二维扫描卫星星座的区域扫描覆盖任务规划方法及系统与流程

本发明涉及航天，具体地，涉及一种二维扫描卫星星座的区域扫描覆盖任务规划方法及系统。

背景技术：

1、近年来，随着卫星技术的发展，通过多种不同型号、用途的卫星联合组网形成了能够执行多种不同观测任务的卫星星座系统；在多星联合区域扫描覆盖任务中，具备二维扫描能力的卫星有着独特的优势，为进一步提高卫星载荷的利用率和多星联合系统的区域扫描效率，需要针对区域扫描任务通过多星联合任务规划来制定高效的观测任务计划，统筹管理卫星星座的观测任务。

2、以往的卫星推扫过程中，卫星载荷相对卫星的姿态固定，仅靠卫星沿轨运行向前扫描区域，在进行多星区域扫描任务规划时，只需要考虑卫星对区域目标的过境时间即可，扫描任务执行效率较低。对于具备二维扫描能力的卫星，其载荷的扫描样式多种多样，有条带拼接扫描，扇形扫描等，在规划过程中仅考虑卫星过境时间，无法有效利用卫星有效载荷的扫描能力，有时甚至由于载荷的特殊扫描方式，造成覆盖区域过程中部分区域被遗漏的现象。因此，有必要面向具有二维扫描能力卫星开发一种多星联合区域扫描覆盖任务规划方法，实现多星联合快速有效地区域全覆盖扫描。

3、在公开号为cn211653129u的中国专利文献中，公开了一种二维扫描装置及具有该二维扫描装置的激光雷达装置，该二维扫描装置包括反射镜和扫描驱动系统和轴线，其中：反射镜用于反射发射激光束，反射镜的法线与该轴线形成固定夹角α，反射镜的法线与入射的发射激光束存在入射夹角θ；该发射激光束以固定指向到达反射镜的反射镜面，该扫描驱动系统通过扫描轴带动反射镜绕轴线进行360°旋转，从而该发射激光束的反射方向随之周期性改变，形成环形的激光扫描轨迹，实现对目标的二维扫描。但该专利文献提供的二维扫描装置只提高发射激光束的有效利用率，而本发明是根据卫星的视场大小离散区域目标，对已规划的区域离散点效益值降低以实现区域目标多星联合扫描覆盖任务规划，与该专利文献解决的技术问题具有本质性不同。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种二维扫描卫星星座的区域扫描覆盖任务规划方法及系统。

2、根据本发明提供的一种二维扫描卫星星座的区域扫描覆盖任务规划方法，包括：

3、步骤s1：采集目标区域的数据，将目标区域离散为点集；

4、步骤s2：计算并处理相关参数；

5、所述参数包括离散区域效益、卫星过境时序和单星可探测时间；

6、步骤s3：若所有预设卫星都已规划完毕，则输出规划结果；否则，重复步骤s2。

7、优选的，所述步骤s1包括以下子步骤：

8、步骤s1.1：在目标区域构建离散集合；基于不大于卫星瞬时幅宽的预设值将目标区域离散形成点集p，对每个点pi进行覆盖；

9、步骤s1.2：构建离散点集的效益值；基于点集p为每个点pi分配效益值vi，形成效益值集合v，赋予全部点的初始效益值为1；所述效益值集合v与离散点集合一一对应；

10、步骤s1.3：单次扫描区域；将靠近星下点一侧瞬时幅宽与瞬时幅宽中的较大值作为直径，以第一个离散点为圆心，形成一个圆形区域；所述圆形区域的面积小于实际单星单次能够扫描的最大区域面积；

11、步骤s1.4：以圆形区域半径的一半为间隔横向滑动圆心或纵向滑动圆心，直至圆的范围超出目标区域；遍历整个目标区域，构建不同的圆形区域，得到圆形区域集合c。

12、优选的，所述瞬时幅宽的预设值包括卫星视场指向星下点时，矩形视场较短边长的一半长度，且每个离散点唯一。

13、优选的，所述横向滑动包括沿东西方向，自东向西滑动；所述纵向滑动包括沿南北方向，自北向南滑动。

14、优选的，所述步骤s2包括以下子步骤：

15、步骤s2.1：计算离散区域效益；计算集合p中的点与各个圆心的距离，得到每个圆ci中包含的离散点，并计算ci对应的效益值cvi，形成圆形区域集合c的对应效益集合cv；

16、步骤s2.2：计算卫星过境时序；建立卫星集合s，通过轨道递推，计算未来一段时间内所有卫星对目标区域的过境时序；

17、步骤s2.3：计算单星可探测时间；选取一颗卫星si，基于其可视范围计算对目标区域的可探测时间段ti；

18、步骤s2.4：基于卫星的扫描探测耗时δt，计算并判断可探测的圆形区域，将最大效益值的圆形区域作为探测对象；若有多个圆形区域效益值相同，则选取最先满足预设探测条件的圆形区域作为探测对象；

19、步骤s2.5：更新离散点效益；降低探测对象的离散点效益值，重新计算效益值cvi；

20、步骤s2.6：在ti中去除已选探测对象占用的时间段，计算并判断该卫星对其它圆形区域的可行性，若可行性存在，则执行步骤s2.4。

21、优选的，所述步骤s2.4中圆形区域的圆心在卫星指向可机动范围内，且以卫星指向圆心时刻为中心，扫描探测耗时的一半时长为半径构成邻域；所述邻域完全包含于卫星对区域的可探测时间段内时，此圆形区域能够被该卫星探测。

