[发明专利]区域观测模式下地球几何特征信息确定方法

说明书

技术领域

本发明属于空间遥感与图像处理技术领域，具体涉及一种区域观测模式下地球几何特征信息确定方法。 

背景技术

全圆盘观测模式：全圆盘观测是指静止气象卫星在定点位置对地球进行观测，获取一幅包含地球南北极的完整的地球云图，每30分钟可获取一幅全圆盘云图。全圆盘观测模式是指卫星长期处于连续全圆盘观测工作状态。 

区域观测模式：区域观测区别于全圆盘观测，是指在卫星观测能力范围内，对任意指定区域进行观测，获取局部的地球观测云图，区域大小不同观测时间也不相同。区域观测模式指卫星长期处于连续区域观测工作状态，极少或不进行全圆盘观测。 

我国风云二号静止气象卫星业务运行模式采用全圆盘观测模式，每小时进行一次全圆盘观测。地球是不规则椭球体，由于卫星轨道位置和姿态随时间变化，不同时刻进行云图观测时卫星和地球相对位置不同，从不同角度观测所获取云图的地球几何形状也不相同，只能根据实际观测结果来确定地球的几何形状，我国风云二号卫星地面应用系统即是根据每幅全圆盘云图获取该时次完整的地球几何信息，然后依靠连续24小时卫星观测的全圆盘云图的地球几何信息进行卫星姿态的精确计算，再利用卫星的精确轨道和姿态，对获取云图的地理信息坐标进行精确预报，从而实现卫星观测云图的精确定位。 

现有云图定位技术在风云二号业务系统中运行多年，稳定可靠，但它的前提是获取云图必须为全圆盘云图，通过对全圆盘云图进行边缘检测，获取地球边缘轮廓，再根据观测地球的东西和南北对称的几何特性，来获取准确的地球中心点位置。风云二号卫星具有区域扫描功能，由于根据区域扫描云图获得的是条带状的局部地球图像，只在东西方向上具有对称特性，南北方向只有局部信息，利用以上方法无法获取云图地球中心，缺少进行卫星姿态计算的条件，因而无法进行云图定位，无法将区域云图应用于气象服务。风云二号卫星已发射5颗卫星，在轨运行3颗，投资数十亿，因为区域观测模式下云图定位问题未获解决，区域观测功能一直未能得到应用，严重制约了卫星效益的发挥。 

发明内容

本发明的目的是提供一种区域观测模式下地球几何特征信息确定方法，通过建立区域观测模式下的地球几何模型，利用区域观测云图信息，解算完整地球几何模型特征参数，为区域扫描观测下卫星姿态计算提供依据。 

本发明的目的是通过以下技术方案来实现： 

一种区域观测模式下地球几何特征信息确定方法，包括以下步骤：

1）根据卫星观测地球云图特点，建立观测地球的椭圆模型，建立云图地球边缘点与地球模型参数的对应关系，包括地球云图中心（x₀，y₀），地球云图长轴半径a，短轴半径b，观测云图相对观测坐标旋转角度θ；

静止卫星观测地球形状参数模型可以用下式表示：

其中椭圆中心（x₀，y₀）是卫星星下点的坐标，椭圆模型的5个独立的参数：椭圆中心（x₀，y₀），长轴半径a，短轴半径b，长轴与x轴夹角θ都不确定，以上模型的5个参数方程是复杂的非线性方程，通过变量代换，将上式变为5个参数的简洁的线性方程：

其中：

利用最小二乘拟合，用所有测量点到理想椭圆的距离的平方和为最小这一准则来确定理想椭圆的5个参数：x₀，y₀，a，b和θ。

2）区域观测云图如图1所示，根据自旋卫星扫描方式，利用直方图方法，分别提取区域观测云图地球东和西两方向的边缘点坐标，对边缘点进行奇异点去除； 

所述云图由地球、外太空背景和杂散信号组成的图像，云图上的图像灰度值出现阶跃变化，灰度的范围表示图像中各种灰阶的分布范围即所谓的动态范围，对于红外图像为8bits，即0～255的取值范围；

3）将2）中得到的准确云图地球边缘点带入1）中的地球模型，利用边缘点坐标到对应的模型距离最短的约束条件，用最小二乘法求解地球模型的几何形状参数，从而根据区域观测云图得到该时次完整的观测地球几何模型。