CN101441074A - 一种资源卫星成像任务安排与服务的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种资源卫星成像任务安排与服务的方法。其具有以下功能：进行任务安排；在卫星飞经某地时，计算该地的格林威治时间、北京时和地方时；计算地面站覆盖范围以及卫星运行速率；计算地球表面任意两点间距离；计算侧摆距离和侧摆角度对应关系；计算经纬度和PATH、ROW对应关系；计算日期和PATH号对应关系；计算圈号和PATH号对应关系；对日期和日积数进行换算；计算某日期加上某一天数后对应的日期；对秒积数和日期进行换算；对度分秒和度数进行换算。本发明根据卫星的太阳同步和回归特性，以某一轨道(例如经过北京的轨道)为基准，推出其他轨道的情况，包括过境日期、成像的各种时间等，可以高效安排成像，满足用户的各种需求。

Description

一种资源卫星成像任务安排与服务的方法

技术领域

本发明属于卫星任务规划和调度的领域，尤其涉及一种资源卫星成像任务安排与服务的方法。

背景技术

卫星任务安排及服务是卫星业务化运行的关键环节，主要根据用户申请等安排卫星成像任务，是保障卫星系统整体协调、高效运行的基础。

目前，国外卫星应用发达国家针对卫星任务规划调度问题已经有比较深入的研究，卫星任务安排有多种方法。例如欧洲航天管理局(ESA)提出了一种基于加权约束满足问题的调度模型对SPOT-5观测卫星日常观测任务进行优化的方法。俄罗斯莫斯科大学针对地球观测卫星任务调度开发了MisPlan系统等。但这些仅针对卫星任务的安排，没有其他服务功能，并且卫星主要应用于经济、军事领域。

遥感卫星绝大多数轨道设计为太阳同步回归轨道。以中巴地球资源卫星01、02、02B星(以下简称CBERS-01、02、02B星)为例，轨道特性为太阳同步回归冻结轨道，其回归周期为26天，即过26天将重复观测同一地区，卫星每天运行

圈。在回归周期内将地球分为373个轨道(以下简称PATH)，在赤道处相邻轨道距离107.4公里，并且根据轨道设计的特性，相邻三天将相差一条轨道。

在CBERS-01/02星运行伊始，对于用户成像申请任务安排，主要根据卫星的回归特性等人工安排成像。随后在CBERS-02B星任务安排中，起初主要使用卫星工具包(Satellite Tools Kit：STK)。

一般遥感卫星任务安排软件，主要根据轨道根数和用户观测申请，综合考虑卫星运行轨道、卫星有效载荷和地面应用系统的设备状况，制定出卫星载荷控制计划，并以最大限度地获得图像数据为原则；没有考虑传感器侧摆角度，不包括经纬度与PATH、ROW转换、每天经过的PATH查询等多种用户日常使用功能。由于CBERS-02B星携带迄今为止民用最高分辨率相机(以下简称HR相机)，紧急任务安排、用户服务更为重要，在CBERS-02B卫星任务安排时，充分利用其回归特性，自主研制了卫星轨道计算软件，涵盖任务安排、成像时间计算、经纬度与轨道转换等集多种计算为一体的软件，方便操作员和用户使用查询，具有较强操作性、实用性。

CBERS-02星搭载的有效载荷包括CCD相机、IRMSS扫描仪和WFI相机。其中CCD相机空间分辨率为19.5米，幅宽113公里，覆盖全球需要26天周期。CCD相机具有侧摆能力，通过摆镜实现侧摆，星下点可侧摆±32°。IRMSS和WFI相机均无侧摆功能，星下点成像。

在常规成像模式下，卫星经过地面站时全部接收成像数据。当有用户成像申请，以及其他重要观测任务或者自然灾害时，可以利用CCD相机的摆镜侧摆能力，快速获取最新卫星数据。对于CCD侧摆任务通常使用STK软件，STK包含复杂的数学算法，可以准确地确定卫星在任意时刻的位置，生成卫星星历数据和星下点经纬度信息。

