基于改进布谷鸟搜索的卫星成像规划方法

针对多卫星区域目标的成像规划问题,提出一种基于改进布谷鸟搜索的卫星成像规划方法。为最大限度地利用卫星资源,首先基于卫星的单次过境活动将区域目标按条带分解,然后考虑卫星姿态约束、传感器使用约束、过境时间约束、成像时云量及光照约束等,建立约束满足模型,针对模型设计编码和更新策略,并在布谷鸟搜索算法中引入非线性惯性权重对其进行改进,最后采用改进的布谷鸟搜索算法求解约束满足模型。求解结果表明,与遗传算法相比,本文算法的收敛性好、目标完成率高且稳定性强,验证了该算法的有效性。

基于步进搜索的敏捷同轨立体成像规划

针对敏捷光学卫星的同轨立体成像模式,从立体像对成像质量的角度出发,提出了一种基于步进搜索策略的成像规划方法。建立了同轨立体成像评价模型,采用步进搜索策略,遍历计算全部可行的前后视影像成像时间窗口,选取成像评价指标最佳的时间窗口作为最优规划结果。实现所提出算法并通过仿真实验验证,分析了选取不同的成像时间窗口对立体成像质量的影响,仿真结果表明算法具有可行性。

基于任务分解的多星成像规划模型建立与求解

为解决多星成像规划模型中求解算法任务分配不合理、运算效率较低等问题,根据卫星性能指标和遥感器成像能力等约束条件,建立多星成像规划模型。求解该模型时,基于免疫算法设计任务分配方案,并基于图的最长路径算法设计单轨道圈次调度方案,使卫星能够尽可能多地对分配至该轨道圈次的点目标成像。将单轨道圈次调度结果作为反馈信息,调整任务分配方案,并通过多次迭代使得出的结果接近全局最优解。以多颗卫星对不同数量的点目标成像为条件,对模型进行测试,并与现有的规划模型对比。结果表明:文章提出的模型,能够在较短的时间内求解多星成像规划问题,得出较优的成像方案。

海洋一号卫星观测任务规划算法设计及系统应用

针对海洋一号卫星观测任务规划需求,提出并实现了基于遗传策略的任务规划框架,解决了卫星实际使用中成像任务受卫星其他业务影响的多类型约束成像规划问题。基于海洋一号卫星实际规划业务要求,对任务规划约束和优化目标建立数学模型,提出了由预处理、窗口约束处理和组合约束处理与优化组成的三阶段规划框架。设计了多约束任务规划优化目标函数,并利用交叉、变异和种群选择等遗传机制对优化问题进行了求解。基于海洋一号卫星实际观测需求数据,对提出的算法进行了有效性和性能验证,结果表明本算法能够给出满足多类型约束的观测规划方案,并在观测时间、观测覆盖率等方面较其他策略有显著提升。研究结果表明通过优化目标函数的设计遗传算法能够实现复杂约束条件的成像规划求解,算法框架可为与海洋卫星具有相似业务特点的对地观测规划系统设计提供借鉴。

一种SAR成像区域规划方法及软件可视化界面实现

合成孔径雷达(SAR)对于某区域的成像分辨率、波束扫描方位俯仰角、成像结果的畸变率等参数在目前仍主要通过对目标区域取点计算得到,计算不够方便和直观。直接通过雷达的需求分辨率和目前雷达的位置、姿态、速度得到雷达的可成像区域在工程中仍具有实际应用意义。针对这一情况,实现无人机载SAR波束与姿态自动解算,计算在雷达沿特定轨迹飞行过程中的波束扫描范围和对应不同分辨率时的可成像区域,完成成像区域自动规划软件设计,并进行了仿真验证。

最小化完成测绘时间的卫星成像任务规划算法

针对应急条件下的成像观测任务,考虑卫星成像条带切换时间等约束建立成像任务调度模型,以最小化完成测绘任务时间为优化目标。通过改进蚁群算法进行求解,结合实际约束、加入任务执行间隔等因素来控制转移概率。为地面运管系统提供了一种新的成像策略优化目标,能够根据不同的测绘任务以及用户需求,选择优化方案对实际卫星测绘做规划。

应用近似算法的光学遥感卫星区域目标成像任务规划方法

光学遥感卫星成像任务规划的研究对象多以点目标为主,对于区域目标的处理,多是将其转化为点目标后求解,因此存在精度不高和效率过低等问题。同时,还存在对于长时间周期的规划问题耗时过长,以及大区域长时间任务规划性能较差等问题。文章根据卫星成像任务规划的约束条件,建立成像任务规划模型,分析并归纳光学遥感卫星轨道及星下点轨迹的特点,认为星下点轨迹在中低纬度区域的投影可近似认为是直线;通过将区域目标向直线投影,将二维平面区域转化为一维线状区域,对模型进行求解。该方法能大幅降低求解区域目标问题的复杂度,在一维线状区域的基础上对侧摆进行处理,同时能够提高长时间周期规划的性能。利用环境减灾-1A(HJ-1A)卫星进行验证,结果表明,文章提出的方法能够在较短的时间内解决大区域长时间成像任务规划问题。