22、优选的，所述步骤s2.1包括将离散点集p映射到待扫描区域集合c中，将圆形区域ci中所有离散点的效益值相加作为该区域的效益值cvi。

23、优选的，所述卫星过境时序基于每颗卫星的轨道模型进行轨道递推，计算任务规划时长内的卫星过境时间窗口后排序获得。

24、优选的，所述步骤s3包括判断所有卫星是否已完成处理，若是，则结束本次任务规划，输出任务规划结果，否则执行步骤s2.3。

25、根据本发明提供的一种二维扫描卫星星座的区域扫描覆盖任务规划系统，包括：

26、模块m1：采集目标区域的数据，将目标区域离散为点集；

27、模块m2：计算并处理相关参数；

28、所述参数包括离散区域效益、卫星过境时序和单星可探测时间；

29、模块m3：若所有预设卫星都已规划完毕，则输出规划结果；否则，重复模块m2。

30、优选的，所述模块m1包括以下子模块：

31、模块m1.1：在目标区域构建离散集合；基于不大于卫星瞬时幅宽的预设值将目标区域离散形成点集p，对每个点pi进行覆盖；

32、模块m1.2：构建离散点集的效益值；基于点集p为每个点pi分配效益值vi，形成效益值集合v，赋予全部点的初始效益值为1；所述效益值集合v与离散点集合一一对应；

33、模块m1.3：单次扫描区域；将靠近星下点一侧瞬时幅宽与瞬时幅宽中的较大值作为直径，以第一个离散点为圆心，形成一个圆形区域；所述圆形区域的面积小于实际单星单次能够扫描的最大区域面积；

34、模块m1.4：以圆形区域半径的一半为间隔横向滑动圆心或纵向滑动圆心，直至圆的范围超出目标区域；遍历整个目标区域，构建不同的圆形区域，得到圆形区域集合c。

35、优选的，所述瞬时幅宽的预设值包括卫星视场指向星下点时，矩形视场较短边长的一半长度，且每个离散点唯一。

36、优选的，所述横向滑动包括沿东西方向，自东向西滑动；所述纵向滑动包括沿南北方向，自北向南滑动。

37、优选的，所述模块m2包括以下子模块：

38、模块m2.1：计算离散区域效益；计算集合p中的点与各个圆心的距离，得到每个圆ci中包含的离散点，并计算ci对应的效益值cvi，形成圆形区域集合c的对应效益集合cv；

39、模块m2.2：计算卫星过境时序；建立卫星集合s，通过轨道递推，计算未来一段时间内所有卫星对目标区域的过境时序；

40、模块m2.3：计算单星可探测时间；选取一颗卫星si，基于其可视范围计算对目标区域的可探测时间段ti；

41、模块m2.4：基于卫星的扫描探测耗时δt，计算并判断可探测的圆形区域，将最大效益值的圆形区域作为探测对象；若有多个圆形区域效益值相同，则选取最先满足预设探测条件的圆形区域作为探测对象；

42、模块m2.5：更新离散点效益；降低探测对象的离散点效益值，重新计算效益值cvi；

43、模块m2.6：在ti中去除已选探测对象占用的时间段，计算并判断该卫星对其它圆形区域的可行性，若可行性存在，则执行模块m2.4。

44、优选的，所述模块m2.4中圆形区域的圆心在卫星指向可机动范围内，且以卫星指向圆心时刻为中心，扫描探测耗时的一半时长为半径构成邻域；所述邻域完全包含于卫星对区域的可探测时间段内时，此圆形区域能够被该卫星探测。

45、优选的，所述模块m2.1包括将离散点集p映射到待扫描区域集合c中，将圆形区域ci中所有离散点的效益值相加作为该区域的效益值cvi。

46、优选的，所述卫星过境时序基于每颗卫星的轨道模型进行轨道递推，计算任务规划时长内的卫星过境时间窗口后排序获得。

47、优选的，所述模块m3包括判断所有卫星是否已完成处理，若是，则结束本次任务规划，输出任务规划结果，否则执行模块m2.3。

48、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

49、1、本发明能够将目标区域离散为点集并分配效益值，每次单颗卫星以效益值优先的规则选择需要探测的区域，对已规划的离散点更新其效益值，从而实现多星联合区域扫描覆盖任务规划。

50、2、本发明能够在多星联合规划任务中，根据不断迭代的离散点效益值尽可能地先规划目标区域未覆盖过的部分，实现较快的区域扫描全覆盖；提供的方法普适性高，对区域扫描任务的使用条件宽松，过程简单，能够在误差可接受的范围内实现对区域的快速扫描全覆盖。

51、3、本发明能够让卫星优先扫描区域目标中未被探测的部分，实现在有限时间内扫描更多区域面积，快速有效地实现区域目标全覆盖扫描；本发明涉及区域扫描的任务规划方法过程简单明确，仅通过数值计算即可实施，无需借助复杂的仿真工具，具有较强的实用性。

52、本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。