星载高分宽幅扫描SAR自主成像路径和参数规划方法及系统

技术领域

本发明涉及星载SAR成像任务规划的技术领域，具体地，涉及星载高分宽幅扫描SAR自主成像路径和参数规划方法及系统。

背景技术

随着星载SAR技术的发展，卫星成像与监测任务变得更加复杂，为了提高地面目标的普查监测效率和频率，对卫星成像规划的需求不断增加。传统的指令数据量过大，过程繁琐，执行成像任务不便利，随着卫星技术的发展，SAR卫星获取目标的手段由过去的单一通过人工注入，逐步发展到通过星间链路、中继星链路、手持终端设备均可向SAR卫星发送观测目标信息，可实现目标信息的快速传递和成像任务要求的快速分发。由于高分宽幅扫描SAR卫星适合目标的普查，当面临地面多目标的成像任务时，需要规划出SAR的成像路径并确定成像参数，需要根据SAR的成像特点及目标的热性设计最优的成像路径和成像参数，获取最大成像效率和目标覆盖率。由于地面分布及观测的优先性不一致，高分宽幅扫描SAR成像中的时间及轨道限制，无法完全覆盖所有目标，针对以上问题，目前亟待研究高分宽幅扫描SAR在轨自主成像路径和参数规划方法，以最大限度的发挥高分宽幅扫描SAR在轨使用价值和效能。

公开号为CN112330091的专利文献提供了一种星载SAR成像自主任务规划方法，解决高精度小幅宽多目标成像任务下的星载SAR在轨自主成像任务规划问题。本发明根据高分宽幅扫描SAR根据成像特点和要求划分成像次数和成像时间段，结合整星资源能力，更有效的实现目标成像路径和参数规划。

公开号为CN109741837的专利文献提供了一种星上自主成像任务规划系统，卫星用户仅需将成像区域经纬度发送到卫星上，卫星自主计算成像时间、成像和控制参数计算和设置，以及智能安排成像，不需要用户懂得复杂卫星设计和使用方法，进而方便快捷高效的完成目标区域的成像，同时避免指令编排错误，影响卫星的安全。本发明通过接收地面或者星间的目标任务信息，开展了SAR成像路径和成像参数的规划，直接指导SAR卫星系统进行成像。

公开号为CN105068549的专利文献提供了一种卫星任务自主连续规划方法，解决了卫星不依赖外界控制和信息注入，准确感知自身状态和外部环境，自主地控制卫星来完成各种任务的问题，提高卫星自主工作能力，降低卫星出现致命故障的风险。该发明适合长期正常运行成像的遥感卫星，SAR卫星由于能源和工作时间的限制，需对目标进行分类成像，本发明能根据SAR卫星的在轨工作限制要求，合适分配成像任务次数并确定成像任务中的成像时间段，适合SAR在轨工作模式。

公开号为CN109214564的专利文献提供了一种具有多种规划模式的对地遥感卫星自主任务规划方法，对观测目标进行长周期预先粗任务规划，根据实时更新的信息进行短周期局部规划，适合光学遥感卫星的任务规划。本发明能根据高分宽度扫描SAR卫星的在轨工作条件，合适分配成像任务次数并确定成像任务中的成像时间段，实时规划目标的成像路径。

ISSN 1673-8748.2020.05.002敏捷SAR卫星星上实时任务规划设计，制定长规划窗口与短决策窗口滚动推进的规划－决策策略，并设计以事件触发或固定周期推进的星上实时任务规划运行过程。本发明在进行成像目标规划的同时，根据根据高分宽度扫描SAR卫星的工作情况，合理设计成像任务次数和每次成像任务中成像时间段的划分，并规划出成像参数。

基于对上述五项专利和文章的检索，以及结合现有技术的方法，亟需研究和建立针对高分宽度扫描SAR的在轨自主路径和成像参数规划方法，在卫星通过地面或者通过星间接收到观测目标之后，有效地进行目标筛选，高效率规划处适用于高分宽度扫描SAR的路径和成像参数，对提高高分宽度扫描SAR的成像效率和效能具有决定性的作用，解决的关键技术和建立的技术平台，不但填补国内空白，同时也可以支持SAR卫星的成像路径和参数的自主规划。