(1)首先建立场景、加入卫星，使用高精度轨道模型(HPOP)，输入卫星瞬时轨道根数：轨道半长轴、偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角和平近点角。

(2)计算卫星未来一段时间内星下点经纬度，查找出最临近用户申请区域的经纬度，根据相同纬度的经度差，计算距离，根据空间几何模型推算星下点侧摆角度。由于CCD相机通过摆镜实现侧摆，需要将星下点侧摆角度转换为摆镜侧摆角度，星下点侧摆度数为摆镜侧摆的二倍，并且摆镜有初始角度16°04′，向东侧摆需要在此基础上加摆镜侧摆角度。

使用STK进行卫星任务安排时，步骤过于繁琐，人工参与计算较多，可靠性大大降低，一旦任务安排失效，将造成卫星资源的浪费，甚至影响卫星的安全。

发明内容

CBERS-02B星轨道设计与CBERS-01/02星一致，有效载荷方面取消了IRMSS扫描仪，新增HR相机。其中CCD相机侧摆区间为±32°，通过相机摆镜实现侧摆。HR相机为高分辨率相机，空间分辨率为2.36米，是迄今为止民用最高分辨率相机；其幅宽较窄，仅为27公里，回归周期长。为了达到地面完全覆盖，卫星能够整星侧摆，侧摆能力为±4°，经过130天完整覆盖。HR和CCD相机遥感数据在农作物估产、环境保护与监测、灾害评估、城市规划和国土资源勘察等领域发挥着重要作用，需要经常侧摆成像，任务安排尤为频繁和重要。

本发明提供一种资源卫星成像任务安排与服务的方法，根据用户的观测申请，结合CBERS-02B的有效载荷侧摆和轨道特性，只需要输入观测地点，便能快速、自动计算卫星成像日期和不同载荷相应侧摆角度。此外，还利用卫星轨道特性，实现了查询任意一天经过的所有PATH号，以及每天对应的圈次，并且能够快速计算出经过某经纬度的时间，为用户同步观测提供更好服务。并且还实现了日期和日积数、时间和秒积数、度数和度分秒之间的相互自动转换。

本发明技术方案具体如下：

一种资源卫星成像任务安排与服务的方法，其特征在于执行如下操作：

进行任务安排；

在卫星飞经某地时，计算该地的格林威治时间、北京时和地方时；

计算地面站覆盖范围以及卫星运行速率；

计算地球表面任意两点间距离；

计算侧摆距离和侧摆角度对应关系；

计算经纬度和PATH、ROW对应关系；

计算日期和PATH号对应关系；

计算圈号和PATH号对应关系；

对日期和日积数进行换算；

计算某日期加上某一天数后对应的日期；

对秒积数和日期进行换算；

对度分秒和度数进行换算。

所述任务安排的方法如下：

在CCD相机摆镜侧摆成像时，针对用户对CCD相机的观测申请，输入观测点经纬度信息和起始日期，根据卫星和星下点的几何位置关系，计算出多组CCD相机成像日期以及星下点侧摆角度和CCD相机对应摆镜角度，具体方法如下：

首先计算星下点侧摆角度，(以观测点在星下点西侧的情况为例，向东同理)，根据卫星位置A和地面观测点B以及星下点D，建立几何位置模型；根据观测点经纬度和星下点经纬度信息算出BD距离，再计算需要侧摆的角度θ，公式为：

$\∠\mathrm{BOD}=\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{BD}}}{R_E}*\frac{180}{\mathrm{\π}}$

$\mathrm{AB}=\sqrt{{R_E}^2+{(h+R_E)}^2-2*R_E*(h+R_E)*\cos \∠\mathrm{BOD}}$

$\mathrm{\θ}=\∠\mathrm{BAO}=\arcsin (\frac{\sin \∠\mathrm{BOD}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{AB}}}*R_E)$

