[发明专利]一种基于卫星轨道特性获取卫星太阳角和时间的方法

说明书

技术领域

本发明属于遥感图像信息处理领域，涉及一种利用卫星太阳同步特性及其演变计算卫星太阳高度角和方位角以及观测时间的方法。

背景技术

遥感图像数据已经广泛应用于国土资源调查与监测、防灾减灾、农林水利、生态环境、城市规划与建设、国家重大工程等领域。目前，遥感卫星轨道一般采用太阳同步回归轨道，即设计标称轨道半长轴和轨道倾角，保证太阳同步回归特性。太阳同步轨道特征为经过相同纬度的地方时相同，可以实现对地面同一地区以相同的光照和观测条件进行动态监测，降交点(降轨经过赤道处)地方时设计为上午10:30或者下午1:30。

随着卫星数据的广泛应用，遥感用户对图像的质量越发关注。卫星图像质量与光照条件有关，受太阳高度角和方位角的影响；同时，太阳高度角和方位角也是遥感数据应用必须使用的参数。遥感图像太阳位置角的确定不仅与成像的日期、时间和图像所在的经纬度息息相关，受卫星入轨偏差以及卫星运行过程中地心引力、大气阻力、太阳引力等各种摄动的影响，轨道倾角发生变化，降交点地方时会产生漂移，也会引起图像太阳高度角和方位角的变化。

通常，卫星遥感图像太阳高度角和方位角的计算，有两种典型方法。一种方法是基于卫星遥感图像精确的成像日期、时间点和经纬度信息进行求解，但是在未知遥感图像成像时间的情况下，该种方法将不能求解；另一种方法是基于卫星标称的运行轨迹，但是方法并未考虑卫星发射时的偏差和运行过程各种摄动因素的影响，计算结果存在一定误差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种在未知卫星星历数据和具体成像时间点的情况下，根据遥感卫星标称轨道以及轨道运行过程中的变化，精确计算卫星太阳高度角、方位角和成像时间点等相关参数的方法，可用于遥感数据定量化应用参数输入的依据。

本发明的技术解决方案是：一种基于卫星轨道特性获取卫星太阳角和时间的方法，包括如下步骤：

(1)根据卫星的太阳同步轨道特性，由卫星的轨道高度推算出卫星的轨道倾角a＝R_e+h；其中，为卫星轨道面转动的速率，R_e为地球赤道半径，a为卫星轨道半长轴，h为卫星轨道高度；

(2)利用卫星轨道根数，计算卫星降轨过赤道处星下点的经度和北京时间，并换算为地方时后得到降交点地方时LocalTime；

(3)根据步骤(1)和步骤(2)的结果，计算得到卫星星下点过任意纬度时的纬度地方时LocalTime_Lat＝LocalTime+Time，其中，Time＝-arcsin(sinlat*cosi/sini/coslat)*4*60，lat为纬度；

(4)根据卫星轨道倾角入轨偏差Δi和运行过程中卫星轨道倾角每天变化率di，计算得到卫星地方时的变化LocalTime_Change和任意纬度的实际地方时LocalTime_{Re al}，

LocalTime_{Re al}＝LocalTime_Lat+LocalTime_Change，Δt为卫星运行时间；

(5)计算获得卫星侧摆后的实际地方时LocalTime_Lat1＝LocalTime_{Re al}+LocalTime_cebai，其中，

LocalTime_cebai＝Lon1*4*60，

Lon1＝Earth_ins tan ce*360/(2*π*Re)/cos(Lat)，

Earth_ins tan ce＝(180-∠ABO-Angle)*π*Re/180，

Angle为卫星侧摆角度，卫星向东侧摆为正数，向西侧摆为负数；

(6)计算得到太阳高度角H和太阳方位角A，

H＝arcsin(sin(lat)×sin(δ)+cos(lat)×cos(δ)×cos(T))，

A＝arccos((sinδ-sin H×sin lat)/(cos H×cos lat))，

其中δ为太阳赤纬；

(7)计算得到观测地点的北京时间BJTime＝LocalTime_Lat1-(Lon-120)×4×60，单位为秒，式中Lon为经度。

本发明与现有技术相比的优点在于：