一种遥感卫星对地观测效能评估方法

本发明属于工程，特别涉及一种遥感卫星对地观测效能评估方法。

背景技术：

1、遥感卫星对地观测是利用卫星平台上所搭载的光电传感器或雷达等载荷设备获取地面目标信息的技术，具有轨道高、覆盖面广、连续性强、时效性高、不受国界和地理条件的限制等特点，常见遥感卫星包括可见光成像卫星、红外成像卫星、雷达成像卫星等。当前，世界各国竞相开展遥感卫星的对地观测技术探索，对遥感卫星的对地观测效能进行有效评定仍值得研究。

2、卫星遥感具有视点高、视距广、动态可连续监测等优势，目前已成为对地观测的重要手段之一，为复杂气象条件和太空环境下的对地观测活动提供了重要的天基观测数据。伴随遥感技术的进步发展，涉及各分系统的设施设备越来越多，鉴于其造价比较高，组织实施遥感卫星工程综合效能评价对规范并指导后续卫星工程的改善和发展具有重要意义。该评价的重要目标是通过效能评价，提出需要改进和提升的主要方面，为研制新一代对地观测遥感卫星系统提出具有指导性的决策参考和研究支撑。

3、20世纪30年代，效能评估开始发展，从最初的评估单一装备的概率论、运筹学和规划论等理论基础到系统化、自动化和智能化的adc法、层次分析法、遗传算法、模糊综合评价法和神经网络等装备体系效能评估方法，在装备系统效能评估中运用较多的是解析法和多指标综合评定法这两类方法。

4、现阶段建立的评估指标体系仍不够完善，例如有些仅考虑了遥感卫星系统应用层面的某几个指标，使得现有体系与认知过程不相匹配，也难以同具体卫星工程数据相融合。另外现有的遥感卫星系统效能评估方法中，也鲜有考虑评估方法的不确定性，有一些效能评估方法中的研究也仅仅是研究了效能评估指标在评分过程中的不确定性，而层次分析法或adc方法本身并没有考虑不确定性的影响。现有技术中，如：

5、林仁红,王琦,高利春.工程效能评价推动卫星遥感产业高质量发展思考.中国航天,2022,(04):57-63.中，基于对地观测系统顶层设计及合理规划，构建效能分析的层次化指标体系，采用层次分析法优化指标的权重设计，基于定量、定性评估指标值，构建了基于模糊综合法的系统效能计算模型，但由于指标难以定量，使得效能评估的衡量存在困难，难以发挥出协同效应，评价的创新不足，且相关数据质量不够好。

6、覃鹏程,郝胜勇,秦国政.基于遥感卫星应用体系贡献度评估方法研究.电子设计工程,2019,27(02):70-73+79.中，提出了遥感卫星应用体系贡献度评估方法，基于舰船探测任务进行实例分析，但其对地观测需求具有局限性，所提出的指标仅针对海洋探测任务较为适用，还应探索具有普适性的要干卫星对地观测效能评估方法。

7、易山.基于不确定性的遥感卫星系统效能评估.哈尔滨工业大学,2021.中，提出的层次分析法本身在确定指标权重时有严重依赖专家的主观判断的缺陷，可能导致出现效能指标权重分配不合理，效能评估结果不准确等现象。

8、公开号为cn107563594a，公开日为2020-08-25发明名称为：一种遥感卫星的有效数据获取能力评估方法，主要聚焦于对全球地理按照气候区域特性划分，再通过加权求和，得到遥感卫星的数据获取能力，仅对单一能力进行评估，对全局缺少综合评价，存在片面性。

技术实现思路

1、为了解决如何准确评估遥感卫星对地观测效能的技术问题，本发明提出了一种遥感卫星对地观测效能评估方法，为遥感卫星在复杂气象条件和复杂太空环境下的对地观测活动提供一种效能评估方法。在收集原始数据的基础上，依据两级评估指标，对原始数据进行处理，自下而上聚合形成遥感卫星对地观测效能的定量评估。评估指标的两级划分和得分的确定，以当前遥感卫星基础性能为基础支撑，面向对地观测活动的实际需求，综合历史数据、设备参数、客观效果得出，减小指标权重的不确定性，提出的指标更加具有普适性，且便于指标的定量。

2、为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：

3、一种遥感卫星对地观测效能评估方法，包括以下步骤：

4、步骤一：通过二级评估指标组成的一级评估指标构建遥感卫星对地观测效能评估指标体系；所述遥感卫星对地观测效能评估指标体系中同时存储预设的二级评估指标的评分要求和加权系数以及一级评估指标的加权系数；