其中θ，为需要侧摆角度，R_E为地球半径，h为轨道高度。

BO＝R_E＝6371Km，AO＝h+R_E＝778+6371＝7149Km；

然后计算CCD传感器摆镜侧摆角度，图像输出方向一直为水平输出，当摆镜位置与水平夹角为45°时，为星下点成像；侧摆成像时，若星下点往西侧摆θ，摆镜只需要侧摆θ/2即可实现；此外，CCD摆镜星下点成像定义初始度数为16°04，如果向西侧摆，则摆镜侧摆角度为16°04-θ/2；

在CCD相机和HR相机均侧摆成像时，根据输入观测点经纬度信息和起始日期计算HR侧摆情况下CCD摆镜侧摆角度，具体方法如下：

首先计算出CCD相机对观测区星下点成像时的侧摆角度，由于整星存在侧摆，所以在此基础上消除整星侧摆对CCD星下点成像的影响即可得到CCD相机侧摆角度。

在卫星飞经某地时，计算该地的格林威治时间、北京时和地方时，具体方法是以经过北京的一条轨道作为基准，获取这条轨道的格林威治时间与经、纬度的关系，将格林威治时间加8小时即得到对应的北京时；根据经度差对应的地方时差，可获取卫星飞经某地的地方时。

所述地面站覆盖范围以及卫星运行速率计算方法如下

首先计算地面站覆盖范围，假设G为地面站，S为卫星位置，ε为观测起始仰角，β为观测站至卫星的地心角，R为斜距，h为卫星距离地面的高度，2L为卫星过顶时所能观测到的全部弧段长度，D为地面站作用半径，R_E为测站的地心距，θ为需要侧摆的角度，地面站覆盖范围计算公式如下

$R=(R_E+h)\frac{\sin \mathrm{\θ}}{\cos \mathrm{\ϵ}}$

$L=\frac{\mathrm{\β}}{360}*2\mathrm{\π}(R_E+h)$

$D=\frac{\mathrm{\β}}{360}*2\mathrm{\π}{R}_E$

然后由以下公式计算卫星运行速率以及地面相对速率：

卫星运行速率： $\mathrm{vs}=\sqrt{\mathrm{GM}/(R_E+h)}$ ，其中GM为地球引力常数

在地面卫星运行相对速率：vg＝vs*R_E/(R_E+h)。

所述地球表面任意两点间距离的计算方法如下：

假设地球表面有两点，其地理位置分别为Point1(lon1，lat1)，Point2(lon2，lat2)，过这两点的大圆的劣弧定义为两点间距离Distance，Distance使用下式计算：

Distance＝Re*

acos(sin(lat1)*sin(lat2)+cos(lat1)*cos(lat2)*cos(lon2-lon1))

其中lon1，lat1为第一点经纬度，lon2，lat2为另一点经纬度，单位均为弧度，Re为地球半径，取6371.0公里，Distance的单位为公里。

所述侧摆距离和侧摆角度对应关系的计算方法如下：

由侧摆距离计算对应的侧摆角度，通过以下方法计算：

以观测点在星下点西侧的情况为例(向东同理)，根据卫星位

置A和地面观测点B以

及星下点D，建立几何位置模型。根据观测点经纬度和星下点经纬度信息算出BD距离，再计算需要侧摆的角度θ，公式为：

$\∠\mathrm{BOD}=\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{BD}}}{R_E}*\frac{180}{\mathrm{\π}}$

$\mathrm{AB}=\sqrt{{R_E}^2+{(h+R_E)}^2-2*R_E*(h+R_E)*\cos \∠\mathrm{BOD}}$

$\mathrm{\θ}=\∠\mathrm{BAO}=\arcsin (\frac{\sin \∠\mathrm{BOD}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{AB}}}*R_E)$

