编队飞行成像卫星的自主任务规划技术研究

发布时间：2019-09-09 20:28

【摘要】：随着我国成像卫星技术的飞速发展,用户对卫星对地观测的准确性、快速性也提出了越来越高的要求。应用编队飞行技术,使多颗成像卫星互相配合,协同执行对地观测任务,成为一个重要趋势。传统方式下,多星编队的观测任务序列由地面规划中心提前解算,然后上传给每颗卫星执行。为了实现卫星对实时成像任务的快速响应,不依赖于地面系统、由在轨的多星编队对多个成像目标进行快速分配的自主任务规划技术成为一个研究热点。本文针对面向热点区域内多个地面目标的多颗成像卫星自主任务规划问题进行了研究,首先提出了带J2摄动项的轨道递推算法以及基于封闭图形的卫星可成像范围初步判断方法,以此对卫星和目标数据进行初步处理。然后针对每颗卫星,通过计算成像过程涉及的各类约束,筛选出在其成像序列为空的情况下,该卫星有能力观测的地面目标的集合。在此数据集合的基础上,进行自主任务规划算法的设计。首先针对单颗成像卫星,设计基于目标优先级的分层无择优任务规划算法,即将指定热点区域内地面目标按重要程度划分为重要、次级和一般三个层次,提出以“目标传入—约束判断—调整任务序列”为过程的任务筛选过程。依次对重要、次级、一般目标进行任务分配,逐层筛选出能够加入卫星观测序列的目标。由于不同的目标传入顺序会形成不同的观测序列,基于此提出单星分层择优任务规划算法:在每一层任务分配时,将同等目标以多种顺序传入,逐层筛选出使当前成像收益最大的当前观测序列,在前一层观测序列的基础上进行下一层任务的传入和判断,最终形成一种或多种使成像收益最大的方案。将单星分层任务规划算法拓展到多星编队的情况,提出基于目标等级与成像偏好,以任务筛选为核心的多星分层无择优算法。在每一层任务规划中,将按成像偏好分组后的目标,依次传入其第一成像偏好卫星组的每颗卫星进行任务分配,未加入该组某卫星观测序列的目标,传入下一组卫星,直至加入某颗卫星的观测序列,或所有卫星完成对该组目标的传入判断。多星分层择优任务规划算法,仍是在任务分配过程中引入目标的多种排列顺序,逐组、逐层地给出使当前成像收益最大的方案。最后形成对应成像收益最大的、各颗卫星的观测序列。本文分别对单星与多星分层无择优/择优自主任务规划算法进行了MATLAB仿真验证。针对多星分层自主任务规划算法的验证以四川省汶川县附近的160个地面目标、编队飞行的十颗成像卫星为背景,分别以成像收益和成像个数作为优化目标,其结果验证了算法的快速性、有效性与广泛适用性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V474

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本文编号：2533832