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| 一种极多层高效卫星覆盖性分析方法 | |
吕林立 ; 李文皓; 张珩; 肖歆昕; 冯冠华; 赵志杰
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| 2024-08-09 | |
| Rights Holder | 中国科学院力学研究所 |
| Abstract | 本发明公开了一种极多层高效卫星覆盖性分析方法，具体为：计算卫星对地覆盖域和对空覆盖域的地心角和星下点的地心经度和地心纬度；求解卫星对地覆盖域和对空覆盖域边界的空间数据模型；并进行分类修正和墨卡托投影处理，以获得覆盖域边界在墨卡托图上的空间数据模型；获得卫星对天球的覆盖域墨卡托投影图，以及叠加多颗卫星覆盖域生成的星座覆盖图像，分析并获取星座覆盖图像的覆盖重数与RGB色彩模式的对应关系；求取星座覆盖图像的面密度矩阵并初始化和赋值；求取覆盖域的覆盖需求权重矩阵，并对覆盖域的覆盖性进行分析。本发明可以快速、精确的确定卫星/星座对地、对空两种探测模式下任一时刻的覆盖性指标，为星座的覆盖性分析提供依据。 |
| Application Date | 2020-08-11 |
| Application Number | CN202010801204.0 |
| Patent Number | CN112084628B |
| Claim | 1.一种极多层高效卫星覆盖性分析方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤100、获取卫星地面探测背景下对目标天球表面的覆盖域，以及卫星深空探测背景下对目标天球表面的覆盖域，分别记为卫星对地覆盖域和对空覆盖域，并且分别计算卫星对地覆盖域和对空覆盖域的地心角； 步骤200、视地心为球心，把地心和卫星的连线与地球球面的交点定义为星下点，由球面三角公式得所述星下点的地心经度和地心纬度； 步骤300、基于地心角、星下点的地心经度和地心纬度，求解卫星对地覆盖域和对空覆盖域边界的空间数据模型； 步骤400、对所述卫星对地覆盖域和所述对空覆盖域的边界的空间数据模型依次进行分类修正和墨卡托投影处理，以获得覆盖域边界在墨卡托图上的空间数据模型； 步骤500、通过GIS制图技术处理覆盖域边界在墨卡托图上的空间数据模型，获得卫星对天球的覆盖域墨卡托投影图，以及叠加多颗卫星覆盖域生成的星座覆盖图像； 步骤600、分析并获取所述星座覆盖图像的覆盖重数与RGB色彩模式的对应关系； 步骤700、求取所述星座覆盖图像上各个像素点所对应的实际地理面积以获取面密度矩阵，并以星座覆盖图像大小初始化面密度矩阵，然后对面密度矩阵的每个元素赋值以求取面密度矩阵A； 步骤800、求取覆盖域的覆盖需求权重矩阵，并对其进行赋值； 步骤900、求解覆盖性矩阵，并对覆盖域的覆盖性进行分析； 所述步骤400空间数据模型的处理方法包括： 对球冠边界空间数据模型M、球带内边界空间数据模型Min和球带外边界空间数据模型Mout分别进行修正，已知任意两星下点的地心经度 为(LonA，LonB)，地心纬度 为(LatA，LatB)求距离公式为： 其中，C为过渡量，没有物理含义； 记修正后的卫星对地覆盖域边界的空间数据模型为球冠边界空间数据模型M'，记修正后的卫星对空覆盖域内外边界的空间数据模型分别为球带内边界空间数据模型Min'和球带外边界空间数据模型Mout'；并全部进行墨卡托投影，映射关系为： 获得覆盖域边界在墨卡托图上的空间数据模型，分别为球冠边界空间数据模型M”，球带内边界空间数据模型Min”，球带外边界空间数据模型Mout”； 所述步骤500包括： 步骤501、应用GIS制图技术将天球初始化为指定分辨率的墨卡托地图底图； 步骤502、在GIS上新建覆盖域可视化图层； 步骤503、在所述覆盖域可视化图层上，对M”或Min”、Mout”采用基于方位角右转算法创建覆盖域的多边形几何对象； 步骤504、在所述覆盖域可视化图层上，以用户指定颜色及一定的透明度对所述多边形几何对象进行颜色填充，即可获得该卫星对天球的覆盖域墨卡托投影图； 步骤505、将星座中的其他卫星的覆盖域依次循环叠加在所述覆盖域可视化图层上，生成最终的星座覆盖图像； 所述步骤600分析并获取所述星座覆盖图像的覆盖重数与RGB色彩模式的对应关系具体包括： 提取覆盖域可视化图层并读取图像R、G、B通道像素矩阵； 基于用户指定颜色分析像素与覆盖重数对应关系，覆盖性图中覆盖域颜色深浅与星座对该区域覆盖重数一一对应，具体算法如下： 设原图颜色为RGB_old，新叠加颜色为RGB_new,透明度为α,则新生成图颜色为：RGB＝RGB_old*(1-α)+RGB_new*α； 所述步骤700的面密度矩阵求取方法包括： 对于目标天球的墨卡托投影图，纬线圈lat上各像元实际地理面积为a0＝(2πR0cos(lat)/N)2，其中N＝256*2n，n为墨卡托地图层级； 利用投影逆变换求出矩阵某行上任一像素坐标对应纬度，则该行像元实际地理面积全部赋值为a0； 依此逐行赋值求得面密度矩阵A； 所述步骤800覆盖需求权重矩阵还包括： 以覆盖域图像大小初始化全0权重矩阵； 根据不同的分析任务，进行不同的权重矩阵Q赋值； 分析局部覆盖面积及覆盖率，将该局部区域权重赋值为1，其余部分赋值为0； 分析全球覆盖面积及覆盖率，则权重矩阵赋值为全1矩阵； 分析综合覆盖性，则可根据不同地区覆盖性需求的差异对各区域赋不同权重值； 所述步骤900覆盖域的覆盖性进行分析方法包括： 求解覆盖性矩阵，在覆盖域图像上分别检索各重覆盖对应RGB值，真值处赋值为1，否则赋值为0；从而获得各重覆盖性矩阵Ci(i＝1,2,3,...)； 求解加权覆盖性矩阵Cqi＝Ci*Q(i＝1,2,3,...)； 求解覆盖性指标Bi＝∑∑Cqi*A(i＝1,2,3,...)； 在局部覆盖性分析中，所述覆盖性指标为局部各重覆盖面积，用各重覆盖面积分别除以局部总面积可获得局部各重覆盖率； 在全球覆盖性分析中，所述覆盖性指标为全球各重覆盖面积，用各重覆盖面积分别除以局部总面积可获得全球各重覆盖率； 在综合覆盖性分析中，所述覆盖性指标为各重覆盖综合指标； 基于所述覆盖性指标绘制覆盖性柱状图，输出覆盖性报告。 |
| Language | 中文 |
| Classification | 发明授权 |
| Status | 有效 |
| Note | 授权 |
| Country | 中国 |
| Agency | 北京和信华成知识产权代理事务所(普通合伙) |
| Document Type | 专利 |
| Identifier | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/97362 |
| Collection | 宽域飞行工程科学与应用中心 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 吕林立,李文皓,张珩,等. 一种极多层高效卫星覆盖性分析方法. CN112084628B[P]. 2024-08-09. |
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