因此，需要提出一种新的技术方案。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种星载高分宽幅扫描SAR自主成像路径和参数规划方法及系统。

根据本发明提供的一种星载高分宽幅扫描SAR自主成像路径和参数规划方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：高分宽幅SAR收到自主任务成像目标后，完成目标参数计算，剔除不再成像带宽中的目标点；

步骤S2：进行成像任务次数的规划；

步骤S3：进行每次成像任务中目标选取；

步骤S4：进行每次成像任务的路径规划和成像时间段划分；

步骤S5：进行单次成像时间段内成像起始波位计算；

步骤S6：使用计算结果执行SAR目标观测任务。

优选地，所述步骤S1中，目标信息包括目标置信度、目标优先级、目标类型、目标发现时刻信息，对每个目标点进行过顶时刻、下视角、目标成像波位参数的计算，按照目标点的过顶时刻排序，剔除不在成像带宽中的目标点。

优选地，所述步骤S2中，将n个目标点按照过顶时间进行分割，相邻目标点的过顶时间大于SAR两次成像任务间隔时间T1，或者第一个点与本点的过顶时间大于SAR连续成像中的最长时间T2，则前一个目标点为前一个任务的最后一个点，本目标点为下次任务首点，依次把n个目标划分为w组，规划出成像任务次数为w。

优选地，所述步骤S3中，进行每次成像任务中目标选取，包括如下步骤：

步骤S3.1：将目标建立左右侧视目标数组，在每次任务中按照成像时间的先后顺序形成左侧视目标为m个，和右侧视目标位k个；

步骤S3.2：计算左右侧视数据观测目标的权重值；

左侧视数据观测目标的权重值：

右侧视数据观测目标的权重值：

其中X[w][i][1]、X[w][i][2]、X[w][i][3]为输入目标特性，分别为目标置信度、目标优先度、目标成像波位，Y[1]、Y[2]、Y[3]为地面配置的特性参数的权重值，在轨动态注数修改；

步骤S3.3：比较左右侧视的权重并确定观测目标，如果G左≥G右，保留m个目标，否则保留k个目标。

优选地，所述步骤S4中，根据选取的目标进行成像路径规划并计算单次成像时间，包括如下步骤：

步骤S4.1：以第一个点的成像时刻T为起点，提前ΔT作为此次成像任务的开始时间，ΔT为SAR成像准备时间，包含定标时间、轨道误差时间、半个成孔径时间；

步骤S4.2：对后续目标点过顶时刻进行查询，直到后续目标点γ成像时刻大于等于单次成像时间T0并且目标点(γ+1)的成像时间T(γ+1)减去目标点Tγ大于等于T3，完成第一个成像时段划分为(T-ΔT，Tγ+T3-ΔT)，确定第一时间段的成像目标数；

步骤S4.3：再以目标点(γ+1)的成像时刻T(γ+1)为起点进行，重新进行下一个时间段的划分，单次成像任务可划分s个成像时间段。

优选地，所述步骤S5中，进行单次成像时间段内成像起始波位计算，包括如下步骤：

步骤S5.1：在每个成像时间段内，确定目标个数，再按照成像模式确定扫描子带数目和波位数成像参数；

步骤S5.2：循环计算每次成像子带所有目标权重，选出循环中最大目标权重的起始波位，作为该次成像的起始波位。

本发明还提供一种星载高分宽幅扫描SAR自主成像路径和参数规划系统，所述系统包括如下模块：

模块M1：高分宽幅SAR收到自主任务成像目标后，完成目标参数计算，剔除不再成像带宽中的目标点；

模块M2：进行成像任务次数的规划；

模块M3：进行每次成像任务中目标选取；

模块M4：进行每次成像任务的路径规划和成像时间段划分；

模块M5：进行单次成像时间段内成像起始波位计算；

模块M6：使用计算结果执行SAR目标观测任务。

优选地，所述模块M1中，目标信息包括目标置信度、目标优先级、目标类型、目标发现时刻信息，对每个目标点进行过顶时刻、下视角、目标成像波位参数的计算，按照目标点的过顶时刻排序，剔除不在成像带宽中的目标点。

