[发明专利]一种云层对敏捷光学卫星的遮挡时间窗口的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及敏捷光学卫星技术领域，尤其涉及一种云层对敏捷光学卫星的遮挡时间窗口的计算方法。

背景技术

与传统对地观测卫星相比，敏捷光学卫星可以在三个轴的方向上移动(滚动，俯仰与偏航)，具有三个方向的自由度，这使得卫星可以在图像获取间隙以及获取图像时都具备机动能力。光学成像遥感器是敏捷光学卫星搭载的一种常见传感器。光学遥感器绝大多数都属于被动遥感器，只接收来自目标的反射或自身发射的光辐射。其中可见光遥感器是一种较成熟的光学遥感器，它的照片信息量大、分辨率高，但只能在晴朗的白天工作，无法全天候工作，特别是容易受到云层遮挡，使成像质量受到较大影响，据统计，我国60％的光学卫星图像因为云层而无法成为有效的数据产品，这不仅不能满足用户需求，还对卫星资源造成极大浪费。

为了规避云层，敏捷光学卫星将通过俯仰和侧摆从云缝中对目标成像，这对成像质量也有较大影响。敏捷光学卫星的成像可见时间窗口持续较长，不同成像时间的成像分辨率有所不同，卫星在飞过任务正上方时进行成像，即卫星位于可见时间窗口中点进行成像时，成像质量最好，但若中点位置被云层遮挡，卫星必须带有一定俯仰角和侧摆角进行成像时，由于成像方位角较大，成像分辨率会有所降低，从而导致成像质量下降。

如何高效率的在被云层遮挡的可见时间窗口中寻找最优成像位置，安排观测窗口，最大程度降低云层遮挡对成像质量的影响，是本领域技术人员亟需解决的技术问题，而解决上述一个或者多个技术问题的前提条件，便是如何确定观测目标和云层何时会构成遮挡关系、如何计算遮挡时间窗口。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种计算量较少、效率较高的云层对敏捷光学卫星的遮挡时间窗口的计算方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种云层对敏捷光学卫星的遮挡时间窗口的计算方法，包括以下步骤：

S1：计算敏捷光学卫星对所有任务的可见时间窗口；

S2：计算敏捷光学卫星的全部星历信息；

S3：取可见时间窗口，执行如下操作：

S3.1：根据敏捷光学卫星对于目标观测的最大可见范围和云层与目标的相对距离，预判该可见时间窗口对应的云层与目标点是否构成遮挡关系，若否，执行S3.4，若是，设t为可见时间窗口的开始时刻，执行S3.2；

S3.2：寻找云层遮挡时间窗口的中间时刻：判断t是否大于可见时间窗口的结束时刻，若是，执行S4；若否，判断t时刻敏捷光学是否被云层遮挡，若遮挡，执行S3.3，若不遮挡，以5-15s为粒度向后推进，重复执行S3.2；

S3.3：以S3.2得到的中间时刻为起点，以观测时间窗口的一半作为粒度分别向两侧进行推进，若找到某个时刻不再被遮挡，则向推进方向的反方向取原粒度的一半进行推进，直到最后的相差时间小于1s，输出云层遮挡时间窗口，执行S4；

S3.4：判断是否遍历全部云层，若是，执行S4，若否，取下一块云层，执行S3.1；

S4：判断是否遍历全部可见时间窗口，若否，转S3，若是，则计算完成；

优选地，步骤S3.2中判断t时刻是否被云层遮挡的详细步骤为：

将目标点的纬度B_T和经度L_T，敏捷光学卫星的高度H_s、纬度B_s和经度L_s根据WGS-84坐标系下坐标转换公式：

转换为空间直角坐标，分别为(X_T,Y_T,Z_T)以及(X_S,Y_S,Z_S)，其中N为椭球曲率半径，a为地球半径，a≈6378137.0，H为高度，B为纬度，L为经度，e为第一偏心率，e²＝0.0066934216230；

得到目标点与卫星之间的连线方程为：

云层高度为H_C，云层所在球面的解析式为：

X²+Y²+Z²＝(R+H_C)² (3)

则卫星与目标点连线与云层所在球面的交点为：

其中，