基于透镜成像的卫星瞬时覆盖区计算方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于透镜成像的卫星瞬时覆盖区计算方法和系统，属于卫星通信技术领域。该方法包括：计算出卫星在卫星轨道坐标系内的行列式坐标的向量；获取安装在卫星上的传感器上各个探测点在传感器成像平面上的行列式坐标的向量；对各个探测点在传感器成像平面上的行列式坐标的向量进行级联矩阵变换；获取卫星的最大视场角α；获取传感器的最大探测视场角β，获取卫星的探测范围覆盖情况；获取光滑地球表面的卫星覆盖范围；获取卫星覆盖的真实范围。本申请提供的方法和系统，便于在统一坐标系下进行卫星瞬时覆盖区的计算，考虑了地表的起伏，能够获取卫星覆盖的真实范围，准确率高且计算效率高、可满足大规模探测范围的实时计算。时计算。时计算。

【技术实现步骤摘要】
基于透镜成像的卫星瞬时覆盖区计算方法和系统


[0001]本专利技术涉及卫星通信
，尤其涉及一种基于透镜成像的卫星瞬时覆盖区计算方法和系统。

技术介绍

[0002]卫星瞬时覆盖区指某一时刻卫星上的有效载荷能够观测的地球区域。瞬时覆盖区能实时准确描述卫星上某个有效载荷某一时刻的对地面覆盖状况。在军事上，基于卫星瞬时覆盖分析可以对军事目标实现进行隐蔽或探测，军事卫星进行侦察和反侦察研究，在民用上主要用于探测特定区域。
[0003]现有技术中，对卫星瞬时覆盖区进行分析时一般是基于卫星的星下点、传感器倾角等参数信息，采用逐步逼近的方式实现探测范围的计算，存在计算方程复杂，计算效率低等问题，不能满足大规模探测范围的实时计算。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种基于透镜成像的卫星瞬时覆盖区计算方法和系统，以解决现有技术中存在的不足，本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。
[0005]本专利技术提供的基于透镜成像的卫星瞬时覆盖区计算方法，包括：步骤S1：基于卫星星历和SGP4模型计算出卫星在卫星轨道坐标系内的行列式坐标的向量；步骤S2：获取安装在卫星上的传感器上各个探测点在传感器成像平面上的行列式坐标的向量，其中，传感器为具有透镜中心的传感器；步骤S3：基于卫星在卫星轨道坐标系内的坐标对各个探测点在传感器成像平面上的行列式坐标的向量进行级联矩阵变换，获取各个探测点在地心固定坐标系下的行列式坐标的向量；步骤S4：通过SGP4模型计算出卫星到地球质心的瞬时距离及卫星的高度，并通过卫星到地球质心的瞬时距离获取卫星的最大视场角α；步骤S5：获取传感器的最大探测视场角β，通过卫星的最大视场角α与传感器的最大探测视场角β之间的关系获取卫星的探测范围覆盖情况；步骤S6：根据卫星的探测范围覆盖情况获取光滑地球表面的卫星覆盖范围；步骤S7：根据地表的起伏对光滑地球表面的卫星覆盖范围的影响情况，获取卫星覆盖的真实范围。
[0006]在上述的方案中，步骤S3包括：通过第一变换矩阵对各个探测点在传感器成像平面上的行列式坐标的向量进行矩阵旋转变换，获取各个探测点在传感器坐标系下的行列式坐标的向量；通过第二变换矩阵对各个探测点在传感器坐标系下的行列式坐标的向量进行平移变换，并通过第三变换矩阵对平移变换结果进行矩阵旋转变换，获取各个探测点在卫星
坐标系下的行列式坐标的向量；将各个探测点在卫星坐标系下的行列式坐标的向量和卫星在卫星轨道坐标系内的行列式坐标的向量代入至第四变换矩阵，获取各个探测点在卫星轨道坐标系下的行列式坐标的向量；通过第五变换矩阵对各个探测点在卫星轨道坐标系下的行列式坐标的向量进行矩阵变换，获取各个探测点在地心惯性坐标系下的行列式坐标的向量；通过第六变换矩阵对各个探测点在地心惯性坐标系下的行列式坐标的向量进行矩阵变换，获取各个探测点在地心固定坐标系下的行列式坐标的向量。
