申请/专利权人：中国科学院空天信息创新研究院

申请日：2024-01-11

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN117556579B

主分类号：G06F30/18

分类号：G06F30/18;G06F30/27;G01S13/90;G06F111/04;G06F111/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2024.03.01#实质审查的生效;2024.02.13#公开

摘要：本发明提出了一种多星协同最优观测方法，包括，建立约束满足模型；不规则区域目标网格化、基于网格分割的基本观测模式设计、观测方案生成。在此基础上分别在前两个阶段设计了归一化的区域目标网格化算法、基于网格分割的基本观测模式生成算法，在第三阶段分别设计了串行的变邻域禁忌搜索算法和并行的结合邻域搜索的遗传算法。仿真结果表明，相对于传统的三阶段规划方法，本发明提出的新型三阶段规划方法可以在有限资源约束下得到更优的观测方案。

主权项：1.一种多星协同最优观测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1.建立约束满足模型；步骤2.不规则区域目标网格化；步骤3.基于网格分割的基本观测模式设计；步骤4.最优观测方案生成；步骤1建立的约束满足模型为：首先，模型中使用的参数如下文所示定义： ：用户针对特定区域的成像需求，与相关的参数如下所示： ：待观测的大范围区域目标； ：任务开始时间； ：任务结束时间； ：执行观测任务的SAR卫星集合，与相关的参数如下所示： ：的单次最大开机时长； ：的最大下视角； ：任务周期内的观测机会集合，与相关的参数如下所示： ：的观测开始时间； ：的观测结束时间； ：的基本观测模式集合，与相关的参数如下所示： ：的开机时间； ：的关机时间； ：的下视角；其中，i表示卫星，j表示观测机会，k表示观测模式； ：分段线性函数；定义了观测收益和观测率之间的映射关系； ：面积计算函数；用来计算具体观测方案在该任务中观测到的面积；决策变量为： ，约束条件为：⑴基本观测模式数量约束： ， 为的基本观测模式；每个观测机会只能选择一个基本观测模式，即卫星每次过境只能观测一个长度可变宽度不变的条带区域；⑵时间窗口约束： ， ，所有的观测机会必须在任务周期内执行，一个观测机会对应多个基本观测模式，所有基本观测模式的开关机时间均要满足观测机会的成像时间窗口约束；⑶角度约束： ，SAR卫星的侧视能力是有限的，所以每个基本观测模式选择的下视角必须满足对应SAR卫星的侧视能力的约束条件；⑷能量约束： ， 表示卫星i最大开机时间；SAR卫星依靠太阳能维持电力系统并执行成像任务，所以每个基本观测模式的开机时间是有限的，开机时长必须满足SAR卫星的能量约束；目标函数为： ，其中，U表示求并集；目标是为每一个观测机会选择对应的基本观测模式，从而使得选中的基本观测模式子集获取最大的观测收益；步骤3的具体实现方法为，其中，输入为观测机会和区域目标网格，输出为基本观测模式集合；包括以下步骤：步骤3.1.令基本观测模式集合；指的是空集；步骤3.2.统计处于观测机会视场中的单元，将视场中的单元集合记为；步骤3.3.如果则转步骤3.13;否则在中选出单元子集，使得中的单元作为位于条带上边的上单元；步骤3.4.如果则转步骤3.13；否则选择单元作为上单元；步骤3.5.根据在中选出单元子集，使得中的单元作为位于条带下边的下单元；步骤3.6.如果则转步骤3.11；否则选择单元作为下单元；步骤3.7.根据和在中选出单元子集，使得中的单元作为位于条带侧边的侧单元；步骤3.8.根据和在中选出单元子集，使得中的单元作为位于条带侧边的侧单元；如果则转步骤12；否则选择单元作为下单元；步骤3.9.如果三个单元满足所有约束，则根据和观测机会生成基本观测模式；步骤3.10.令基本观测模式集合，，转步骤3.8；其中，\代表除操作；步骤3.11.令，转步骤3.4；步骤3.12.令，转步骤3.6；步骤3.13.输出基本观测模式集合；步骤4的具体实现方法为，其中，输入为CPU运行时间、禁忌长度、切换邻域状态的迭代次数；输出为最优观测方案；包括以下步骤：步骤4.1.令CPU运行时间为、代表邻域状态的二元变量为0、切换邻域状态的迭代次数为、禁忌长度为，置空禁忌表；步骤4.2.随机生成初始解，将初始解作为当前解和当前最优解；步骤4.3.如果则转步骤4.4；否则转步骤4.5；步骤4.4.构造一步迭代邻域，随机选择个观测机会，在当前解的基础上遍历个基本观测模式从而生成个邻域候选解，转步骤4.6；N指的是一个观测机会的观测模式数量；步骤4.5.构造两步迭代邻域，随机选择两个未被禁忌的观测机会，在两个观测机会中各选个基本观测模式进行排列组合从而生成个邻域候选解，转步骤4.6；步骤4.6.从邻域中选出最优候选解，如果最优候选解优于当前最优解，则用其代替当前解和当前最优解，否则选择非禁忌状态的最优候选解作为当前解，如果则转步骤4.7；否则转步骤4.8；步骤4.7.解禁禁忌长度为1的禁忌对象，将禁忌表中各禁忌对象的禁忌长度全部减1，禁忌步骤4.4中选中的观测机会，设置其禁忌长度为，转步骤4.9；步骤4.8.解禁禁忌长度为1和禁忌长度为2的禁忌对象，将禁忌表中各禁忌对象的禁如果CPU运行超时则转步骤4.11；否则转步骤4.3；忌长度全部减2；禁忌步骤4.5中选中的两个观测机会，设置其禁忌长度为，转步骤4.9；步骤4.9.如果步骤4.6中的当前最优解连续代未更新，则切换的状态；步骤4.10.如果CPU运行超时则转步骤4.11；否则转步骤4.3；步骤4.11.将当前最优解作为最优观测方案，输出最优观测方案。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中国科学院空天信息创新研究院 一种多星协同最优观测方法

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