(19)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局(12)發(fā)明專利(72)發(fā)明人劉杰劉書豪于海鋒李梁張潤(rùn)寧程曉安亮劉磊匡輝高賀利許宇棟限公司16101專利代理師吳亞蘭審查員錢亦梟明避免成像任務(wù)之間的姿態(tài)切換、開關(guān)機(jī)時(shí)刻、2步驟1、基于獲取任務(wù)規(guī)劃的初始參數(shù)與約束條件，包括任務(wù)規(guī)劃時(shí)段、成像任務(wù)需求、數(shù)傳弧段、衛(wèi)星初始軌道、載荷最大視場(chǎng)角、初始剩余固存容量、單圈最長(zhǎng)累計(jì)成像時(shí)長(zhǎng)和最大姿態(tài)機(jī)動(dòng)能力；基于衛(wèi)星軌道預(yù)報(bào)，剔除不可見(jiàn)目標(biāo)的成像任務(wù)，計(jì)算可見(jiàn)目標(biāo)的成像窗口；步驟2、基于成像窗口內(nèi)的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)信息，計(jì)算載荷開關(guān)機(jī)時(shí)步驟3、判斷載荷開關(guān)機(jī)時(shí)刻是否有重疊，若存在重疊，則僅保留優(yōu)先級(jí)最高的成像任步驟4、計(jì)算姿態(tài)歐拉角，基于姿態(tài)歐拉角計(jì)算角速度和角加速度；步驟5、比較相鄰成像任務(wù)的姿態(tài)歐拉角、角速度和角加速度，判斷是否存在姿態(tài)切換沖突，是則僅保留優(yōu)先級(jí)最高的成像任務(wù)；步驟7、計(jì)算成像任務(wù)的固存量；將成像任務(wù)與數(shù)傳弧段按時(shí)間排序；相鄰數(shù)傳弧段內(nèi)的成像任務(wù)的固存量總量超過(guò)衛(wèi)星剩余量時(shí)，按優(yōu)先級(jí)從低到高排列成像任務(wù)，依次刪除，直至不超過(guò)衛(wèi)星剩余量；步驟8、將成像任務(wù)按照圈次劃分，計(jì)算每圈載荷成像的總時(shí)長(zhǎng)，判斷是否超過(guò)單圈最2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2的具體方式為：步驟2.1、篩選成像窗口內(nèi)的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)信息，計(jì)算零多普勒時(shí)刻t;步驟2.2、根據(jù)零多普勒時(shí)刻t,計(jì)算等效旋轉(zhuǎn)中心在地固系下的位置矢量0rot,進(jìn)而獲得零多普勒時(shí)刻衛(wèi)星相對(duì)于地固系的速度矢量；運(yùn)算，A=Pspot/Pstrip為分辨率改善因子，由滑動(dòng)聚束模式分辨率Pspot和條帶模式分辨率步驟2.4、計(jì)算成像開始與結(jié)束時(shí)刻：成像開始時(shí)刻tstart=t-0.5×tn,成像結(jié)束時(shí)刻步驟2.5、計(jì)算載荷開關(guān)機(jī)時(shí)刻：令載荷成像開機(jī)準(zhǔn)備時(shí)長(zhǎng)記為tpre,成像結(jié)束轉(zhuǎn)入待機(jī)3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4的具體方式為：步驟4.1、計(jì)算從成像開始時(shí)刻至成像結(jié)束時(shí)刻，衛(wèi)星本體坐標(biāo)系x軸、y軸和z軸在地固系下的理論指向；步驟4.2、計(jì)算各由衛(wèi)星軌道坐標(biāo)系到衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的姿態(tài)矩陣Co(t):3其中，CFo(t)為由衛(wèi)星軌道坐標(biāo)系到地固系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣；(x?(t),x?(t),x?(t))、(y?(t),y?(t),y?(t))、(z?(t),z?(t),z?