基于可调权重系数的成像时间窗快速排布方法及系统与流程

本发明涉及星载电子设备，具体地，涉及一种基于可调权重系数的成像时间窗快速排布方法及系统。尤其涉及轨规划过程中一种基于可调权重系数的成像时间窗快速排布和增量式迭代方法。

背景技术：

1、随着在轨临机任务逐渐增多，卫星响应速度与自主计算要求相应提升，高效快速地完成载荷任务成为提升卫星系统整体效益的重要内容。由于卫星有限的嵌入式计算资源限制，主流的地面自主任务规划算法无法满足星上自主任务规划的需求。在充分考虑各种实际工程约束条件的前提下，通过小计算量取得高收益载荷成像时间窗的生成方法成为卫星工程应用的迫切需要。

2、成像时间窗的排布问题，是指在满足卫星各项约束条件下，针对目标分布和观测效益合理规划载荷开关机和工作时间，以实现卫星最大效能的约束优化问题。目前解决此类问题的方法主要有启发式算法和深度强化学习算法，这些算法在地面系统中已有大量应用，但因星载计算机资源限制，在兼顾算法效率和系统无故障运行要求下，在嵌入式星载计算机中进行在轨自主任务规划的实际应用较为稀少。此外，当前多数遥感卫星开始携带星上处理单机和星间通信单机，星上处理单机可以在轨实时处理生成有效目标，对本星或他星进行实时引导；星间通信单机可以接收由他星传递或高轨卫星中转的目标，对本星进行连续引导。常规由地面进行成像窗口规划的时效性已不能适应在轨紧急和实时任务需求。

3、为了保证星上处理效率，采取逐步缩减解空间的迭代方法，分批次、分级对目标点规划成像窗口，对每一批目标的原始优先级和原始置信度进行系数加权计算，得到所有目标的重要度后对目标实施分级，在卫星飞行的实时区间上增量式规划和调整时间窗口，采用可调系数的方式交由地面控制目标的优先级关系，通过调整系数实现目标的重要度等级重新排序。

4、专利文献cn107608793a公开了一种快速搜索的敏捷卫星任务规划方法，提出按不同排序规则建立观测队列和实际成像窗口，最后通过比对不同排序规则得到的规划方案选取成像质量最优的方案。

5、但是专利文献cn107608793a需要首先确定所有待观测目标的原始可成像窗口，然后进行窗口规划，无法实现多批次目标的循环增量式时间窗口安排，且不可调整目标之间的优先关系，在目标之间不做区分，对于无法安排的目标点也是做丢弃处理，无法保证载荷观测任务的最大收益，与本发明所述内容完全不同。

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基于可调权重系数的成像时间窗快速排布方法及系统。

2、根据本发明提供的一种基于可调权重系数的成像时间窗快速排布方法，包括：

3、步骤s1：获取不同批次的目标，并根据目标参数中的原始优先级和原始置信度进行系数加权计算，得到所有目标的重要度；

4、步骤s2：计算当前批次中每个目标的过顶时刻，并根据所述重要度和所述过顶时刻将当前批次目标划分到不同重要度等级的排队序列中；

5、步骤s3：按照重要度等级从高到低的顺序遍历所述排队序列，依次为目标安排载荷可成像窗口，得到对应的成像时间窗；

6、步骤s4：根据重要度等级将下一批次的目标增量式插入所述成像时间窗；

7、重复执行步骤s2至步骤s4，直至所有批次的目标安排完毕。

8、优选地，所述目标参数包括目标编号、目标优先级、置信度、目标类型；

9、所述重要度计算公式如下：

10、target_weight＝priority_ratio*target_priority*believe_ratio*target_bel ieve

11、其中，target_priority表示目标优先级，target_bel ieve表示目标置信度，priority_ratio表示优先级权重系数，believe_ratio表示置信度权重系数，target_weight表示计算出的目标重要度。