优选地，所述模块M2中，将n个目标点按照过顶时间进行分割，相邻目标点的过顶时间大于SAR两次成像任务间隔时间T1，或者第一个点与本点的过顶时间大于SAR连续成像中的最长时间T2，则前一个目标点为前一个任务的最后一个点，本目标点点为下次任务首点，依次把n个目标划分为w组，规划出成像任务次数为w；

所述模块M3中，进行每次成像任务中目标选取，包括如下模块：

模块M3.1：将目标建立左右侧视目标数组，在每次任务中按照成像时间的先后顺序形成左侧视目标为m个，和右侧视目标位k个；

模块M3.2：计算左右侧视数据观测目标的权重值；

左侧视数据观测目标的权重值：

右侧视数据观测目标的权重值：

其中X[w][i][1]、X[w][i][2]、X[w][i][3]为输入目标特性，分别为目标置信度、目标优先度、目标成像波位，Y[1]、Y[2]、Y[3]为地面配置的特性参数的权重值，在轨动态注数修改；

模块M3.3：比较左右侧视的权重并确定观测目标，如果G左≥G右，保留m个目标，否则保留k个目标。

优选地，所述模块M4中，根据选取的目标进行成像路径规划并计算单次成像时间，包括如下模块：

模块M4.1：以第一个点的成像时刻T为起点，提前ΔT作为此次成像任务的开始时间，ΔT为SAR成像准备时间，包含定标时间、轨道误差时间、半个成孔径时间；

模块M4.2：对后续目标点过顶时刻进行查询，直到后续目标点γ成像时刻大于等于单次成像时间T0并且目标点(γ+1)的成像时间T(γ+1)减去目标点Tγ大于等于T3，完成第一个成像时段划分为(T-ΔT，Tγ+T3-ΔT)，确定第一时间段的成像目标数；

模块M4.3：再以目标点(γ+1)的成像时刻T(γ+1)为起点进行，重新进行下一个时间段的划分，单次成像任务可划分s个成像时间段；

所述模块M5中，进行单次成像时间段内成像起始波位计算，包括如下模块：

模块M5.1：在每个成像时间段内，确定目标个数，再按照成像模式确定扫描子带数目和波位数成像参数；

模块M5.2：循环计算每次成像子带所有目标权重，选出循环中最大目标权重的起始波位，作为该次成像的起始波位。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供了一种星载SAR成像自主任务规划方法，解决多目标成像任务下的星载高分宽幅扫描SAR在轨自主成像任务规划问题，根据地面目标特性，自主对观测目标确定成像任务次数和成像时间段的划分，自主确定合理的成像路径和成像参数，用于实现SAR对多目标点进行高效率成像观测。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明高分宽幅扫描SAR自主成像路径和参数规划方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

根据本发明提供的一种星载高分宽幅扫描SAR自主成像路径和参数规划方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：高分宽幅SAR收到自主任务成像目标后，完成目标参数计算，剔除不再成像带宽中的目标点目标信息包括目标置信度、目标优先级、目标类型、目标发现时刻信息，对每个目标点进行过顶时刻、下视角、目标成像波位参数的计算，按照目标点的过顶时刻排序，剔除不在成像带宽中的目标点。

步骤S2：进行成像任务次数的规划；将n个目标点按照过顶时间进行分割，相邻目标点的过顶时间大于SAR两次成像任务间隔时间T1，或者第一个点与本点的过顶时间大于SAR连续成像中的最长时间T2，则前一个目标点为前一个任务的最后一个点，本目标点点为下次任务首点，依次把n个目标划分为w组，规划出成像任务次数为w。

步骤S3：进行每次成像任务中目标选取；进行每次成像任务中目标选取，包括如下步骤：

步骤S3.1：将目标建立左右侧视目标数组，在每次任务中按照成像时间的先后顺序形成左侧视目标为m个，和右侧视目标位k个；

步骤S3.2：计算左右侧视数据观测目标的权重值；

左侧视数据观测目标的权重值：

右侧视数据观测目标的权重值：

其中X[w][i][1]、X[w][i][2]、X[w][i][3]为输入目标特性，分别为目标置信度、目标优先度、目标成像波位，Y[1]、Y[2]、Y[3]为地面配置的特性参数的权重值，在轨动态注数修改；

