本发明属于卫星观测，涉及一种面向区域覆盖的sar多星成像任务规划方法及系统。具体地，涉及一种面向区域快速覆盖的sar多星成像任务规划方法，可获取多星多约束下对目标区域的最短覆盖时间。
背景技术：
1、合成孔径雷达(sar)卫星是一种主动微波遥感卫星，能够在各种地面光照和天气条件下，对地面点目标和区域目标实施全天时、全天候观测。与单颗sar卫星相比，多颗sar卫星组网后重访能力更强，通过多星协同配合观测，可以实现对地面区域的快速覆盖。因此，需要为sar卫星的多星区域覆盖提供一种有效的任务规划方法。
2、sar卫星可采用左侧视和右侧视两种姿态进行成像，且单圈最大成像时间是一定的。因此，sar卫星的多星区域覆盖是一个复杂的任务规划问题，需考虑成像姿态和能源约束等约束条件。
3、专利文献《一种面向区域覆盖的多成像卫星任务规划方法》(cn108334979a)公开了通过调整成像卫星成像的条带形区域的长度以及沿成像卫星成像扫描的位置获得消耗总能量尽可能小的覆盖方案。该方法适用于光学成像卫星的区域覆盖，对sar卫星不适用，且原理复杂，计算量大，难以工程实施。
4、专利文献《一种面向区域覆盖的多轨拼接成像优化方法》(cn109993719a)公开了通过构造n个包含不同侧摆角组合形成的侧摆角方案集合p，对应产生n个覆盖率集合；采用多边形逻辑计算方法，计算p中每个侧摆角方案的覆盖率；采用p步骤sode算法求解覆盖率最大的侧摆角方案作为最优解。该方法适用于单颗光学成像卫星的区域覆盖，无法用于多颗sar卫星的区域覆盖任务规划。
5、专利文献《一种动态规划多颗卫星对区域目标覆盖成像的方法》(cn111667185a)公开了通过轨道预报算法获取每颗卫星的独立轨道周期，以及所有卫星独立轨道周期的集合，并计算每个独立轨道周期内，在满足光照条件下对区域目标成像的最有效覆盖条带，作为最佳的规划结果。该方法适用于多颗光学成像卫星的区域覆盖，不适用于多颗sar卫星的区域覆盖。
6、专利文献《一种多目标任务规划方法》(cn109211245a)公开了通过获取多目标信息的经纬度、观测权重信息，计算目标仰角和观测机动角用以判断进入和离开窗口的时间，得到最终的工作窗口列表数据；根据所述工作窗口列表数据，卫星进行姿态机动对目标进行观测。该方法适用于窄视场成像、可做大角度姿态机动的敏捷卫星平台，对大幅宽多波位成像、只有左侧视和右侧视两种姿态的sar卫星不适用。
7、专利文献《一种基于关键路径的卫星任务规划仿真分析方法与系统》(cn109918731a)公开了利用步骤stk软件生成目标的所有可见弧段，再使用遗传算法给目标点分配观测窗口，最后考虑各种约束，利用关键路径法求解当前分配结果的关键路径，最后得到较优的规划结果。该方法使用了全局优化算法，存在计算量较大、运行时间长的问题。
8、针对以上方法的缺点，本发明提出的面向区域快速覆盖的sar多星成像任务规划方法，复杂性不会随着网格点急剧增多而显著增加，计算量远远小于全局优化算法，适用于大范围区域下的多星协同成像的任务规划；针对sar卫星工作方式和约束条件，对多颗卫星的不同波位进行协调、合理调配使用，使得区域覆盖需要的时间最短，实现对目标区域的高效率覆盖。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种面向区域覆盖的sar多星成像任务规划方法及系统。
2、根据本发明提供的一种面向区域覆盖的sar多星成像任务规划方法，包括：
3、步骤s10：将目标区域按照网格划分成元目标，并获取区域内所有元目标的观测数据；
4、步骤s20：对所有元目标观测数据进行排序，获得未观测目标库mcov；
5、步骤s30：在mcov中获取每一颗卫星的未观测目标集合；
6、步骤s40：确定第j轨观测的卫星观测序列；
7、步骤s50：获取第k颗卫星在第j轨的可见目标点集合；
8、步骤s60：更新未观测目标库mcov；
9、步骤s70：更新所有n颗卫星的未观测目标集合；
10、通过步骤s40至步骤s70对每一颗卫星在每一轨进行迭代计算，直到当前卫星序号k大于卫星总数量n，或者未观测目标库是空集，或者已到达最长计算时间tmax，则结束迭代计算。