12、优选地，所述重要度等级包括5个等级，分别为最高重要度等级、次高重要度等级、第三高重要度等级、第四高重要度等级和第五高重要度等级；

13、同一个重要度等级范围内的所有目标点按过顶时刻从小到大排序，已安排时间窗后被撤回的目标点也进入其对应的重要度等级内按过顶时刻排序。目标随着重要度分级进入不同重要度等级的待规划目标队列，按照过顶时刻从先到后逐一排列。

14、优选地，步骤s4中以载荷工作模式为约束完成增量式插入；

15、在同一级重要度等级范围内，按照目标过顶时间顺序依次安排成像时间窗口；

16、如果后序目标与前序目标过顶时刻接近，则根据单次成像约束扩充前序目标的成像时间窗口边界；

17、如果后续目标与前序目标无一过顶时刻接近，则根据成像间隔或开机间隔在前序目标成像时间窗中插入新的成像时间窗，不满足插入条件则舍弃所述后序目标。

18、优选地，进行多轮目标迭代时，不需要对所有目标进行重新排列，而是对新一批的目标依次计算重要度，插入相应重要度等级的排队队列，然后根据重要度等级从高到低安排成像窗口，插入已排布但未执行的成像窗口序列中。

19、根据本发明提供的一种基于可调权重系数的成像时间窗快速排布系统，包括：

20、模块m1：获取不同批次的目标，并根据目标参数中的原始优先级和原始置信度进行系数加权计算，得到所有目标的重要度；

21、模块m2：计算当前批次中每个目标的过顶时刻，并根据所述重要度和所述过顶时刻将当前批次目标划分到不同重要度等级的排队序列中；

22、模块m3：按照重要度等级从高到低的顺序遍历所述排队序列，依次为目标安排载荷可成像窗口，得到对应的成像时间窗；

23、模块m4：根据重要度等级将下一批次的目标增量式插入所述成像时间窗；

24、重复触发模块m2至模块m4，直至所有批次的目标安排完毕。

25、优选地，所述目标参数包括目标编号、目标优先级、置信度、目标类型；

26、所述重要度计算公式如下：

27、target_weight＝priority_ratio*target_priority*believe_ratio*target_bel ieve

28、其中，target_priority表示目标优先级，target_bel ieve表示目标置信度，priority_ratio表示优先级权重系数，believe_ratio表示置信度权重系数，target_weight表示计算出的目标重要度。

29、优选地，所述重要度等级包括5个等级，分别为最高重要度等级、次高重要度等级、第三高重要度等级、第四高重要度等级和第五高重要度等级；

30、同一个重要度等级范围内的所有目标点按过顶时刻从小到大排序，已安排时间窗后被撤回的目标点也进入其对应的重要度等级内按过顶时刻排序。目标随着重要度分级进入不同重要度等级的待规划目标队列，按照过顶时刻从先到后逐一排列。

31、优选地，模块m4中以载荷工作模式为约束完成增量式插入；

32、在同一级重要度等级范围内，按照目标过顶时间顺序依次安排成像时间窗口；

33、如果后序目标与前序目标过顶时刻接近，则根据单次成像约束扩充前序目标的成像时间窗口边界；

34、如果后续目标与前序目标无一过顶时刻接近，则根据成像间隔或开机间隔在前序目标成像时间窗中插入新的成像时间窗，不满足插入条件则舍弃所述后序目标。

35、优选地，进行多轮目标迭代时，不需要对所有目标进行重新排列，而是对新一批的目标依次计算重要度，插入相应重要度等级的排队队列，然后根据重要度等级从高到低安排成像窗口，插入已排布但未触发的成像窗口序列中。

36、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

37、1、本发明实现方式较为简单，对卫星嵌入式计算资源占用极少，通过将多个重要目标均匀分布在不同观测任务内，保证高优先级高权重目标一定被最快安排观测窗口，可实现时敏批量目标的快速规划，提高在轨卫星对时敏任务的响应和执行速度。

38、2、本发明公开的可调权重系数方法，能够灵活适应不同带决策系统的航天器软件，实现对决策策略的偏好修改，提高软件在轨运行期间的灵活性以及可维护性。