5、步骤二：根据遥感卫星对地观测活动仿真任务，获取服务器中存储的与遥感卫星对地观测活动仿真任务需求对应的二级评估指标中的原始数据；

6、步骤三：根据一级评估指标对应的气象条件确定气象条件修正系数；根据一级评估指标中对应的太空环境复杂度确定太空环境修正系数；由原始数据、气象条件修正系数和太空环境修正系数组成目标数据；

7、步骤四：按照二级评估指标的评分要求，对目标数据进行评分，得到目标数据的二级评估指标得分；

8、步骤五：将目标数据的二级评估指标得分和目标数据对应的二级评估指标的加权系数输入二级评估指标聚合模型中，聚合形成目标数据的一级评估指标得分；

9、步骤六：将目标数据的一级评估指标得分与目标数据对应的一级评估指标的加权系数输入一级评估指标聚合模型中，聚合形成遥感卫星对地观测效能评估结果；

10、其中，步骤一中，遥感卫星对地观测效能评估指标体系，包括三项一级评估指标，分别为：目标发现效能指标、目标识别效能指标和目标位置标定效能指标；其中，

11、目标发现效能指标包含六项二级评估指标，原始数据分别为：目标发现次数、最大发现时间间隔、目标发现概率、发现响应时间、气象条件修正系数和太空环境修正系数；

12、目标识别效能指标包含六项二级评估指标，原始数据分别为：目标识别次数、最大识别时间间隔、目标识别概率、识别响应时间、气象条件修正系数和太空环境修正系数；

13、目标位置标定效能指标包含三项二级评估指标，原始数据分别为：目标位置标定更新次数、目标位置标定最大时间间隔和满足要求的位置标定次数。

14、步骤一中，预设的二级评估指标的评分要求为：

15、目标发现次数得分

16、最大发现时间间隔得分

17、目标发现概率得分

18、目标发现响应时间得分

19、目标发现效能指标气象条件修正系数得分

20、

21、目标发现效能指标太空环境修正系数得分目标识别次数得分最大识别时间间隔得分目标识别概率得分目标识别响应时间得分目标识别效能指标气象条件修正系数得分：

22、

23、目标识别效能指标太空环境修正系数得分目标位置标定更新次数得分目标位置标定最大时间间隔得分

24、满足要求的目标位置标定次数得分

25、步骤一中，预设的二级评估指标的加权系数为：

26、目标发现效能所属二级指标的加权系数为：目标发现次数的加权系数pa1＝0.2、最大发现时间间隔的加权系数pa2＝0.15、目标发现概率的加权系数pa3＝0.2、发现响应时间的加权系数pa4＝0.25、气象条件修正系数的加权系数pa5＝0.1和太空环境修正系数的加权系数pa6＝0.1；

27、目标识别效能所属二级指标的加权系数为：目标识别次数的加权系数pb1＝0.2、最大识别时间间隔的加权系数pb2＝0.15、目标识别概率的加权系数pb3＝0.2、识别响应时间的加权系数pb4＝0.25、气象条件修正系数的加权系数pb5＝0.1和太空环境修正系数的加权系数pb6＝0.1；

28、目标位置标定效能所属二级指标的加权系数为：目标位置标定更新次数的加权系数pc1＝0.3、最大目标位置标定时间间隔的加权系数pc2＝0.3和满足目标位置标定要求的次数的加权系数pc3＝0.4。

29、步骤一中，预设的一级评估指标的加权系数为：

30、一级评估指标中目标发现效能指标的加权系数pa＝0.2；一级评估指标中目标识别效能指标的加权系数pb＝0.3；一级评估指标中目标位置标定效能指标的加权系数pc＝0.5。

31、步骤二中，获取的服务器中存储的与遥感卫星对地观测活动仿真任务需求对应的二级评估指标中的原始数据，包括：

32、目标发现次数、最大发现时间间隔、目标发现概率、发现响应时间、目标识别次数、最大识别时间间隔、目标识别概率、识别响应时间、目标位置标定更新次数、目标位置标定最大时间间隔和/或满足要求的目标位置标定次数。