(t))分別為t時(shí)刻衛(wèi)星本體坐標(biāo)系x軸、y軸和z軸在地固系下的理論指向；步驟4.3、將姿態(tài)矩陣Co(t)轉(zhuǎn)換為歐拉角：記C3o(t)的分量形式如下：其中0pitchOr?10ya分別為俯仰角、滾動(dòng)角和偏航角，atan(*)、asin(*)分別為反正切、反正弦函數(shù)；步驟4.4、采用最小二乘法，將成像開始到結(jié)束各時(shí)刻的俯仰角、滾動(dòng)角和偏航角擬合為多項(xiàng)式曲線；步驟4.5、對(duì)上述多項(xiàng)式曲線求一階導(dǎo)數(shù)，獲取成像開始、結(jié)束時(shí)刻的歐拉角速度；對(duì)上述多項(xiàng)式曲線求二階導(dǎo)數(shù)，獲取成像開始、結(jié)束時(shí)刻的歐拉角加速度。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟6的具體方式為：步驟6.1、根據(jù)目標(biāo)的場(chǎng)景回波距離徙動(dòng)確定場(chǎng)景回波的瞬時(shí)最大斜距跨度，設(shè)計(jì)方位向各段斜距總跨度的滿足范圍；步驟6.2、根據(jù)方位向各段斜距總跨度的滿足范圍，對(duì)回波接收期間的方位向進(jìn)行分步驟6.3、根據(jù)方位向各段內(nèi)的回波最小斜距與最大斜距，設(shè)計(jì)方位向各段回波接收窗步驟6.4、基于方位向各段回波接收窗的起始與終止采樣時(shí)刻，搜索匹配回波接收窗時(shí)間范圍的工作重頻；步驟6.5、仿真驗(yàn)證分段變重頻設(shè)計(jì)結(jié)果是否保證回波能夠有效接收，如果保證回波能夠有效接收，則設(shè)計(jì)結(jié)束并輸出時(shí)序參數(shù)，否則返回步驟6.3,直到分段變重頻設(shè)計(jì)結(jié)果保證回波能夠有效接收。5.如權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述時(shí)序參數(shù)包括：一次成像過(guò)程中的方位向分段總數(shù)Na;第i段的方位向起始采樣時(shí)刻Taa;第i段的方位向終止采樣時(shí)刻Taa;第i段的回波接收窗起始采樣時(shí)刻Tsnan;第i段的回波接收窗終止4一種SAR衛(wèi)星高分辨成像任務(wù)規(guī)劃方法技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種SAR衛(wèi)星高分辨成像任務(wù)規(guī)劃方法。背景技術(shù)[0002]區(qū)別于傳統(tǒng)衛(wèi)星的任務(wù)規(guī)劃，SAR衛(wèi)星高分辨率成像任務(wù)規(guī)劃需要綜合考慮衛(wèi)星姿態(tài)與脈沖收發(fā)時(shí)序的協(xié)同規(guī)劃問(wèn)題。一方面，任務(wù)需要根據(jù)成像需求，合理設(shè)計(jì)姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡，使衛(wèi)星帶動(dòng)SAR天線波束轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，保證方位向大合成孔徑帶寬。這是因?yàn)槊艚軸AR衛(wèi)星采用反射面天線體制，波束相對(duì)衛(wèi)星本體固定，為了實(shí)現(xiàn)高分辨率成像，需要通過(guò)姿態(tài)機(jī)動(dòng)實(shí)現(xiàn)波束在空間的指向變化。當(dāng)進(jìn)行多目標(biāo)超高分辨率成像時(shí)，需要考慮不同目標(biāo)間的姿態(tài)切換時(shí)間，以避免成像姿態(tài)沖突。另一方面，在成像過(guò)程中，衛(wèi)星相對(duì)目標(biāo)的距離將出現(xiàn)大范圍變化，為此需要根據(jù)成像期間星地距離徒動(dòng)特性，合理設(shè)計(jì)脈沖收發(fā)時(shí)序，以實(shí)現(xiàn)對(duì)完整場(chǎng)景回波的有效接收。