其中θ为需要侧摆角度，

BO＝R_E＝6371Km，AO＝h+R_E＝778+6371＝7149Km；

已知星下点侧摆角度θ计算侧摆距离，由以下公式计算：

$\∠\mathrm{ABO}=\arcsin (\frac{h+R_E}{R_E}*\sin \mathrm{\θ})$

其中，A为卫星位置，D点为星下点成像位置，BD为CCD相机星下点侧摆θ＝∠BAO后的地面距离其中θ，为需要侧摆角度，R_E为地球半径，h为轨道高度。

所述经纬度和PATH、ROW对应关系的计算方法如下：

根据卫星轨道特性、WGS84地球模型，以及传感器CCD相机的幅宽、分景图像上下、左右重叠度等要求，求取经纬度和PATH、ROW对应关系；

PATH1在赤道上的经度为106.4°，PATH n在赤道上的经度λn为：

λn＝106.4°-360°(n-1)/373

任一景中心的经度θn、纬度Φm的计算公式如下：

Φm＝sin-1(sin rm·sin98.5°)

θn＝λn-tan-1(cos 98.5°·sinΦm/cosΦm)+A(100-m)/400

其中，

rm＝360°(100-m)/400，A＝(26×360°)/373，m表示为第m个ROW，n表示为第n个PATH。

所述日期和PATH号对应关系的计算方法如下：

卫星成功发射升空，调至标称轨道后，根据卫星星下点的经纬度和轨道图，归纳一个回归周期内每天经过的PATH，由轨道回归特性，推算出以后每天经过的PATH。

所述圈号和PATH对应关系的计算方法如下：

在星箭分离至第一次通过降交点时为第一圈，圈次依此累加，再将圈号和PATH生成对照表。

所述计算日期和日积数对应关系的方法如下：

(2)由日积数转换为日期

其实现方式为对比计算：

如果日积数小于31天时，则为一月份，日期即为日积数；

当天数大于31天时，如果小于59天，则为2月份，天数为日积数减去31天，计算依次类推，其中还应考虑闰年的2月份为29天；

(2)由日期转换为日积数

当月份小于8月大于1月时，日积数按下式计算：

31*(m-1)-((m-1)/2)-2+d

当月份大于8月时

31*(m-1)-((m-2)/2)-2+d。

所述秒积数和日期的换算方法如下：

卫星计时是以1996年1月1日0时0分0秒为基准的秒积数，在地面处理系统需要转换为日期，可根据天时分秒之间的关系计算。

所述度分秒和度数的换算方法如下：

(1)度数转换为度分秒

度分秒各个单位中的进率都是60，1度＝60分，1分＝60秒，1度＝60分＝60*60＝3600秒，由此转换；

(2)度分秒转换为度数

其计算公式为

degree＝dd+mm/60+ss/3600

其中，dd为度，mm为分，ss为秒。

根据本发明设计的软件主要包括以下功能，软件界面见图1。

●任务安排；

●整星侧摆情况下CCD摆镜侧摆角度计算；

●卫星飞经某地的格林威治时间、北京时和地方时；

●地面站覆盖范围以及卫星运行速率；

●地球表面任意两点间距离；

●侧摆距离和侧摆角度对应关系；

●经纬度和PATH、ROW换算；

●日期和PATH号对应关系；

●圈号和PATH对应关系；

●日期和日积数换算；

●日期加上某一天数后对应的日期计算；

●秒积数和日期的换算；

●度分秒和度数的换算。

本发明技术方案大大提高了工作效率、准确性及可靠程度，还带来如下有益效果

1.针对用户的成像申请，只需要输入相应的经纬度便能计算出卫星飞经此地的日期、侧摆角度和时间等。并且由于CCD和HR相机侧摆方式不一样，在只需要一个相机或两个相机同时对某地区成像时，能够计算出各相机侧摆角度和对应星下点角度。该软件简单、计算快速、准确，方便操作人员使用。

2.可以满足用户的许多需求。例如用户进行重大试验时需要获取卫星过境日期、精确时间(精确到秒级)，侧摆角度等，便于同步观察。

3.地面站每天接收3-4轨数据，将原始数据通过光纤传输到中国资源卫星应用中心录入、生产，操作人员通过查询，便能对照查看到每天接收的圈号和对应的PATH。地面站传输数据文件包含日积数，能方便计算出对应日期，大大提高了操作人员工作效率。

