方式難以保證遙感需求的質(zhì)效和時(shí)效性。但，不同部門所管理的衛(wèi)星 無法統(tǒng)一規(guī)劃，遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用共享能力弱，部門之間協(xié)同提供數(shù)據(jù)的速度慢，難以滿足整體 的應(yīng)用需求。因此，如何有效地對(duì)多個(gè)中心的遙感資源進(jìn)行合理協(xié)調(diào)，以求在有限的時(shí)間內(nèi) 最大限度地滿足不同用戶、不同要求級(jí)別、不同目標(biāo)類型的遙感圖像需求，逐漸成為技術(shù)焦 點(diǎn)。
[0024] 在介紹本申請(qǐng)的技術(shù)內(nèi)容前，先對(duì)有關(guān)對(duì)地觀測(cè)的衛(wèi)星進(jìn)行相應(yīng)的介紹。
[0025] 1，對(duì)地觀測(cè)，即遙感，主要指從遠(yuǎn)距離、高空、以至外層空間的平臺(tái)上利用可見光、 紅外、微波等探測(cè)儀器，通過攝影或掃描、信息感應(yīng)、傳輸和處理，從而識(shí)別地面物質(zhì)的性質(zhì) 和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的現(xiàn)代化技術(shù)系統(tǒng)。在遙感問題中，主要涉及到兩類具體的對(duì)象：對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星 和觀測(cè)目標(biāo)，其中，觀測(cè)衛(wèi)星和觀測(cè)目標(biāo)都有多個(gè)單位。針對(duì)觀測(cè)目標(biāo)，對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星需要 采取特定的觀測(cè)行動(dòng)，同時(shí)花費(fèi)一定的代價(jià)，此時(shí)存在一個(gè)規(guī)劃問題：即如何在滿足各種約 束限制和資源承載能力的前提下，為盡量多的觀測(cè)活動(dòng)安排資源和時(shí)間。
[0026] 規(guī)劃問題是復(fù)雜的，由于不同類型的觀測(cè)者在目標(biāo)觀測(cè)過程中存在一系列的限 制條件和資源約束，例如衛(wèi)星的觀測(cè)活動(dòng)必須滿足眾多使用約束、衛(wèi)星必須滿足觀測(cè)目標(biāo) 的空間分辨率、時(shí)間分辨率、光譜分辨率要求等，而且觀測(cè)目標(biāo)的數(shù)量一般大于資源承載能 力，這樣使得很多情況下求解最優(yōu)規(guī)劃問題十分困難。除此之外，觀測(cè)過程中涉及到搭載多 種載荷的多顆衛(wèi)星，衛(wèi)星之間的復(fù)雜協(xié)作關(guān)系進(jìn)一步加劇了問題求解的難度。
[0027] 2,衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)過程
[0028] 雖然不同衛(wèi)星的成像原理和有效載