步骤S3.3：比较左右侧视的权重并确定观测目标，如果G左≥G右，保留m个目标，否则保留k个目标。

步骤S4：进行每次成像任务的路径规划和成像时间段划分；根据选取的目标进行成像路径规划并计算单次成像时间，包括如下步骤：

步骤S4.1：以第一个点的成像时刻T为起点，提前ΔT作为此次成像任务的开始时间，ΔT为SAR成像准备时间，包含定标时间、轨道误差时间、半个成孔径时间；

步骤S4.2：对后续目标点过顶时刻进行查询，直到后续目标点γ成像时刻大于等于单次成像时间T0并且目标点(γ+1)的成像时间T(γ+1)减去目标点Tγ大于等于T3，完成第一个成像时段划分为(T-ΔT，Tγ+T3-ΔT)，确定第一时间段的成像目标数；

步骤S4.3：再以目标点(γ+1)的成像时刻T(γ+1)为起点进行，重新进行下一个时间段的划分，单次成像任务可划分s个成像时间段。

步骤S5：进行单次成像时间段内成像起始波位计算；进行单次成像时间段内成像起始波位计算，包括如下步骤：

步骤S5.1：在每个成像时间段内，确定目标个数，再按照成像模式确定扫描子带数目和波位数成像参数；

步骤S5.2：循环计算每次成像子带所有目标权重，选出循环中最大目标权重的起始波位，作为该次成像的起始波位。

步骤S6：使用计算结果执行SAR目标观测任务。

本发明还提供一种星载高分宽幅扫描SAR自主成像路径和参数规划系统，所述星载高分宽幅扫描SAR自主成像路径和参数规划系统可以通过执行所述星载高分宽幅扫描SAR自主成像路径和参数规划方法的流程步骤予以实现，即本领域技术人员可以将所述星载高分宽幅扫描SAR自主成像路径和参数规划方法理解为所述星载高分宽幅扫描SAR自主成像路径和参数规划系统的优选实施方式。

实施例2：

本发明还提供一种星载高分宽幅扫描SAR自主成像路径和参数规划系统，所述系统包括如下模块：

模块M1：高分宽幅SAR收到自主任务成像目标后，完成目标参数计算，剔除不再成像带宽中的目标点；目标信息包括目标置信度、目标优先级、目标类型、目标发现时刻信息，对每个目标点进行过顶时刻、下视角、目标成像波位参数的计算，按照目标点的过顶时刻排序，剔除不在成像带宽中的目标点。

模块M2：进行成像任务次数的规划；将n个目标点按照过顶时间进行分割，相邻目标点的过顶时间大于SAR两次成像任务间隔时间T1，或者第一个点与本点的过顶时间大于SAR连续成像中的最长时间T2，则前一个目标点为前一个任务的最后一个点，本目标点点为下次任务首点，依次把n个目标划分为w组，规划出成像任务次数为w。

模块M3：进行每次成像任务中目标选取；进行每次成像任务中目标选取，包括如下模块：

模块M3.1：将目标建立左右侧视目标数组，在每次任务中按照成像时间的先后顺序形成左侧视目标为m个，和右侧视目标位k个；

模块M3.2：计算左右侧视数据观测目标的权重值；

左侧视数据观测目标的权重值：

右侧视数据观测目标的权重值：

其中X[w][i][1]、X[w][i][2]、X[w][i][3]为输入目标特性，分别为目标置信度、目标优先度、目标成像波位，Y[1]、Y[2]、Y[3]为地面配置的特性参数的权重值，在轨动态注数修改；

模块M3.3：比较左右侧视的权重并确定观测目标，如果G左≥G右，保留m个目标，否则保留k个目标。

模块M4：进行每次成像任务的路径规划和成像时间段划分；根据选取的目标进行成像路径规划并计算单次成像时间，包括如下模块：

模块M4.1：以第一个点的成像时刻T为起点，提前ΔT作为此次成像任务的开始时间，ΔT为SAR成像准备时间，包含定标时间、轨道误差时间、半个成孔径时间；

模块M4.2：对后续目标点过顶时刻进行查询，直到后续目标点γ成像时刻大于等于单次成像时间T0并且目标点(γ+1)的成像时间T(γ+1)减去目标点Tγ大于等于T3，完成第一个成像时段划分为(T-ΔT，Tγ+T3-ΔT)，确定第一时间段的成像目标数；