11、优选地，步骤s10中元目标观测数据，即观测数据的内容包括一定时间长度内n颗sar卫星的左或右侧视波位对元目标的观测记录，包括目标号、波位号、观测起始时刻和观测结束时刻；
12、每颗卫星的波位号为kcx，其中k表示第k颗卫星，k＝1～n；
13、c表示卫星成像时的姿态，左侧视姿态时c取0，右侧视姿态时c取1；
14、x表示sar天线的波位号；
15、当所有元目标都被观测后，表明该区域已被全覆盖。
16、优选地，步骤s50包括：k的初始值为1；
17、步骤s501：判断第k颗卫星的未观测目标点集合是否为空，如果是则令k自增1，触发步骤s502，否则k保持不变，触发步骤s502；
18、步骤s502：将第k颗卫星的未观测目标点集合中的观测弧段按照开始观测时刻的先后顺序进行排序，并确定第j轨的初始观测时刻t0；j＝1时，t0即为第一个观测弧段的开始时刻；j>1时，t0则为前一个观测弧段后的第一个观测开始时刻；
19、步骤s503：将第k颗卫星的观测起始时刻t0与允许的最长计算时间tmax相比较，如果t0>tmax，则令卫星序号k自增1，触发步骤s501，否则触发步骤s504；tmax为预估的时间长度；
20、步骤s504：从观测起始时刻t0开始，确定t0～t1时间段内第k颗卫星的可观测目标点集合me；
21、其中，t1为观测结束时间，δtr为单圈sar开机时长约束，δtp为观测时间修正量，初值为0，
22、t1＝t0+δtr+δtp；
23、步骤s505：在可观测目标点集合me中，分别统计卫星分别在左侧视姿态和右侧视姿态两种成像姿态下各波位的可见目标数量之和，以可见目标多者作为飞越目标区域的成像姿态，并将该成像姿态下所有波位的可见的目标点集合记为mbest0，mbest0的内容包括目标号、波位号、观测起始时刻和观测结束时刻；
24、步骤s506：计算mbest0中各波位的可见目标数，以数量最多者作为主波位，并将其可见目标数据记入可见集合mbest1，即可见目标点集合；依次计算其余波位可见目标与mbest1中目标的观测时间间隔，如果间隔不小于波位切换间隔时间δtsw，则将目标观测数据放入集合mbest1中；
25、步骤s507：计算可见集合mbest1中相邻两个目标点的观测间隔，如果相邻两点间的观测时间间隔δtbe大于sar关机阈值δtoff，则认为sar需要短暂关机一次，需要将sar的开机时长进行累加，更新观测时间修正量δtp，
26、δtp＝δtp+δtbe；
27、步骤s508：如果mbest1中间隔均不大于δtoff，或者观测时间修正量δtp>tp，则触发步骤s509，否则触发步骤s504；其中tp为卫星飞过目标区域的时间长度，这样的判断能避免将第j+1轨的观测弧段当做第j轨的观测弧段；
28、步骤s509：将t0～t1时间段中可见集合mbest1作为波位优选后的第k颗卫星在第j轨的可见集合，包括目标号、目标经纬度位置、观测弧段起止时刻和使用的波位。
29、优选地，步骤s509中记录的可见目标集合即为本次任务规划所选择出的最优解决方案，包括每次飞过目标区域的卫星姿态和波位选择；
30、步骤s30中，在未观测目标库mcov中，对各目标点的所有观测弧段对应的波位进行判断，根据各观测弧段对应波位号所属卫星不同，分别获取每一颗卫星的观测弧段，并形成各卫星的未观测目标集合；
31、步骤s40中，按照每颗卫星第一个观测弧段开始时刻或者前一个观测弧段结束时刻的先后顺序，确定第j轨的n颗sar卫星的观测序列；
32、在步骤s50中，确定卫星序列中第k颗卫星第j轨的起始观测时刻t0、卫星飞越目标区域时的侧摆状态及波位选择，获得第k颗卫星在第j轨的可见目标点集合；
33、在步骤s60中，根据每一颗卫星的已观测可见目标，将第k颗卫星在第j轨的可见集合mbest1与未观测目标库mcov相比较，在mcov中删除mbest1中包含的目标点，动态地更新得到新的未观测目标库mcov；
34、在步骤s70中，对更新后的未观测目标库mcov中各目标所有观测弧段的对应波位进行判断，根据波位号所属卫星不同，分别获取出每一颗卫星的观测弧段，形成各卫星的未观测目标集合；
35、每次计算出一颗卫星在第j轨的观测目标集合后，都要更新一次总的未观测目标集合。