4.用户可以快速查询观测地点过境日期、侧摆角度，每天经过的PATH，更加有效的发挥CBERS-02B卫星各传感器的使用率。

附图说明

图1是软件功能界面。

图2是星下点轨迹。

图3CCD相机观测某点的日期时间以及侧摆角度

图4平台侧摆时CCD摆镜需要侧摆角度

图5卫星飞经某地的时间(UTC、CTT、LOC)

图6两点间距离

图7卫星侧摆距离推算侧摆角度

图8经纬度对应Path/Row

图9卫星任意一天经过的Path

图10圈号和Path对应

图11日期转换为日积数

图12时间转换为秒积数

图13度数转换度分秒

图14卫星、星下点和观测点位置关系图

图15CCD摆镜侧摆位置图

图16地面站接收范围

图17卫星侧摆角度与观测点位置关系图

具体实施方式

以下将给出本发明的实施例，并予以详细描述，以便更好地说明本发明特点和功能，使得本发明更易于理解，而不是用来限定本发明的保护范围。

本发明的具体实施方式如下：

1.任务安排

在正常成像模式下，各载荷均为星下点成像，当用户提出观测申请或其他重要任务时，可以通过侧摆成像，提高对某一区域的访问能力。当CCD相机摆镜侧摆最大角度时，对应地面侧摆距离近500公里，卫星轨迹三天东移一个PATH(见图2)，且相邻轨迹间隔在赤道处为107.4公里，卫星在回归周期内可经过侧摆实现对某一区域的多次成像。由于CCD和HR相机侧摆实现的方式不一样，需要考虑不同载荷成像时的侧摆角度。主要有两种侧摆方式：

(1)CCD相机摆镜侧摆成像

由于CCD相机摆镜侧摆成像时，整星不需要侧摆，HR相机仍为星下点成像，针对用户对CCD相机观测申请，只需要计算摆镜侧摆角度。在软件“任务安排”中输入观测点经纬度信息和起始日期，根据卫星和星下点的几何位置关系，便能计算出多组CCD成像日期以及星下点侧摆角度和对应摆镜角度(见图3)。主要技术方案如下：

a 计算星下点侧摆角度

根据卫星位置A和地面观测点B以及星下点D，建立几何位置模型(见图4)。根据观测点经纬度和星下点经纬度信息算出BD距离，再计算需要侧摆的角度θ(本例以观测点在星下点西侧为例说明)，公式为：

$\∠\mathrm{BOD}=\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{BD}}}{R_E}*\frac{180}{\mathrm{\π}}---\left(1\right)$

$\mathrm{AB}=\sqrt{{R_E}^2+{(h+R_E)}^2-2*R_E*(h+R_E)*\cos \∠\mathrm{BOD}}---\left(2\right)$

$\mathrm{\θ}=\∠\mathrm{BAO}=\arcsin (\frac{\sin \∠\mathrm{BOD}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{AB}}}*R_E)---\left(3\right)$

其中θ，为需要侧摆角度。R_E为地球半径，h为轨道高度。

BO＝R_E＝6371Km，AO＝h+R_E＝778+6371＝7149Km

b 计算CCD传感器摆镜侧摆角度

CCD相机摆镜的相对位置如图5所示。图像输出方向一直为水平输出，当摆镜位置与水平夹角为45°时，为星下点成像。侧摆成像时，若星下点往西侧摆θ，摆镜只需要侧摆θ/2即可实现(见图5)。此外，CCD摆镜星下点成像定义初始度数为16°04′，如果向西侧摆，则摆镜侧摆角度为16°04′-θ/2。