33、其中，原始数据的记录方法为：

34、目标发现次数按平均每天发现次数记录；

35、最大发现时间间隔按连续两次发现目标的时间间隔最大值记录，默认值10000；

36、目标发现概率按：目标发现次数÷探测次数×100的值记录；

37、发现响应时间按：首次发现时间-观测开始时间的值记录，默认值10000；

38、目标识别次数按平均每天发现次数记录；

39、最大识别时间间隔按连续两次发现目标的时间间隔最大值记录，默认值10000；

40、目标识别概率按：目标识别次数÷探测次数×100的值记录；

41、识别响应时间按：首次识别时间－首次发现时间的值记录，默认值10000；

42、目标位置标定更新次数按：平均每天目标发现次数+目标识别次数的值记录；

43、目标位置标定最大时间间隔取最大发现时间间隔和最大识别时间间隔的最大值记录；

44、满足要求的目标位置标定次数按平均每天满足要求的次数记录。

45、步骤三中，根据一级评估指标对应的气象条件确定气象条件修正系数；根据一级评估指标中对应的太空环境复杂度确定太空环境修正系数的方法包括：

46、气象条件修正系数为根据一级评估指标中的目标发现效能指标和目标识别效能指标对应的气象条件确定的气象条件修正系数的取值范围；

47、一级评估指标的目标发现效能指标和目标识别效能指标中，气象条件修正系数的取值范围为{1、2、3、4、5}；其中，

48、气象条件为影响遥感卫星对地观测效能的五种气象条件，气象条件修正系数的取值中，1表示卫星观测气象条件最理想；2表示卫星观测气象条件比较理想；3表示卫星观测气象条件一般；4表示卫星观测气象条件较恶劣；5表示卫星观测气象条件最恶劣；

49、太空环境修正系数为根据一级评估指标中的目标发现效能指标和目标识别效能指标对应的太空环境复杂度确定的太空环境修正系数的取值范围；

50、一级评估指标的目标发现效能指标和目标识别效能指标中，太空环境修正系数的取值范围为{1、2、3、4、5}；其中，

51、太空环境复杂度为卫星观测过程中太空环境复杂度，太空环境修正系数的取值中，1表示太空环境复杂度较低；2表示太空环境复杂度轻微；3表示太空环境一般复杂；4表示太空环境较为复杂；5表示太空环境最为复杂。

52、步骤五中，二级评估指标聚合模型，包括：

53、

54、

55、

56、其中，a为目标发现效能指标所属一级评估指标的得分；ai为目标发现效能指标所属二级评估指标的得分；pai为目标发现效能指标所属二级指标的加权系数；b为目标识别效能指标所属一级评估指标的得分；bj为目标识别效能指标所属二级评估指标的得分；pbj为目标识别效能指标所属二级指标的加权系数；c为目标位置标定效能指标所属一级评估指标的得分；ck为目标位置标定效能指标所属二级评估指标的得分；pck为目标位置标定效能指标所属二级指标的加权系数。

57、步骤六中，一级评估指标聚合模型为：

58、p＝a×pa+b×pb+c×pc；

59、其中，p为遥感卫星对地观测效能评估结果；a为目标发现效能指标所属一级评估指标的得分；pa为目标发现效能指标所属一级评估指标的加权系数；b为目标识别效能指标所属一级评估指标的得分；pb为目标识别效能指标所属一级评估指标的加权系数；c为目标位置标定效能指标所属一级评估指标的得分；pc为目标位置标定效能指标所属一级评估指标的加权系数。

60、有益效果：

61、1、本发明着眼于遥感卫星对地观测活动的现实需求，根据遥感卫星在轨运动的规律特点，构建了遥感卫星对地观测效能评估指标体系，聚焦需求、针对性强。

62、2、本发明在遥感卫星对地观测效能评估指标体系中，引入气象条件修正系数和太空环境修正系数两项指标，不仅体现了气象因素对观测效果的影响，而且考虑了对地观测过程中的复杂太空环境，使得评估结果更加准确并符合实际需求。

63、3、本发明提出的多级指标架构和聚合模型，填补了考虑复杂气象条件和太空环境下遥感卫星体系效能评估的空白，对发展我国新型航天装备，发挥遥感卫星网络体系的综合效能，提升遥感卫星应用能力具有重要意义，也为航天装备的鉴定和考核提供理论和工具支撑。

64、4、开展遥感卫星对地观测效能评估，有利于更加准确、有效地反映卫星系统能力，拓展卫星遥感产业应用领域，并促进卫星工程建设闭环管理，进一步优化遥感卫星体系建设。

65、5、卫星遥感对地观测效能目前没有统一的标准，本发明对指标进行了明确的定义，即为达到对地观测特定遥感任务目标的满足程度，反映了卫星遥感的天地一体化服务能力，有针对性地选用性能指标作为影响效能评估的主要因素。

66、6、不确定性在现实世界中无处不在，本发明通过表示和量化不确定性降低了在遥感对地观测任务中不确定性的影响，所构建的三级效能评估指标体系为进行科学合理的评估提供了基本思路和脉络。

67、7、本发明所提出的聚合模型，融合了多级各项指标，克服了以往传统指标的模糊性影响，使指标的权值兼具主观决策与客观修正的影响，能够使指标权重更加准确。