脈沖收發(fā)時(shí)序直接影響成像數(shù)據(jù)占用的衛(wèi)星固存，當(dāng)進(jìn)行多目標(biāo)高分辨率成像時(shí)，需要考慮不同成像任務(wù)的占用數(shù)據(jù)量大小，以完整存儲(chǔ)所有數(shù)據(jù)。[0003]從上面的論述可以看出，敏捷SAR衛(wèi)星超高分辨率成像任務(wù)規(guī)劃涉及姿態(tài)軌跡和SAR超高分辨率滑動(dòng)聚束模式的衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)方法”(專利號(hào)：CN106291557A)中提出了滑動(dòng)聚束姿態(tài)軌跡設(shè)計(jì)方法。針對(duì)高分辨率SAR成像的波位設(shè)計(jì)，專利“一種超高分辨率星載SAR的分段變重頻時(shí)序設(shè)計(jì)方法”(專利號(hào)：CN110208800A)中提出了超高分辨率SAR時(shí)序設(shè)計(jì)方法。但是，上述專利僅涉及單目標(biāo)超高分辨率成像任務(wù)規(guī)劃的單個(gè)方面，無(wú)法解決敏衛(wèi)星超高分辨率成像的任務(wù)規(guī)劃方法。發(fā)明內(nèi)容[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種SAR衛(wèi)星高分辨成像任務(wù)規(guī)劃方法，能夠結(jié)合姿態(tài)機(jī)動(dòng)和時(shí)序，對(duì)多目標(biāo)成像任務(wù)進(jìn)行高效規(guī)劃。[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：[0007]步驟1、基于衛(wèi)星軌道預(yù)報(bào)，剔除不可見(jiàn)目標(biāo)的成像任務(wù)，計(jì)算可見(jiàn)目標(biāo)的成像窗[0009]步驟3、判斷載荷開關(guān)機(jī)時(shí)刻是否有重疊，若存在重疊，則僅保留優(yōu)先級(jí)最高的成像任務(wù)。[0011]步驟5、比較相鄰成像任務(wù)的姿態(tài)歐拉角、角速度和角加速度，判斷是否存在姿態(tài)5待機(jī)的時(shí)長(zhǎng)記為tf,則載荷開機(jī)時(shí)刻為tstar67夠有效接收，保證時(shí)序參數(shù)的準(zhǔn)確性。附圖說(shuō)明[0048]圖1為本發(fā)明的方法流程圖。[0049]圖2為成像任務(wù)與數(shù)傳弧段分布示意圖。具體實(shí)施方式[0051]如圖1所示，本發(fā)明提出一種SAR衛(wèi)星高分辨成像任務(wù)規(guī)劃方法，具體步驟[0052]步驟1、基于獲取任務(wù)規(guī)劃的初始參數(shù)與約束條件，包括任務(wù)規(guī)劃時(shí)段、成像任務(wù)[0053]任務(wù)規(guī)劃時(shí)段：包括開始和結(jié)束時(shí)刻，用于限制任務(wù)規(guī)劃的時(shí)間范圍；像分辨率和成像幅寬、擬成像時(shí)段和任務(wù)優(yōu)先級(jí)，其中擬成像時(shí)段的時(shí)長(zhǎng)不應(yīng)超過(guò)一個(gè)衛(wèi)星軌道周期；[0055]數(shù)傳弧段：衛(wèi)星對(duì)地進(jìn)行成像數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始時(shí)刻與結(jié)束時(shí)刻，數(shù)傳過(guò)的成像數(shù)據(jù)將被衛(wèi)星刪除；[0056]載荷最大視場(chǎng)角：載荷波束可指向的最大角，受衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)能力約束；[0057]初始剩余固存容量：衛(wèi)星可存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量大小，任務(wù)規(guī)劃時(shí)段內(nèi)需保證不小于0;