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一个多星区域观测效率优化工具的设计与实现

系统仿真学报 2007年第13期19卷 3026-3029页

作者：祝江汉马满好李曦国防科技大学信息系统与管理学院湖南长沙410073

多颗成像侦察卫星在指定的时间段内对单个区域目标进行观测时,选择不同观测方案会产生不同的时间覆盖率与空间覆盖率效果,理想的观测方案能够最大程度地达到所需要的覆盖率。针对该观测方案优化问题,给出了一个实用的优化工具,该工具以m... 详细信息

多颗成像侦察卫星在指定的时间段内对单个区域目标进行观测时,选择不同观测方案会产生不同的时间覆盖率与空间覆盖率效果,理想的观测方案能够最大程度地达到所需要的覆盖率。针对该观测方案优化问题,给出了一个实用的优化工具,该工具以matlab工具箱形式存在,通过连接STK软件实现了仿真预处理,能够完成从参数输入、仿真到优化求解的完整过程,并最终输出优化侧摆方案。

关键词：区域观测侦察卫星优化 STK MATLAB

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风云二号卫星区域观测策略确定

科技创新导报 2013年第8期10卷 54-55,57页

作者：韩琦魏彩英赵现纲林维夏国家卫星气象中心运控室北京100081

该文研究了风云二号卫星02批和03批区域观测的实施流程,确定了区域观测实施时间的计算方法,对不同情况下单次区域观测实施所需时间进行了计算,为区域观测策略的确定提供保障。

关键词：区域观测观测策略高频次观测

FY-2区域观测模式下姿态计算特征参数解算

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红外与毫米波学报 2014年第2期33卷 188-191页

作者：韩琦魏彩英张晓虎赵现纲林维夏国家卫星气象中心北京100081

为解决风云二号卫星连续区域观测时的精确姿态计算难题,提出了风云二号卫星红外云图的几何模型,并对得到的风云二号卫星姿态计算的关键参数进行了验证.在区域观测模式下,提出了几何距离约束进行模型的解算方法,得到了符合业务运行精度... 详细信息

为解决风云二号卫星连续区域观测时的精确姿态计算难题,提出了风云二号卫星红外云图的几何模型,并对得到的风云二号卫星姿态计算的关键参数进行了验证.在区域观测模式下,提出了几何距离约束进行模型的解算方法,得到了符合业务运行精度的结果.

关键词：区域观测红外地球云图几何模型几何距离约束

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基于博弈论的观测卫星集群轨道布设

控制工程 2024年

作者：陈丽媛冉德超季秋桐秦同北京理工大学信息与电子学院军事科学院国防科技创新研究院东南大学数学学院

为提高卫星集群的应用效能，考虑卫星集群进行轨道博弈同时执行观测任务的问题，提出一种卫星集群轨道博弈方法。首先，通过分析非合作双卫星集群的观测收益，干扰收益和损失代价，利用非合作博弈的思想构建了卫星集群轨道博弈模型。其... 详细信息

为提高卫星集群的应用效能，考虑卫星集群进行轨道博弈同时执行观测任务的问题，提出一种卫星集群轨道博弈方法。首先，通过分析非合作双卫星集群的观测收益，干扰收益和损失代价，利用非合作博弈的思想构建了卫星集群轨道博弈模型。其次，基于三个指标函数，建立非合作双卫星集群的收益矩阵，利用博弈算法求解双矩阵的纳什均衡，确定双方集群均衡意义下的最优轨道布设分布。此时，非合作双卫星集群都无法通过改变己方卫星集群的轨道位置以获得更大收益。最后仿真结果表明，与一般策略相比，利用博弈思想选取的轨道布设策略能够提高卫星集群的执行任务能力和应用效能。

关键词：卫星集群区域观测轨道博弈纳什均衡

区域扫描模式下风云二号气象卫星姿态求解方法

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应用气象学报 2014年第5期25卷 592-599页

作者：魏彩英张晓虎赵现纲韩琦林维夏国家卫星气象中心北京100081

针对风云二号气象卫星区域扫描模式下姿态求解问题,提出了分别基于区域观测图像、姿态预报和粗-精姿态关系模型3种不同的卫星姿态求解方法,并分析了它们的适用条件。利用FY-2E卫星获取的2013年7月8—14日的图像进行模拟分析,姿态计算结... 详细信息