[0007]在上述的方案中，步骤S5包括：建立传感器的透镜中心O
b
与其在传感器成像平面上的投影的连线，并建立传感器的透镜中心O
b
与地心O
e
的连线，计算连线与连线O
b
O
e
之间的夹角γ；获取传感器的最大探测视场角β，并对卫星的最大视场角α与传感器的最大探测视场角β进行大小比较；通过比较结果、连线与连线O
b
O
e
之间的夹角γ与以及连线与连线O
b
O
e
之间的夹角γ与之间的关系获取卫星的探测范围覆盖情况。
[0008]在上述的方案中，通过比较结果、连线与连线O
b
O
e
之间的夹角γ与以及连线与连线O
b
O
e
之间的夹角γ与之间的关系获取卫星的探测范围覆盖情况包括：在卫星的最大视场角α大于传感器的最大探测视场角β且时，探测范围覆盖情况为探测范围全覆盖；在卫星的最大视场角α大于传感器的最大探测视场角β且时，探测范围覆盖情况为探测范围部分覆盖；在卫星的最大视场角α大于传感器的最大探测视场角β且时，探测范围覆盖情况为探测范围未覆盖；在卫星的最大视场角α小于等于传感器的最大探测视场角β且时，探测范围覆盖情况为探测范围全覆盖；在卫星的最大视场角α小于等于传感器的最大探测视场角β且时，探测范围覆盖情况为探测范围部分覆盖；在卫星的最大视场角α小于等于传感器的最大探测视场角β且时，探测范围覆盖情况为探测范围未覆盖。
[0009]在上述的方案中，步骤S6包括：在卫星的探测范围覆盖情况为探测范围未覆盖时，光滑地球表面的卫星覆盖范围为0。
[0010]在上述的方案中，步骤S6还包括：在卫星的探测范围覆盖情况为探测范围全覆盖且卫星的最大视场角α大于传感器的最大探测视场角β时，对传感器的透镜中心在传感器成像平面上的行列式坐标的向量进行级联矩阵变换，获取传感器的透镜中心在地心固定坐标系下的行列式坐标的向量，通过地心固定坐标系下各个探测点与传感器的透镜中心的连线计算其与地球的交点，顺序连接交点，对连接交点构成的区域作为滑地球表面的卫星覆盖范围。
[0011]在上述的方案中，步骤S6还包括：在卫星的探测范围覆盖情况为探测范围全覆盖且卫星的最大视场角α小于等于传感器的最大探测视场角β时，根据步骤S4中通过SGP4模型得到的卫星的高度计算出该高度对应的最大视场范围，将所述最大视场范围作为光滑地球表面的卫星覆盖范围。
[0012]在上述的方案中，步骤S6还包括：在卫星的探测范围覆盖情况为探测范围部分覆盖时，根据步骤S4中通过SGP4模型得到的卫星的高度计算出该高度对应的最大视场范围，其中，所述最大视场范围由多个采样点的区域构成；判断地心固定坐标系下各个探测点是否在地球表面有对应点，在有对应点的探测点与无对应点的探测点之间采用迭代方式形成插值点；对所述最大视场范围中的采样点与形成的各个插值点的距离进行比较，获取与各个插值点的距离最近的采样点；对与各个插值点的距离最近的采样点进行顺序连接，将连接采样点构成的区域作为滑地球表面的卫星覆盖范围。
[0013]在上述的方案中，步骤S7包括：判断在各个探测点和其在地球表面上的对应点之间的连线上是否有地表的起伏对光滑地球表面的卫星覆盖范围的影响；在地表的起伏对光滑地球表面的卫星覆盖范围有影响时，获取各个探测点和其在地球表面上的对应点之间的连线在地球表面的投影线；通过DEM数据获取投影线上每个点的XYZ坐标，并计算投影线上每个点的的卫星高度角，获取卫星高度角最小时对应的投影线上的点；将各个探测点对应的卫星高度角最小时对应的投影线上的点进行顺序连接，将连接区域作为卫星覆盖的真实范围。