[0058]單圈最長(zhǎng)累計(jì)成像時(shí)長(zhǎng)P?:任務(wù)規(guī)劃時(shí)段內(nèi)，控制衛(wèi)星單圈成像總時(shí)長(zhǎng)不大于該[0059]最大姿態(tài)機(jī)動(dòng)能力：衛(wèi)星控制系統(tǒng)提供的最大姿態(tài)機(jī)動(dòng)能力，采用衛(wèi)星坐標(biāo)系大視場(chǎng)角，刪除不可見(jiàn)目標(biāo)的成像任務(wù)：[0061]步驟2.1、軌道動(dòng)力型模型基于衛(wèi)星初始軌道外推任務(wù)規(guī)劃時(shí)段的軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，包括衛(wèi)星位置和速度。[0062]步驟2.2、根據(jù)軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和載荷最大視場(chǎng)角，判斷在各成像任務(wù)的擬觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，衛(wèi)星對(duì)該目標(biāo)是否可見(jiàn)，剔除不可見(jiàn)目標(biāo)的成像任務(wù)，并計(jì)算可見(jiàn)目標(biāo)的成像窗口(即目標(biāo)位于載荷最大視場(chǎng)角范圍內(nèi)的時(shí)間段)。[0063]步驟3、基于成像窗口內(nèi)的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)信息，計(jì)算每個(gè)成像任務(wù)的載荷開關(guān)機(jī)時(shí)刻：[0065]步驟3.2、根據(jù)零多普勒時(shí)刻t,計(jì)算等效旋轉(zhuǎn)中心在地固系下的位置矢量0rot,進(jìn)而獲得零多普勒時(shí)刻衛(wèi)星相對(duì)于地固系的速度矢量；8[0068]其中，Dsc為成像幅寬，Vs(t)為零多普勒時(shí)刻衛(wèi)星相對(duì)地固系的速度矢量，|*|為取模運(yùn)算，A=Psnot/Pstrip為分辨率改善因子，由滑動(dòng)聚束模式分辨率Pspot和條帶模式分辨[0069]步驟3.4、計(jì)算成像開始與結(jié)束時(shí)刻：成像開始時(shí)刻tstart=t-0.5×t。n,成像結(jié)束[0070]步驟3.5、計(jì)算載荷開關(guān)機(jī)時(shí)刻：令載荷成像開機(jī)準(zhǔn)備時(shí)長(zhǎng)記為tnre,成像結(jié)束轉(zhuǎn)入待機(jī)的時(shí)長(zhǎng)記為toff,則載荷開機(jī)時(shí)刻為tstart?tpre,載荷關(guān)機(jī)時(shí)刻為tena+toff[0071]步驟4、判斷可見(jiàn)目標(biāo)的載荷開關(guān)機(jī)時(shí)刻是否有重疊，若存在重疊，則僅保留優(yōu)先級(jí)最高的成像任務(wù)。[0072]步驟5、計(jì)算成像任務(wù)的姿態(tài)歐拉角，基于姿態(tài)歐拉角計(jì)算成像任務(wù)開始與結(jié)束時(shí)刻的姿態(tài)歐拉角速度和角加速度：[0073]步驟5.1、計(jì)算從成像開始時(shí)刻至成像結(jié)束時(shí)刻，衛(wèi)星本體坐標(biāo)系x軸、y軸和z軸在地固系下的理論指向；[0074]步驟5.2、計(jì)算各由衛(wèi)星軌道坐標(biāo)系到衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的姿態(tài)矩陣CBo(t):軸在地固系下的理論指向；[0077]步驟5.3、將姿態(tài)矩陣CBo(t)轉(zhuǎn)換為歐拉角：[0078]記CBo(t)的分量形式如下：[0083]步驟5.4、采用最小二乘法，將成像開始到結(jié)束各時(shí)刻的俯仰角、滾動(dòng)角和偏航角擬合為多項(xiàng)式曲線；對(duì)上述多項(xiàng)式曲線求二階導(dǎo)數(shù)，獲取成像開始、結(jié)束時(shí)刻的歐拉角加速度。