基于透鏡成像的衛星瞬時覆蓋區計算方法和系統技術方案

本發明專利技術涉及一種基于透鏡成像的衛星瞬時覆蓋區計算方法和系統，屬于衛星通信技術領域。該方法包括：計算出衛星在衛星軌道坐標系內的行列式坐標的向量；獲取安裝在衛星上的傳感器上各個探測點在傳感器成像平面上的行列式坐標的向量；對各個探測點在傳感器成像平面上的行列式坐標的向量進行級聯矩陣變換；獲取衛星的最大視場角α；獲取傳感器的最大探測視場角β，獲取衛星的探測范圍覆蓋情況；獲取光滑地球表面的衛星覆蓋范圍；獲取衛星覆蓋的真實范圍。本申請提供的方法和系統，便于在統一坐標系下進行衛星瞬時覆蓋區的計算，考慮了地表的起伏，能夠獲取衛星覆蓋的真實范圍，準確率高且計算效率高、可滿足大規模探測范圍的實時計算。時計算。時計算。

【技術實現步驟摘要】
基于透鏡成像的衛星瞬時覆蓋區計算方法和系統


[0001]本專利技術涉及衛星通信
，尤其涉及一種基于透鏡成像的衛星瞬時覆蓋區計算方法和系統。

技術介紹

[0002]衛星瞬時覆蓋區指某一時刻衛星上的有效載荷能夠觀測的地球區域。瞬時覆蓋區能實時準確描述衛星上某個有效載荷某一時刻的對地面覆蓋狀況。在軍事上，基于衛星瞬時覆蓋分析可以對軍事目標實現進行隱蔽或探測，軍事衛星進行偵察和反偵察研究，在民用上主要用于探測特定區域。
[0003]現有技術中，對衛星瞬時覆蓋區進行分析時一般是基于衛星的星下點、傳感器傾角等參數信息，采用逐步逼近的方式實現探測范圍的計算，存在計算方程復雜，計算效率低等問題，不能滿足大規模探測范圍的實時計算。