针对风云二号气象卫星区域扫描模式下姿态求解问题,提出了分别基于区域观测图像、姿态预报和粗-精姿态关系模型3种不同的卫星姿态求解方法,并分析了它们的适用条件。利用FY-2E卫星获取的2013年7月8—14日的图像进行模拟分析,姿态计算结果表明:利用基于区域观测图像方法求解的姿态对区域观测云图进行定位,误差保持在2.5个红外像元以内,该方法适用于连续区域观测情况;利用基于预报的姿态求解方法对未来24 h内区域观测云图进行定位,平均误差达到1个红外像元,该方法适用于临时启动区域观测时前24 h的区域云图定位。利用粗-精姿态关系模型方法求解的姿态对区域观测云图进行定位,最大误差为4.9个红外像元,前24 h平均误差为3.6个红外像元,该方法可以在无精姿态数据时对区域观测图像进行应急定位。

关键词：静止气象卫星区域观测图像定位卫星姿态

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针对地面区域的敏捷卫星任务自组织方法研究

针对地面区域的敏捷卫星任务自组织方法研究

作者：王昊彤哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着航天技术的不断发展,人们对卫星的依赖越来越强,卫星日常执行观测的任务数量不断增加,要更有效的执行这些任务就需要研究任务规划方法。卫星任务规划的主要目的是将合适的任务分配给合适的卫星执行,以在卫星资源有限的情况下获得更... 详细信息

随着航天技术的不断发展,人们对卫星的依赖越来越强,卫星日常执行观测的任务数量不断增加,要更有效的执行这些任务就需要研究任务规划方法。卫星任务规划的主要目的是将合适的任务分配给合适的卫星执行,以在卫星资源有限的情况下获得更好的任务执行效果。用户提出的任务需求往往较为模糊,与具体指令相隔甚远。采用任务预处理后分配的方式需要考虑多个卫星载荷的约束限制,随着卫星敏捷性的增强,这样的做法会使得问题求解难度大幅度提高。文章采用任务自组织的方式用于执行这类高级模糊任务。该方法将卫星系统视为可以进行任务规划与执行的智能体。单颗卫星根据能力与相应方法执行简单重复的动作,通过有限的通信,使系统整体能够完成超过单颗卫星能力的任务。首先,对卫星任务分配的研究现状及发展趋势进行详细介绍,明确目前研究中本文所采用的部分知识。在此基础上对任务自组织进行研究,明确任务自组织的原理与适用性。其次,对卫星系统进行建模。本文中卫星在执行任务时需要考虑自身能力特点,因此对卫星在轨执行任务常用坐标系及其转换、卫星成像原理及任务约束、轨道递推公式进行了详细的阐述。并在问题假设与简化的基础上建立卫星任务自组织系统的模型,用于执行任务自组织。之后,针对多星区域观测任务进行研究。建立观测资源模型,单颗卫星根据任务要求构造收益函数,基于收益最高的贪心算法作为单颗卫星的决策方法;卫星系统通过建立任务区域模型得到的信息素浓度图实现间接通信,明确任务自组织实现流程并对典型动态事件进行分析给出解决方案。通过设计仿真实验验证该方法的有效性与适用性。最后,针对多星协同搜索任务进行研究。对覆盖搜索问题中的目标逃逸情况进行分析,建立回寻式搜索模型用于单颗卫星执行搜索任务。对多星协同搜索任务中的不同情况进行分析,建立多星并排回寻搜索模型与连续过境卫星搜索模型,用于在不同情况下实现多星间的协同合作。模型中的关键输入量对执行任务结果的影响进行分析,根据任务需求给出参数选取方案并明确任务自组织流程,并通过仿真验证典型情况下该方法的有效性。