(2)CCD和HR均侧摆成像

由于HR相机幅宽为27公里，而在赤道处相邻轨迹间隔为107.4公里，常规成像时，在每个回归周期内将其设置为固定角度，对地成像。留出一定搭接区，在5个回归周期(130天)后，覆盖全部区域。当HR固定一个角度常规成像时，如果CCD需要侧摆成像观测某地时，使用“HR侧摆情况下CCD摆镜侧摆角度”功能，输入经纬度和日期，结果将显示CCD星下点侧摆角度和摆镜侧摆角度，使得CCD相机对观测区成像(见图4)。实现方案首先是计算出CCD相机对观测区星下点成像时的侧摆角度，由于整星存在侧摆，在此基础上，CCD摆镜角度需要消除整星侧摆对CCD星下点成像的影响。

2 卫星飞经某地的格林威治时间、北京时和地方时

以经过北京的一条轨道作为基准，获取这条轨道时间(格林威治)与经、纬度的关系。格林威治时间加8小时为北京时。由于CBERS卫星采用太阳同步轨道，经过相同纬度地方时相同，而经度正好反映地方时差，根据这一原理获取卫星飞经某地的地方时(操作界面见图5)。

3 地面站覆盖范围以及卫星运行速率

(1)地面站覆盖范围

地面站的接收范围见图6，假设G为地面站，S为卫星位置，ε为观测起始仰角，β为观测站至卫星的地心角，R为斜距，2L为卫星过顶时所能观测到的全部弧段长度，D为地面站作用半径，R_E为测站的地心距。地面站覆盖范围计算公式如下

$R=(R_E+h)\frac{\sin \mathrm{\θ}}{\cos \mathrm{\ϵ}}---\left(5\right)$

$L=\frac{\mathrm{\β}}{360}*2\mathrm{\π}(R_E+h)---\left(6\right)$

$D=\frac{\mathrm{\β}}{360}*2\mathrm{\π}{R}_E---\left(7\right)$

(2)卫星运行速率以及地面相对速率

主要由以下公式实现：

卫星运行速率： $\mathrm{vs}=\sqrt{\mathrm{GM}/(R_E+h)}---\left(8\right)$

在地面卫星运行相对速率：vg＝vs*R_E/(R_E+h)            (9)

4 地球表面任意两点间距离

假设地球表面有两点，其地理位置：Point1(lon1，lat1)，Point2(lon2，lat2)，过这两点的大圆的劣弧定义为两点间距离(Distance)，Distance使用下式计算：

Distance＝Re*

acos(sin(lat1)*sin(lat2)+cos(lat1)*cos(lat2)*cos(lon2-lon1))(10)

其中lon1，lat1为第一点经纬度，lon2，lat2为另一点经纬度，单位均为弧度；Re为地球半径，取6371.0公里；Distance的单位为公里(操作界面见图6)。

5 侧摆距离和侧摆角度相互对应关系

由侧摆距离计算对应的侧摆角度，其实现方式与任务安排中原理一致(操作界面见图7)。

已知星下点侧摆角度θ计算侧摆距离，主要由以下公式计算，几何位置关系见图7。

$\∠\mathrm{ABO}=\mathrm{ari}\sin (\frac{h+R_E}{R_E}*\sin \mathrm{\θ})---\left(11\right)$

其中，A为卫星位置，D点为星下点成像位置，BD为CCD相机星下点侧摆θ＝∠BAO后的地面距离。R_E为地球半径，h为轨道高度。

6 经纬度和PATH、ROW对应关系

根据卫星轨道特性、WGS84地球模型，以及传感器CCD相机的幅宽、分景图像上下、左右重叠度等要求，求取经纬度和PATH、ROW对应关系(操作界面见图8)。

PATH1在赤道上的经度为106.4°，PATH n在赤道上的经度λn为：

λn＝106.4°-360°(n-1)/373(13)

任一景景中心的经度(θn)、纬度(Φm)的计算公式如下：

Φm＝sin-1(sin rm·sin98.5°)                      (14)

θn＝λn-tan-1(cos98.5°·sinΦm/cosΦm)+A(100-m)/400     (15)

