针对敏捷遥感卫星对地成像的任务在线动态规划

发布时间：2020-07-07 08:15

【摘要】：随着对地观测技术的发展,遥感用户、用户需求以及需求种类逐渐增多,这些变化增加了任务规划环境的不稳定性。传统的离线规划模式依赖于地面环节决策,难以实现对环境的快速响应,为了适应动态需求,需要提高卫星在线动态任务规划的能力。敏捷遥感卫星具有大范围快速姿态机动的优点,能够实现对观测目标的快速响应。多敏捷星组网协同对地遥感可以增加任务的观测窗口,丰富观测的图像类型,以更强的观测能力提高对动态环境的响应速度。多卫星在线任务规划问题是一类典型的、涉及资源与时间的大规模统筹调配问题,考虑约束更为复杂,需要系统成员根据的自身状态进行实时自主规划,而且在线观测环境的不确定性还会导致系统观测方案的扰动。首先,本文建立了敏捷卫星对地成像动力学模型,介绍了在卫星姿态确定以及规划模型建立中选取的主要坐标系及转换关系、姿态描述形式,然后分析了对地观测星地几何,推导了卫星在轨成像姿态、目标可见性的计算方法以及卫星在线轨道预报的方法。其次,对多星分布式在线任务规划问题进行统一建模,分析了问题的约束条件与优化目标,研究了规划效能评估方法。设计了单星级别任务动态规划算法,建立了以合同网协议为基础的多星协商任务分配与规划算法框架,提出了多种任务分配合同形式,重新设计了合同网协议下招投标各个环节的操作方法与流程,设计了任务招标、任务评标的方法,并结合多种动态任务算例,通过仿真验证了算法的有效性。之后,针对非合作移动目标这类典型的动态任务进行了研究。分析了移动目标的特点,对多星协同移动目标务在线任动态规划问题进行了描述。设计了移动目标潜在区域任务的生成方法,在多星任务规划算法框架下设计了海洋移动目标的任务规划、跟踪方法,研究了移动目标任务规划效能评估方法,给出了用于评估的指标集。根据不同工况,设计了多组仿真算例,对算法的可行性进行了检验。最后,针对敏感目标成像任务的多星协同在线动态规划问题进行了探究,提出了基于链接招投标的依赖合同网机制,设计了依赖合同网机制下的多星多类遥感器的在线协同任务分配与规划方法,研究了敏感目标任务规划效能评估方法,给出了用于评估的指标集,通过仿真实验对算法的有效性及效率进行了验证。文章以多星在线协同对地观测任务规划问题为主要研究对象,在对敏捷遥感卫星任务在线动态规划基础理论研究的基础上,深入分析了多星系统与动态任务的主要特点,设计了基于合同网协议的多星协同任务规划算法框架,并在此框架下针对移动目标、敏感目标两种典型的当下时需的动态任务分别设计了与之对应的任务规划算法,通过仿真与效能评估分析验证了本文研究的在线任务规划算法的有效性。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP79;V474.2
【图文】：

分布情况,遥感卫星

哈尔滨工程大学硕士学位论文组成结构更为复杂，且难于保证局部最优与全局最优的统一。上述内容，为了适应对地成像需求发展的需要，提高系统自治水平与态任务的快速响应，本文对多敏捷遥感卫星在线协同动态规划问题成像任务规划研究现状星轨道、星载成像载荷物理特性与目标点的物理特性等因素的影响在规定时限内完成所有成像任务，因此近年来国内外相继展开对多制，多星协同可以获得更广的成像覆盖面，满足任务观测的时效性图像资源的多样性[4]。美国 Planet Labs 研制的 Flock 遥感卫星群由卫星密集分布在两条轨道上，对地分辨率 3-5m，组网后可实现对一天，分布情况图 1.1 所示。国内的珠海一号遥感微纳卫星星座由有限公司研制，目前设计包括光学卫星与 SAR 卫星共计 18 颗卫星98m，部署完成后可实现全球数据 5 天更新一次，卫星分布情况如图

珠海,遥感,星群,多星

对地分辨率 3-5m，组图 1.1 所示。国内的珠海一号遥感微目前设计包括光学卫星与 SAR 卫星后可实现全球数据 5 天更新一次，卫图 1.1 Flock 遥感卫星群

合作目标,与非,卫星,上传

散落物、标志物、受污染的海区等。标时可能附带了某些先验信息，包括目标的发现位信互联的目标称之为合作目标，合作目标与卫星身的实时信息描述给观测卫星，卫星由此得到被作；将卫星无法通信互联的目标称之为非合作目星与目标之间处于隔离状态，卫星对目标的观测大。为保证研究的一般性，本文所涉及的移动目标信息交互信息上传上传成像信息交互成像信息上传信息

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