关键词：敏捷卫星模糊任务任务自组织区域观测目标搜索

FY-2自旋稳定气象卫星动态月球观测与图像配准

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传感技术学报 2017年第5期30卷 703-707页

作者：陈博洋郭强常翔李荣旺冯小虎张志清国家卫星气象中心北京100081 云南天文台昆明650011

为满足基于月球辐射校正的内黑体绝对辐射定标对月球观测数据的需求,设计了FY-2卫星的动态月球观测模式,在新的工作模式下观测到了高质量的月球图像。为获取高质量的月球图像,根据FY-2卫星自旋稳定平台的特点,以及灵活的观域调整和区域... 详细信息

为满足基于月球辐射校正的内黑体绝对辐射定标对月球观测数据的需求,设计了FY-2卫星的动态月球观测模式,在新的工作模式下观测到了高质量的月球图像。为获取高质量的月球图像,根据FY-2卫星自旋稳定平台的特点,以及灵活的观域调整和区域扫描功能,重新设计了卫星工作时序,并更改了卫星地面控制系统软件,在卫星常规20°×20°视场外,拓展出了10°×20°的月球观测区域,实现了月球的动态追踪观测,实践证明,观测模型精度优于30 s;根据月球图像特点,设计了伪目标剔除算法,通过对目标位置、形态特性等条件自动判断实现了从卫星云图中自动、准确提取出月球图像的功能;根据月球在卫星视场里的动目标特性,以FY-2卫星自旋扫描成像的工作原理和具体的性能参数,计算得到了动目标的相对角速度,据此发展了动目标配准算法、消除了月球运动造成的变形和位移,实现了月球图像配准。工作获得了常规观测3倍数量的月球图像,有力地保障了FY-2卫星辐射定标性能,促进了遥感数据定量化应用。

关键词：卫星遥感月球区域观测图像配准

视频卫星对地面目标跟踪观测姿态控制技术研究

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视频卫星对地面目标跟踪观测姿态控制技术研究

作者：宋超国防科学技术大学

学位级别：硕士

微小视频卫星近年来迅速发展并且成果丰硕,得到了高校、研究所、资本市场等的逐步重视,逐渐显现出视频卫星在社会需求中的独特地位。本文从姿态控制切入,以视频卫星的凝视控制问题作为基本的研究对象,对控制算法、模型建立、应用场景等... 详细信息

微小视频卫星近年来迅速发展并且成果丰硕,得到了高校、研究所、资本市场等的逐步重视,逐渐显现出视频卫星在社会需求中的独特地位。本文从姿态控制切入,以视频卫星的凝视控制问题作为基本的研究对象,对控制算法、模型建立、应用场景等进行了探讨和研究,力图进一步发掘视频卫星的应用潜力。本文主要从以下方面进行研究:首先构建了视频卫星凝视控制问题的基本框架。凝视控制是视频卫星对地观测中基础也最重要的工作模式,从刚体姿态动力学建立起卫星姿态跟踪方程,引入椭球模型模拟地面目标,实现了最基本的对地凝视控制。视频卫星对目标的可观测时长通常很有限且珍贵,因而实现快速的姿态机动尤为重要。本文基于Legendre伪谱法求解了姿态机动的时间最优解。考虑到卫星姿态动力学方程的非线性特性以及实际的星体角速度、最大力矩等约束条件构建姿态机动的Bolza型时间最优控制问题,通过伪谱法在LGL配点处进行全局插值,将离散化的原问题转换为非线性规划问题(NLP)并进行优化求解。作为对比引入了只对控制量进行离散的直接打靶法,通过仿真分析对比了两种方法特点并验证了方法的有效性。结果表明伪谱法能够求解出时间最短姿态机动解,相对PD控制极大缩减了姿态机动时间,并且相对直接打靶法能够计算效率更高。反作用飞轮通常是微小视频卫星的姿态控制执行器,因而飞轮的性能直接影响到稳定凝视的精度与效果。本文通过飞轮实验记录了最大额定输出力矩为0.1Nm的飞轮对力矩指令的响应数据和飞轮转速在摩擦力矩作用下的变化情况,然后依据理论建立了飞轮力矩模式下的传递函数以及摩擦力矩模型,综合理论模型与实测数据建立了飞轮的模型。通过在凝视控制中引入建立的飞轮模型,衡量理想模型与新建立的模型对稳定凝视所造成的不同影响,以及补偿摩擦力矩的效果。目前的视频卫星主要观测的是点目标,覆盖的区域只是摄像机视窗内的范围,这极大的限制了视频卫星的观测能力。国内视频卫星区域观测的研究还处于空白,而更大的区域目标观测在实际应用中有着深远意义。为了研究并且提高视频卫星的区域观测能力,提出了基于实时覆盖区域反馈、动态条带划分的区域动态划分观测策略。此方法通过实时解算相机视场所覆盖的区域范围,然后根据决策机动到下一个视场,完成一个条带的观测后动态划分出下一条带进行观测。此方法通过考虑视场覆盖形状的不规则性,尽量避免了视场之间的重叠,从而充分发挥了视频卫星的观测能力,提高观测效率,实现更大范围的观测覆盖。