36、根据本发明提供的一种面向区域覆盖的sar多星成像任务规划系统，包括：
37、模块m10：将目标区域按照网格划分成元目标，并获取区域内所有元目标的观测数据；
38、模块m20：对所有元目标观测数据进行排序，获得未观测目标库mcov；
39、模块m30：在mcov中获取每一颗卫星的未观测目标集合；
40、模块m40：确定第j轨观测的卫星观测序列；
41、模块m50：获取第k颗卫星在第j轨的可见目标点集合；
42、模块m60：更新未观测目标库mcov；
43、模块m70：更新所有n颗卫星的未观测目标集合；
44、通过模块m40至模块m70对每一颗卫星在每一轨进行迭代计算，直到当前卫星序号k大于卫星总数量n，或者未观测目标库是空集，或者已到达最长计算时间tmax，则结束迭代计算。
45、优选地，模块m10中元目标观测数据，即观测数据的内容包括一定时间长度内n颗sar卫星的左或右侧视波位对元目标的观测记录，包括目标号、波位号、观测起始时刻和观测结束时刻；
46、每颗卫星的波位号为kcx，其中k表示第k颗卫星，k＝1～n；
47、c表示卫星成像时的姿态，左侧视姿态时c取0，右侧视姿态时c取1；
48、x表示sar天线的波位号；
49、当所有元目标都被观测后，表明该区域已被全覆盖。
50、优选地，模块m50包括：k的初始值为1；
51、模块m501：判断第k颗卫星的未观测目标点集合是否为空，如果是则令k自增1，触发模块m502，否则k保持不变，触发模块m502；
52、模块m502：将第k颗卫星的未观测目标点集合中的观测弧段按照开始观测时刻的先后顺序进行排序，并确定第j轨的初始观测时刻t0；j＝1时，t0即为第一个观测弧段的开始时刻；j>1时，t0则为前一个观测弧段后的第一个观测开始时刻；
53、模块m503：将第k颗卫星的观测起始时刻t0与允许的最长计算时间tmax相比较，如果t0>tmax，则令卫星序号k自增1，触发模块m501，否则触发模块m504；tmax为预估的时间长度；
54、模块m504：从观测起始时刻t0开始，确定t0～t1时间段内第k颗卫星的可观测目标点集合me；
55、其中，t1为观测结束时间，δtr为单圈sar开机时长约束，δtp为观测时间修正量，初值为0，
56、t1＝t0+δtr+δtp；
57、模块m505：在可观测目标点集合me中，分别统计卫星分别在左侧视姿态和右侧视姿态两种成像姿态下各波位的可见目标数量之和，以可见目标多者作为飞越目标区域的成像姿态，并将该成像姿态下所有波位的可见的目标点集合记为mbest0，mbest0的内容包括目标号、波位号、观测起始时刻和观测结束时刻；
58、模块m506：计算mbest0中各波位的可见目标数，以数量最多者作为主波位，并将其可见目标数据记入可见集合mbest1，即可见目标点集合；依次计算其余波位可见目标与mbest1中目标的观测时间间隔，如果间隔不小于波位切换间隔时间δtsw，则将目标观测数据放入集合mbest1中；
59、模块m507：计算可见集合mbest1中相邻两个目标点的观测间隔，如果相邻两点间的观测时间间隔δtbe大于sar关机阈值δtoff，则认为sar需要短暂关机一次，需要将sar的开机时长进行累加，更新观测时间修正量δtp，
60、δtp＝δtp+δtbe；
61、模块m508：如果mbest1中间隔均不大于δtoff，或者观测时间修正量δtp>tp，则触发模块m509，否则触发模块m504；其中tp为卫星飞过目标区域的时间长度，这样的判断能避免将第j+1轨的观测弧段当做第j轨的观测弧段；
62、模块m509：将t0～t1时间段中可见集合mbest1作为波位优选后的第k颗卫星在第j轨的可见集合，包括目标号、目标经纬度位置、观测弧段起止时刻和使用的波位。
63、优选地，模块m509中记录的可见目标集合即为本次任务规划所选择出的最优解决方案，包括每次飞过目标区域的卫星姿态和波位选择；
64、模块m30中，在未观测目标库mcov中，对各目标点的所有观测弧段对应的波位进行判断，根据各观测弧段对应波位号所属卫星不同，分别获取每一颗卫星的观测弧段，并形成各卫星的未观测目标集合；