海洋卫星北极多区域遥感成像任务规划及应用评估

北极区域海冰是影响北极船舶航行安全的重要因素,由于该区域现场观测站点少,卫星遥感成为监测北极海冰变化的主要手段。为满足北极海域重点区块遥感观测的需求,结合海洋卫星轨道预测技术和海岸带成像仪的载荷特点,本文提出了一种多区域成像的卫星探测任务规划算法。简化的轨道预报模型和规划算法均为自主设计、独立编程,脱离商用软件的约束,自动化程度高,经过海洋一号C卫星的应用实践,验证了该算法满足近实时的观测需求,改变了以往无差别接收任务规划的不合理局面,有效提高了卫星资源的应用效能,为北极航运提供更好的支撑服务。

基于基因表达式编程的多星成像任务规划算法

通过分析区域目标多星成像任务规划的约束条件,建立相应的约束满足模型,并分析模型的数学复杂度。为改善遗传算法应用于多星成像任务规划问题时,全局搜索能力较弱的缺点,首次提出使用基因表达式编程求解此问题。在算法实现的过程中,设计出倒置遗传算子增强最优解的搜索,并引入知识库保留迭代过程中的精英个体。结果表明,基因表达式编程不仅有效和合理地解决了多星成像规划问题,而且极大地提高了解的精度。

应用改进多种群遗传算法的多星成像目标规划方法

针对目前多星成像目标规划求解算法容易陷入局部最优解,且对于大区域目标及规划时间周期较长时不能尽快规划出较优的成像方案问题,提出一种改进多种群遗传算法的多星成像目标规划方法。以成像规划方案周期最短、覆盖率最大为目标函数建立模型;利用改进的多种群遗传算法对模型进行求解,采用移民算子种群在多种群之间关联及更新种群,保留每代进化中的最优成像方案。利用多星对区域目标成像验证了所提出的方法,结果表明:此方法能够较好地用于模型的建立及求解,有效地规划出目标函数较优的成像方案。

一种基于优先级的卫星成像任务快速规划流程

针对现有卫星成像任务规划算法模型复杂、计算量大、难以满足快速成像任务规划需求的问题,对成像任务规划中的各个过程进行了分析和分解,讨论了点目标可见预报算法及任务规划过程,建立了星历和星下点计算模型,给出了基于目标的重要程度和紧急程度的成像任务优先级确定方法,通过分析无侧摆和有侧摆卫星任务规划的特点,设计了一种基于观测目标优先级的成像任务规划流程,能够通过分布式或并行计算,实现成像任务快速规划。

敏捷卫星的地震灾后快速响应规划

我国是世界上地震活动最为频繁,地震灾害最为严重的国家之一,重大地震灾害影响面积广、破坏性强且灾情复杂,单一的地面调查在短时间内无法获取全面的灾情信息。因此,利用敏捷卫星姿态机动灵活性,可对地震覆盖区域中的人口密集区域、受灾严重区域等重点目标区域进行灵活观测,从而支持相关机构进行灾情快速评估。由于卫星在轨观测能力有限,因此需要根据重点目标的优先级对其进行成像规划。本文基于目标优先级,采用正弦机动方法对敏捷卫星在轨成像全过程进行规划。成像规划结果表明:采用基于目标优先级和正弦机动方法的敏捷卫星成像过程规划方法,能够在较短时间内对地震覆盖区域中的重点目标进行可行有效的成像过程规划,为地震灾后快速响应评估提供参考。

敏捷卫星一般轨迹主动推扫成像模式设计

相比于传统对地观测卫星,敏捷卫星可沿滚动、俯仰、偏航三轴进行快速机动,理论上可以实现对地面任意走向条带目标的成像。针对该成像需求,文章设计了敏捷卫星一般轨迹主动推扫成像模式。在一般轨迹主动推扫过程中,卫星三轴姿态均连续变化,文章给出了适用于主动推扫成像过程的姿态规划算法。对于一轨内多个条带目标的成像时序规划问题,建立成像开始时刻规划模型,采用序列二次规划算法对该模型进行求解。针对典型应用场景的仿真算例表明,成像过程规划算法是合理的。从成像质量保障的角度出发,分析了主动推扫成像过程的卫星姿态控制精度、姿态稳定度等影响因素的影响链路,并提出了工程控制要求,可为卫星工作模式设计提供参考。