[0014]本专利技术提供的基于透镜成像的卫星瞬时覆盖区计算系统，采用如上所述的基于透镜成像的卫星瞬时覆盖区计算方法进行卫星瞬时覆盖区计算，包括:卫星坐标获取模块，用于基于卫星星历和SGP4模型计算出卫星在卫星轨道坐标系内的行列式坐标的向量；探测点坐标获取模块，用于获取安装在卫星上的传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于透镜成像的卫星瞬时覆盖区计算方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1：基于卫星星历和SGP4模型计算出卫星在卫星轨道坐标系内的行列式坐标的向量；步骤S2：获取安装在卫星上的传感器上各个探测点在传感器成像平面上的行列式坐标的向量，其中，传感器为具有透镜中心的传感器；步骤S3：基于卫星在卫星轨道坐标系内的坐标对各个探测点在传感器成像平面上的行列式坐标的向量进行级联矩阵变换，获取各个探测点在地心固定坐标系下的行列式坐标的向量；步骤S4：通过SGP4模型计算出卫星到地球质心的瞬时距离及卫星的高度，并通过卫星到地球质心的瞬时距离获取卫星的最大视场角α；步骤S5：获取传感器的最大探测视场角β，通过卫星的最大视场角α与传感器的最大探测视场角β之间的关系获取卫星的探测范围覆盖情况；步骤S6：根据卫星的探测范围覆盖情况获取光滑地球表面的卫星覆盖范围；步骤S7：根据地表的起伏对光滑地球表面的卫星覆盖范围的影响情况，获取卫星覆盖的真实范围。2.根据权利要求1所述的基于透镜成像的卫星瞬时覆盖区计算方法，其特征在于，步骤S3包括：通过第一变换矩阵对各个探测点在传感器成像平面上的行列式坐标的向量进行矩阵旋转变换，获取各个探测点在传感器坐标系下的行列式坐标的向量；通过第二变换矩阵对各个探测点在传感器坐标系下的行列式坐标的向量进行平移变换，并通过第三变换矩阵对平移变换结果进行矩阵旋转变换，获取各个探测点在卫星坐标系下的行列式坐标的向量；将各个探测点在卫星坐标系下的行列式坐标的向量和卫星在卫星轨道坐标系内的行列式坐标的向量代入至第四变换矩阵，获取各个探测点在卫星轨道坐标系下的行列式坐标的向量；通过第五变换矩阵对各个探测点在卫星轨道坐标系下的行列式坐标的向量进行矩阵变换，获取各个探测点在地心惯性坐标系下的行列式坐标的向量；通过第六变换矩阵对各个探测点在地心惯性坐标系下的行列式坐标的向量进行矩阵变换，获取各个探测点在地心固定坐标系下的行列式坐标的向量。3.根据权利要求1所述的基于透镜成像的卫星瞬时覆盖区计算方法，其特征在于，步骤S5包括：建立传感器的透镜中心O
b
与其在传感器成像平面上的投影的连线 ，并建立传感器的透镜中心O
b
与地心O
e
的连线，计算连线与连线O
b
O
e
之间的夹角γ；获取传感器的最大探测视场角β，并对卫星的最大视场角α与传感器的最大探测视场角β进行大小比较；通过比较结果、连线与连线O
b
O
e
之间的夹角γ与以及连线与连线O
b
O
e
之间的夹角γ与之间的关系获取卫星的探测范围覆盖情况。
4.根据权利要求3所述的基于透镜成像的卫星瞬时覆盖区计算方法，其特征在于，通过比较结果、连线与连线O
b
O
e
之间的夹角γ与以及连线与连线O
b
O
e
之间的夹角γ与之间的关系获取卫星的探测范围覆盖情况包括：在卫星的最大视场角α大于传感器的最大探测视场角β且时，探测范围覆盖情况为探测范围全覆盖；在卫星的最大视场角α大于传感器的最大探测视场角β且时，探测范围覆盖情况为探测范围部分覆盖；在卫星的最大视场角α大于传感器的最大探测视场角β且时，探测范围覆盖情况为探测范围未覆盖；在卫星的最大视场角α小于等于传感器的最大探测视场角β且时，探测范围覆盖情况为探测范围全覆盖；在卫星的最大视场角α小于等于传感器的最大探测视场角β且时，探测范围覆盖情况为探测范围部分覆盖；在卫星的最大视场角α小于等于传...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢玉波，王家润，谢胜飞，左大伟，刘阳成，任菲，张伟都，黄志敏，杨帆，赵静，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十五研究所，
类型：发明
国别省市：