技術實現思路

[0004]本專利技術意在提供一種基于透鏡成像的衛星瞬時覆蓋區計算方法和系統，以解決現有技術中存在的不足，本專利技術要解決的技術問題通過以下技術方案來實現。
[0005]本專利技術提供的基于透鏡成像的衛星瞬時覆蓋區計算方法，包括：步驟S1：基于衛星星歷和SGP4模型計算出衛星在衛星軌道坐標系內的行列式坐標的向量；步驟S2：獲取安裝在衛星上的傳感器上各個探測點在傳感器成像平面上的行列式坐標的向量，其中，傳感器為具有透鏡中心的傳感器；步驟S3：基于衛星在衛星軌道坐標系內的坐標對各個探測點在傳感器成像平面上的行列式坐標的向量進行級聯矩陣變換，獲取各個探測點在地心固定坐標系下的行列式坐標的向量；步驟S4：通過SGP4模型計算出衛星到地球質心的瞬時距離及衛星的高度，并通過衛星到地球質心的瞬時距離獲取衛星的最大視場角α；步驟S5：獲取傳感器的最大探測視場角β，通過衛星的最大視場角α與傳感器的最大探測視場角β之間的關系獲取衛星的探測范圍覆蓋情況；步驟S6：根據衛星的探測范圍覆蓋情況獲取光滑地球表面的衛星覆蓋范圍；步驟S7：根據地表的起伏對光滑地球表面的衛星覆蓋范圍的影響情況，獲取衛星覆蓋的真實范圍。
[0006]在上述的方案中，步驟S3包括：通過第一變換矩陣對各個探測點在傳感器成像平面上的行列式坐標的向量進行矩陣旋轉變換，獲取各個探測點在傳感器坐標系下的行列式坐標的向量；通過第二變換矩陣對各個探測點在傳感器坐標系下的行列式坐標的向量進行平移變換，并通過第三變換矩陣對平移變換結果進行矩陣旋轉變換，獲取各個探測點在衛星
坐標系下的行列式坐標的向量；將各個探測點在衛星坐標系下的行列式坐標的向量和衛星在衛星軌道坐標系內的行列式坐標的向量代入至第四變換矩陣，獲取各個探測點在衛星軌道坐標系下的行列式坐標的向量；通過第五變換矩陣對各個探測點在衛星軌道坐標系下的行列式坐標的向量進行矩陣變換，獲取各個探測點在地心慣性坐標系下的行列式坐標的向量；通過第六變換矩陣對各個探測點在地心慣性坐標系下的行列式坐標的向量進行矩陣變換，獲取各個探測點在地心固定坐標系下的行列式坐標的向量。
[0007]在上述的方案中，步驟S5包括：建立傳感器的透鏡中心O
b
與其在傳感器成像平面上的投影的連線，并建立傳感器的透鏡中心O
b
與地心O
e
的連線，計算連線與連線O
b
O
e
之間的夾角γ；獲取傳感器的最大探測視場角β，并對衛星的最大視場角α與傳感器的最大探測視場角β進行大小比較；通過比較結果、連線與連線O
b
O
e
之間的夾角γ與以及連線與連線O
b
O
e
之間的夾角γ與之間的關系獲取衛星的探測范圍覆蓋情況。
[0008]在上述的方案中，通過比較結果、連線與連線O
b
O
e
之間的夾角γ與以及連線與連線O
b
O
e
之間的夾角γ與之間的關系獲取衛星的探測范圍覆蓋情況包括：在衛星的最大視場角α大于傳感器的最大探測視場角β且時，探測范圍覆蓋情況為探測范圍全覆蓋；在衛星的最大視場角α大于傳感器的最大探測視場角β且時，探測范圍覆蓋情況為探測范圍部分覆蓋；在衛星的最大視場角α大于傳感器的最大探測視場角β且時，探測范圍覆蓋情況為探測范圍未覆蓋；在衛星的最大視場角α小于等于傳感器的最大探測視場角β且時，探測范圍覆蓋情況為探測范圍全覆蓋；在衛星的最大視場角α小于等于傳感器的最大探測視場角β且時，探測范圍覆蓋情況為探測范圍部分覆蓋；在衛星的最大視場角α小于等于傳感器的最大探測視場角β且時，探測范圍覆蓋情況為探測范圍未覆蓋。
[0009]在上述的方案中，步驟S6包括：在衛星的探測范圍覆蓋情況為探測范圍未覆蓋時，光滑地球表面的衛星覆蓋范圍為0。
[0010]在上述的方案中，步驟S6還包括：在衛星的探測范圍覆蓋情況為探測范圍全覆蓋且衛星的最大視場角α大于傳感器的最大探測視場角β時，對傳感器的透鏡中心在傳感器成像平面上的行列式坐標的向量進行級聯矩陣變換，獲取傳感器的透鏡中心在地心固定坐標系下的行列式坐標的向量，通過地心固定坐標系下各個探測點與傳感器的透鏡中心的連線計算其與地球的交點，順序連接交點，對連接交點構成的區域作為滑地球表面的衛星覆蓋范圍。
[0011]在上述的方案中，步驟S6還包括：在衛星的探測范圍覆蓋情況為探測范圍全覆蓋且衛星的最大視場角α小于等于傳感器的最大探測視場角β時，根據步驟S4中通過SGP4模型得到的衛星的高度計算出該高度對應的最大視場范圍，將所述最大視場范圍作為光滑地球表面的衛星覆蓋范圍。
[0012]在上述的方案中，步驟S6還包括：在衛星的探測范圍覆蓋情況為探測范圍部分覆蓋時，根據步驟S4中通過SGP4模型得到的衛星的高度計算出該高度對應的最大視場范圍，其中，所述最大視場范圍由多個采樣點的區域構成；判斷地心固定坐標系下各個探測點是否在地球表面有對應點，在有對應點的探測點與無對應點的探測點之間采用迭代方式形成插值點；對所述最大視場范圍中的采樣點與形成的各個插值點的距離進行比較，獲取與各個插值點的距離最近的采樣點；對與各個插值點的距離最近的采樣點進行順序連接，將連接采樣點構成的區域作為滑地球表面的衛星覆蓋范圍。