一种基于多目标优化的卫星周期性持续观测任务规划方法

随着各领域对卫星遥感数据需求的日益深入,用户不再满足于卫星对地面目标单次观测所获得的遥感数据,而是希望组网卫星能够对目标进行周期性持续观测,以实现目标态势定期刷新.这对卫星任务规划研究提出了更高的要求,传统的多星多目标任务规划方法均假设目标一旦被观测即任务完成,难以适应周期性持续观测任务规划场景.本文分析了组网卫星周期性持续观测任务规划问题,建立了约束满足问题模型.基于分解的多目标进化算法框架,提出了组网卫星周期性持续观测任务规划方法,从观测周期超时程度和卫星能量消耗等两个维度进行多目标优化求解.最后,通过仿真实验,验证了该方法的可行性和有效性.

基于临空无人机位姿运动估计的无缝扫描成像控制

我国致力于建设基于空间卫星、飞艇和飞机的高分辨率对地观测系统,远距离高分辨大视场成像技术在深空、临空探测领域具有重要意义,为实现高分辨宽视场无缝成像,本文提出一种基于临空无人机位姿运动估计的无缝扫描成像控制算法。首先,根据临空探测器成像系统的成像方式及工作原理,建立图像与地面场景映射模型,对序列图像对应的地面区域中心地理信息进行解算,并建立补偿机构的解算模型。然后,针对成像方式的特点,利用多步卡尔曼滤波算法对载机的位姿进行估计,将估计数据带入补偿机构解算模型,使指令计算数值逐次逼近实际值。最后,再采用多步卡尔曼滤波算法对模型进行仿真,结果显示对临空无人机的姿态单步估计误差不大于0.1°,位置误差不大于5 m。实际飞行试验结果表明,本文方法的帧间重叠度控制误差不大于8%,能够有效实现高分辨宽视场无缝成像,该方法为进一步探索深空领域的应用提供基础。

面向遥感卫星数据获取应用的时间序列云量预测方法

针对目前没有能够直接满足遥感数据获取需求相关的云量预测方法的问题,本文提出了一种利用时间序列分析预测方法对云量进行预测的方法。在云量特征分类的基础上,整合ARMA、ARIMA和SARIMA 3种模型对云量进行预测,并得到了满意的预测结果。根据云量预测结果参考信息,选择云量覆盖较少的时间段进行卫星成像规划,有利于更合理的进行卫星成像规划,对满足遥感数据获取需求有重要意义。

高分多模卫星星地任务管理方案设计与验证

高分多模卫星工作模式复杂,工作模式组合变化多,卫星单轨和1天内可执行任务数量大幅增加。为了解决这些问题,在工程上实现卫星灵活、高效的工作过程精准执行,在操作上实现地面段任务管理的简洁、易用,在应用效能上实现卫星能力的充分发挥与卫星安全性的兼顾,参考国内外遥感卫星技术发展,提出“目标、需求、元任务、动作、指令”的5层次星地任务管理架构,明确了以“元任务”作为星地任务接口,并实现算法开发、地面验证和在轨应用。高分多模卫星星地任务管理方案大幅降低了地面任务管理人员对卫星操作的复杂程度,提高了任务上注效率、执行效率和组合使用灵活性,使得卫星的应用潜能得到完全发挥。

面向区域成像任务的环月卫星侧摆角优化方法

面向月表大区域成像任务需求,提出了拼接成像侧摆角优化方法。针对区域覆盖率计算,提出了基于矢量多边形逻辑运算的成像覆盖率快速计算方法,可在保证计算精度的同时降低计算复杂度;构建拼接成像任务侧摆角优化模型,采用基于sigmoid函数的自适应遗传算法求解;并采用两组仿真数据验证了该优化算法的可行性。

珞珈一号01星夜光遥感设计与处理

珞珈一号01星是兼具遥感和导航的一星多用低轨维纳科学试验卫星,本文针对珞珈一号01星夜光遥感设计与处理,详细介绍了卫星平台的有效载荷及平台设计;面向科学的试验目标,制订了科学的夜光成像任务计划,实现了全国夜光一张图任务规划;提出了面向珞珈一号01星的在轨几何辐射定标模型;研制了支持WEB端及移动端访问的数据共享服务系统;针对夜光遥感数据在社会经济应用问题,提出了发展指数和未来发展指数的珞珈一号指数模型,并通过相关实验验证了模型的有效性。珞珈一号01星可为社会经济参数估算、重大事件评估、渔业监测、国家安全等领域提供技术支撑。