关键词：视频卫星凝视控制 Legendre伪谱法飞轮建模区域观测

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敏捷卫星多星协同的任务规划研究

敏捷卫星多星协同的任务规划研究

作者：崔雅哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着“十四五”规划以及空天一体化理念的提出,为了更好的发挥敏捷卫星观测效能,多星协同任务规划成为了研究热点之一。实际应用中,对于部分任务,如海域监测、地震受灾勘察、山火范围确定等,由于观测区域较大或者任务较为紧急,单颗卫星... 详细信息

随着“十四五”规划以及空天一体化理念的提出,为了更好的发挥敏捷卫星观测效能,多星协同任务规划成为了研究热点之一。实际应用中,对于部分任务,如海域监测、地震受灾勘察、山火范围确定等,由于观测区域较大或者任务较为紧急,单颗卫星无法实现,因此,研究多星协同区域观测任务规划具有极高的现实意义。目前,对多星协同任务规划的研究多集中在多星多任务方向,针对多星对同一区域观测问题由于区域分解与多星协同工作难度较大,目前研究成果相对较少。本文以同时段同区域作为研究目标,提出一种基于差分进化与匈牙利算法的多星协同任务规划方案。本课题将多星协同任务规划转化为多星协同任务分配与单星任务规划两部分,着重研究针对同时段同一区域的区域分解与任务分配方案,有效缩短对较大区域的观测时间,有效提高卫星成像质量,提高卫星系统总体效能,并通过搭建对应仿真软件、设计对比性算例,证明了提出的多星区域分解与任务分配方案的有效性。首先,提出多星工作可见选择窗口选择方案,推导匀角速度主动推扫的姿态变化。在明确多星同时段同区域观测任务的系统模型下,设计多星协同过程中的相同可见时间窗口选择方案。同时,为了提高卫星的扫描速率,选定非沿迹推扫（又称主动推扫模式）作为敏捷卫星观测成像模式,并推导匀角速主动推扫的卫星姿态变化,实现卫星的姿态规划。通过与传统被动推扫工作模式对比,验证主动推扫模式的优越性。其次,提出多星同时段观测同一区域的区域分解与任务分配方案。针对多星协同区域观测问题,将求解过程分为多星协同与单星规划两部分。在明确多星观测同一区域约束的基础上,建立姿态变化最小、耗时最少的优化目标,提出多星协同区域分解与任务分配方案,并引入差分进化算法实现对区域分解方案结果的优化。设计差分进化算法优化的个体编码形式,根据仿真试验,确定差分进化算法中的变异、交叉、选择算子取值。提出的基于差分进化算法的区域分解方案,有效缩短了区域观测时间,提高了卫星成像质量与系统应用效能。最后,搭建多星同一区域任务规划仿真模拟软件并进行仿真验证。根据提出的区域分解与任务分配方案,设计多星协同观测同一区域任务规划仿真软件的总体方案,以模块化结构搭建多星协同任务规划系统。仿真软件由数据处理模块、算法实现模块和仿真结果显示模块构成。仿真软件统一处理卫星及任务数据,输入到算法实现模块从而实现区域分解与任务分配并根据该结果分别进行单星任务规划,并对单星规划结果进行地图和曲线显示。通过仿真模拟软件,对多星协同的同时段同一区域任务规划进行仿真验证。经过设置卫星不同的轨道高度和探测器状态进行仿真分析,验证了方案的有效性。

关键词：多星协同区域观测差分进化算法任务规划区域分解