模块M4.3：再以目标点(γ+1)的成像时刻T(γ+1)为起点进行，重新进行下一个时间段的划分，单次成像任务可划分s个成像时间段。

模块M5：进行单次成像时间段内成像起始波位计算；进行单次成像时间段内成像起始波位计算，包括如下模块：

模块M5.1：在每个成像时间段内，确定目标个数，再按照成像模式确定扫描子带数目和波位数成像参数；

模块M5.2：循环计算每次成像子带所有目标权重，选出循环中最大目标权重的起始波位，作为该次成像的起始波位。

模块M6：使用计算结果执行SAR目标观测任务。

实施例3：

为了解决高分宽幅扫描SAR自主成像路径和参数规划问题，同时也为了提高任务成像的效率和任务注入的简便性，本发明提供了一种高分宽幅扫描SAR自主成像路径和参数规划方法。

本实施例中，高分宽幅扫描SAR卫星在轨运行正常稳定，可通过地面上上注或者星间链路等手段进行目标注入。

如图1所示，步骤一：高分宽幅SAR收到自主任务成像目标后，目标信息包括目标置信度、目标优先级、目标类型、目标发现时刻等信息，对每个目标点进行过顶时刻、下视角、目标成像波位等参数的计算，按照目标点的过顶时刻排序，剔除不在成像带宽中的目标点。

步骤二：进行成像任务次数的规划；将n个目标点按照过顶时间进行分割，相邻目标点的过顶时间大于SAR两次成像任务间隔时间T1，或者第一个点与本点的过顶时间大于SAR连续成像中的最长时间T2，则前一个目标点为前一个任务的最后一个点，本目标点点为下次任务首点，依次把n个目标划分为w组，规划出成像任务次数为w。

步骤三：进行每次成像任务中目标选取；

(a)将目标建立左右侧视目标数组(w是任务次数)，在每次任务中按照成像时间的先后顺序形成左侧视目标为m个，和右侧视目标位k个。

(b)计算左右侧视数据观测目标的权重值。

左侧视数据观测目标的权重值：

右侧视数据观测目标的权重值：

其中X[w][i][1]、X[w][i][2]、X[w][i][3]为输入目标特性，分别为目标置信度、目标优先度、目标成像波位，Y[1]、Y[2]、Y[3]为地面配置的特性参数的权重值，在轨动态注数修改，方便用户修改成像目标的特性。

(c)比较左右侧视的权重并确定观测目标：如果G左≥G右，保留m个目标，否则保留k个目标。

步骤四：进行每次成像任务的路径规划和成像时间段划分；

(a)以第一个点的成像时刻T为起点，提前ΔT作为此次成像任务的开始时间，ΔT为SAR成像准备时间，包含定标时间、轨道误差时间、半个成孔径时间；

(b)对后续目标点过顶时刻进行查询，直到后续目标点γ成像时刻大于等于单次成像时间T0并且目标点(γ+1)的成像时间T(γ+1)减去目标点Tγ大于等于T3，完成第一个成像时段划分为(T-ΔT，Tγ+T3-ΔT)，确定第一时间段的成像目标数；

(c)再以目标点(γ+1)的成像时刻T(γ+1)为起点进行，重新进行下一个时间段的划分，单次成像任务可划分s个成像时间段。

步骤五：进行单次成像时间段内成像起始波位计算；

(a)在每个成像时间段内，确定了目标个数，再按照成像模式确定扫描子带数目和波位数等成像参数；

(b)循环计算每次成像子带所有目标权重，选出循环中最大目标权重的起始波位，作为该次成像的起始波位。

步骤六：使用前两步计算结果执行SAR目标观测任务。

综上所述，本发明填补了现有技术中的空白，解决多目标成像任务下的星载高分宽幅扫描SAR在轨自主成像任务规划问题，根据地面目标特性，自主对观测目标确定成像任务次数和成像时间段的划分，自主确定合理的成像路径和成像参数，用于实现SAR对多目标点进行高效率成像观测。

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。