[0085]步驟6、判斷衛(wèi)星機(jī)動(dòng)能力是否滿足相鄰成像任務(wù)的姿態(tài)切換需求(比較相鄰成像任務(wù)的姿態(tài)歐拉角、角速度和角加速度，判斷是否存在姿態(tài)切換沖突),若不能滿足，則保留9最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)。[0087]步驟7.1、根據(jù)目標(biāo)的場(chǎng)景回波距離徙動(dòng)確定場(chǎng)景回波的瞬時(shí)最大斜距跨度，據(jù)此設(shè)計(jì)方位向各段斜距總跨度應(yīng)滿足的范圍；[0088]步驟7.2、根據(jù)方位向各段斜距總跨度應(yīng)滿足的范圍對(duì)回波接收期間的方位向進(jìn)行分段；[0089]步驟7.3、根據(jù)方位向各段內(nèi)的回波最小斜距與最大斜距，設(shè)計(jì)方位向各段回波接收窗的長(zhǎng)度以及起始與終止采樣時(shí)刻；[0090]步驟7.4、基于方位向各段回波接收窗的起始與終止采樣時(shí)刻，搜索能夠匹配回波接收窗時(shí)間范圍的工作重頻；[0091]步驟7.5、仿真驗(yàn)證分段變重頻設(shè)計(jì)結(jié)果是否保證回波能夠有效接收，如果保證回波能夠有效接收，則設(shè)計(jì)結(jié)束并輸出時(shí)序參數(shù)，否則返回步驟6.3,直到分段變重頻設(shè)計(jì)結(jié)果保證回波能夠有效接收。[0092]經(jīng)過(guò)上述計(jì)算過(guò)程，可得到SAR載荷單個(gè)成像任務(wù)所需的時(shí)序[0093]一次成像過(guò)程中的方位向分段總數(shù)Na;第i段的方位向起始采樣時(shí)刻第i段的方位向終止采樣時(shí)刻;第i段的回波接收窗起始采樣時(shí)刻;第i段的回波接收窗存需求，判斷衛(wèi)星的剩余固存量是否滿足成像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求保證，如不能滿足，則優(yōu)先保留高優(yōu)先級(jí)任務(wù)。[0095]步驟8.2、記整個(gè)任務(wù)規(guī)劃期間衛(wèi)星共有N個(gè)數(shù)傳弧段，按照時(shí)間先后進(jìn)行排序和標(biāo)號(hào)，Wstar、Wea分別為第j個(gè)數(shù)傳弧段的開始與結(jié)束時(shí)刻。將步驟六保留的各成像任務(wù)開始與結(jié)束時(shí)段、數(shù)傳弧段按照時(shí)間先后進(jìn)行排序，如圖2所示。[0096]步驟8.3、按照j從1到N的順序，依次計(jì)算第j次數(shù)傳開始時(shí)刻星上剩余固存容量[0098]步驟9、將成像任務(wù)按照圈次劃分，計(jì)算每圈載荷成像的總時(shí)長(zhǎng)，判斷是否超過(guò)單圈載荷成像總時(shí)長(zhǎng)約束；若超過(guò)，則按優(yōu)先級(jí)從低到高的順序，依次刪去成像任務(wù)，直至不超過(guò)單圈載荷成像總時(shí)長(zhǎng)約束，結(jié)束任務(wù)規(guī)劃。[0099]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。判斷衛(wèi)星機(jī)動(dòng)能力是否滿足相臨兩次成像任務(wù)判斷衛(wèi)星機(jī)動(dòng)能力是否滿足相臨兩次成像任務(wù)的姿態(tài)切換需求，如不滿足，則保留高優(yōu)先級(jí)任務(wù)規(guī)劃各成像任務(wù)的脈沖時(shí)序根據(jù)脈沖時(shí)序，計(jì)算各成像任務(wù)的固存需求，判斷星上剩余固存量是否滿足成像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求保證，如不滿足，則優(yōu)先保留高優(yōu)先級(jí)任務(wù)判斷是否滿足單圈總長(zhǎng)像時(shí)長(zhǎng)限制，如不滿足，則