65、模块m40中，按照每颗卫星第一个观测弧段开始时刻或者前一个观测弧段结束时刻的先后顺序，确定第j轨的n颗sar卫星的观测序列；
66、在模块m50中，确定卫星序列中第k颗卫星第j轨的起始观测时刻t0、卫星飞越目标区域时的侧摆状态及波位选择，获得第k颗卫星在第j轨的可见目标点集合；
67、在模块m60中，根据每一颗卫星的已观测可见目标，将第k颗卫星在第j轨的可见集合mbest 1与未观测目标库mcov相比较，在mcov中删除mbest1中包含的目标点，动态地更新得到新的未观测目标库mcov；
68、在模块m70中，对更新后的未观测目标库mcov中各目标所有观测弧段的对应波位进行判断，根据波位号所属卫星不同，分别获取出每一颗卫星的观测弧段，形成各卫星的未观测目标集合；
69、每次计算出一颗卫星在第j轨的观测目标集合后，都要更新一次总的未观测目标集合。
70、根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的面向区域覆盖的sar多星成像任务规划方法的步骤。
71、根据本发明提供的一种卫星系统，包括所述的面向区域覆盖的sar多星成像任务规划系统，或者所述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质。
72、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
73、1、本发明在同时满足sar单圈开机时长、目标间隔过长需关机、sar波位切换间隔、卫星姿态机动能力和sar天线工作约束等约束的基础上，区域覆盖需要的时间最短，实现对目标区域的高效率覆盖。
74、2、本发明以每轨最大覆盖为目标，确定每轨覆盖点数最多的波位，作为实际覆盖方案，计算量远远小于全局优化算法，适用于大范围区域下的多星协同成像的任务规划。
75、3、本发明针对sar卫星工作方式和约束条件，对多颗卫星的不同波位进行协调、合理调配使用，可支持多颗卫星协同的区域成像任务规划，并可提供每一颗sar卫星每一轨的成像侧摆姿态、成像波位与开关机控制方案，规划结果通过数据上注即可用于卫星业务运行。
1.一种面向区域覆盖的sar多星成像任务规划方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的面向区域覆盖的sar多星成像任务规划方法，其特征在于，步骤s10中元目标观测数据，即观测数据的内容包括一定时间长度内n颗sar卫星的左或右侧视波位对元目标的观测记录，包括目标号、波位号、观测起始时刻和观测结束时刻；
3.根据权利要求1所述的面向区域覆盖的sar多星成像任务规划方法，其特征在于，步骤s50包括：k的初始值为1；
4.根据权利要求3所述的面向区域覆盖的sar多星成像任务规划方法，其特征在于，步骤s509中记录的可见目标集合即为本次任务规划所选择出的最优解决方案，包括每次飞过目标区域的卫星姿态和波位选择；
5.一种面向区域覆盖的sar多星成像任务规划系统，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的面向区域覆盖的sar多星成像任务规划系统，其特征在于，模块m10中元目标观测数据，即观测数据的内容包括一定时间长度内n颗sar卫星的左或右侧视波位对元目标的观测记录，包括目标号、波位号、观测起始时刻和观测结束时刻；
7.根据权利要求5所述的面向区域覆盖的sar多星成像任务规划系统，其特征在于，模块m50包括：k的初始值为1；
8.根据权利要求7所述的面向区域覆盖的sar多星成像任务规划系统，其特征在于，模块m509中记录的可见目标集合即为本次任务规划所选择出的最优解决方案，包括每次飞过目标区域的卫星姿态和波位选择；
9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的面向区域覆盖的sar多星成像任务规划方法的步骤。
10.一种卫星系统，其特征在于，包括权利要求5至8中任一项所述的面向区域覆盖的sar多星成像任务规划系统，或者权利要求9所述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质。