[0013]在上述的方案中，步驟S7包括：判斷在各個探測點和其在地球表面上的對應點之間的連線上是否有地表的起伏對光滑地球表面的衛星覆蓋范圍的影響；在地表的起伏對光滑地球表面的衛星覆蓋范圍有影響時，獲取各個探測點和其在地球表面上的對應點之間的連線在地球表面的投影線；通過DEM數據獲取投影線上每個點的XYZ坐標，并計算投影線上每個點的的衛星高度角，獲取衛星高度角最小時對應的投影線上的點；將各個探測點對應的衛星高度角最小時對應的投影線上的點進行順序連接，將連接區域作為衛星覆蓋的真實范圍。
[0014]本專利技術提供的基于透鏡成像的衛星瞬時覆蓋區計算系統，采用如上所述的基于透鏡成像的衛星瞬時覆蓋區計算方法進行衛星瞬時覆蓋區計算，包括:衛星坐標獲取模塊，用于基于衛星星歷和SGP4模型計算出衛星在衛星軌道坐標系內的行列式坐標的向量；探測點坐標獲取模塊，用于獲取安裝在衛星上的傳本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于透鏡成像的衛星瞬時覆蓋區計算方法，其特征在于，所述方法包括：步驟S1：基于衛星星歷和SGP4模型計算出衛星在衛星軌道坐標系內的行列式坐標的向量；步驟S2：獲取安裝在衛星上的傳感器上各個探測點在傳感器成像平面上的行列式坐標的向量，其中，傳感器為具有透鏡中心的傳感器；步驟S3：基于衛星在衛星軌道坐標系內的坐標對各個探測點在傳感器成像平面上的行列式坐標的向量進行級聯矩陣變換，獲取各個探測點在地心固定坐標系下的行列式坐標的向量；步驟S4：通過SGP4模型計算出衛星到地球質心的瞬時距離及衛星的高度，并通過衛星到地球質心的瞬時距離獲取衛星的最大視場角α；步驟S5：獲取傳感器的最大探測視場角β，通過衛星的最大視場角α與傳感器的最大探測視場角β之間的關系獲取衛星的探測范圍覆蓋情況；步驟S6：根據衛星的探測范圍覆蓋情況獲取光滑地球表面的衛星覆蓋范圍；步驟S7：根據地表的起伏對光滑地球表面的衛星覆蓋范圍的影響情況，獲取衛星覆蓋的真實范圍。2.根據權利要求1所述的基于透鏡成像的衛星瞬時覆蓋區計算方法，其特征在于，步驟S3包括：通過第一變換矩陣對各個探測點在傳感器成像平面上的行列式坐標的向量進行矩陣旋轉變換，獲取各個探測點在傳感器坐標系下的行列式坐標的向量；通過第二變換矩陣對各個探測點在傳感器坐標系下的行列式坐標的向量進行平移變換，并通過第三變換矩陣對平移變換結果進行矩陣旋轉變換，獲取各個探測點在衛星坐標系下的行列式坐標的向量；將各個探測點在衛星坐標系下的行列式坐標的向量和衛星在衛星軌道坐標系內的行列式坐標的向量代入至第四變換矩陣，獲取各個探測點在衛星軌道坐標系下的行列式坐標的向量；通過第五變換矩陣對各個探測點在衛星軌道坐標系下的行列式坐標的向量進行矩陣變換，獲取各個探測點在地心慣性坐標系下的行列式坐標的向量；通過第六變換矩陣對各個探測點在地心慣性坐標系下的行列式坐標的向量進行矩陣變換，獲取各個探測點在地心固定坐標系下的行列式坐標的向量。3.根據權利要求1所述的基于透鏡成像的衛星瞬時覆蓋區計算方法，其特征在于，步驟S5包括：建立傳感器的透鏡中心O
b
與其在傳感器成像平面上的投影的連線 ，并建立傳感器的透鏡中心O
b
與地心O
e
的連線，計算連線與連線O
b
O
e
之間的夾角γ；獲取傳感器的最大探測視場角β，并對衛星的最大視場角α與傳感器的最大探測視場角β進行大小比較；通過比較結果、連線與連線O
b
O
e
之間的夾角γ與以及連線與連線O
b
O
e
之間的夾角γ與之間的關系獲取衛星的探測范圍覆蓋情況。
4.根據權利要求3所述的基于透鏡成像的衛星瞬時覆蓋區計算方法，其特征在于，通過比較結果、連線與連線O
b
O
e
之間的夾角γ與以及連線與連線O
b
O
e
之間的夾角γ與之間的關系獲取衛星的探測范圍覆蓋情況包括：在衛星的最大視場角α大于傳感器的最大探測視場角β且時，探測范圍覆蓋情況為探測范圍全覆蓋；在衛星的最大視場角α大于傳感器的最大探測視場角β且時，探測范圍覆蓋情況為探測范圍部分覆蓋；在衛星的最大視場角α大于傳感器的最大探測視場角β且時，探測范圍覆蓋情況為探測范圍未覆蓋；在衛星的最大視場角α小于等于傳感器的最大探測視場角β且時，探測范圍覆蓋情況為探測范圍全覆蓋；在衛星的最大視場角α小于等于傳感器的最大探測視場角β且時，探測范圍覆蓋情況為探測范圍部分覆蓋；在衛星的最大視場角α小于等于傳...

【專利技術屬性】
技術研發人員：謝玉波，王家潤，謝勝飛，左大偉，劉陽成，任菲，張偉都，黃志敏，楊帆，趙靜，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第十五研究所，
類型：發明
國別省市：