其中，rm＝360°(100-m)/400

A＝(26×360°)/373

m表示为第m个ROW，n表示为第n个PATH

7 日期和PATH号对应关系

卫星成功发射升空，调至标称轨道后，根据卫星星下点的经纬度和轨道图，归纳一个回归周期内每天经过的PATH。由轨道回归特性，推算出以后每天经过的PATH(操作界面见图9)。

8 圈号和PATH对应

在星箭分离至第一次通过降交点时为第一圈，圈次依此累加，再将圈号和PATH生成对照表，实现查询功能(操作界面见图10)。

9 日期和日积数对应

(1)由日积数转换为日期

其实现方式为对比计算：

如果日积数小于31天时，则为一月份，日期即为日积数。

当天数大于31天时，如果小于59天，则为2月份，天数为日积数减去31天。计算依次类推，用程序实现。软件考虑闰年，2月份为29天(操作界面见图11)。

(2)由日期转换为日积数

当月份小于8月大于1月时，日积数按下式计算：

31*(m-1)-((m-1)/2)-2+d(16)

当月份大于8月时

31*(m-1)-((m-2)/2)-2+d(17)

其中，m为月，d为日。如果为闰年时，公式(13)(14)均需要加上1。

10 秒积数和日期的换算关系

卫星计时是以1996年1月1日0时0分0秒为基准的秒积数，在地面处理系统需要转换为日期。主要根据天时分秒之间的关系计算(操作界面见图12)。

11 度分秒和度数的换算关系

(1)度数转换为度分秒

度分秒各个单位中的进率都是60，1度＝60分，1分＝60秒，1度＝60分＝60*60＝3600秒，由此转换(操作界面见图13)。

(2)度分秒转换为度数

其计算公式为

degree＝dd+mm/60+ss/3600

其中，dd为度，mm为分，ss为秒。

本软件不基于卫星轨道根数的获取及其他商业软件，输入简单，便于操作，易于维护，集人物安排及其他轨道查询服务于一体，不仅可快速计算卫星各传感器经过观测地点时的日期、时间以及整星和相机侧摆角度，并且涵盖与轨道相关的其他服务，如查询星下点经纬度与PATH/ROW以及PATH和圈号的对应关系，每天经过的PATH等，便于用户更好的进行同步观测，提高数据的高效应用，在发生紧急任务、自然灾害时能够高效安排遥感卫星传感器成像。

本发明的保护范围并不局限于上述内容，熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内的基础上所做的方案的变形、变化或者替换，都应涵盖在本发明保护范围之内。

Claims (12)

1、一种资源卫星成像任务安排与服务的方法，其特征在于执行如下操作：

进行任务安排；

在卫星飞经某地时，计算该地的格林威治时间、北京时和地方时；

计算地面站覆盖范围以及卫星运行速率；

计算地球表面任意两点间距离；

计算侧摆距离和侧摆角度对应关系；

计算经纬度和PATH、ROW对应关系；

计算日期和PATH号对应关系；

计算圈号和PATH号对应关系；

对日期和日积数进行换算；

计算某日期加上某一天数后对应的日期；

对秒积数和日期进行换算；

对度分秒和度数进行换算。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述任务安排的方法如下：

在CCD相机摆镜侧摆成像时，针对用户对CCD相机的观测申请，输入观测点经纬度信息和起始日期，根据卫星和星下点的几何位置关系，计算出多组CCD相机成像日期以及星下点侧摆角度和CCD相机对应摆镜角度，具体方法如下：

当观测点在星下点西侧的情况下，首先计算星下点侧摆角度，根据卫星位置A和地面观测点B以及星下点D，建立几何位置模型；根据观测点经纬度和星下点经纬度信息算出BD距离，再计算需要侧摆的角度θ，公式为：

$\∠\mathrm{BOD}=\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{BD}}}{R_E}*\frac{180}{\mathrm{\π}}$

$\mathrm{AB}=\sqrt{{R_E}^2+{(h+R_E)}^2-2*R_E*(h+R_E)*\cos \∠\mathrm{BOD}}$

$\mathrm{\θ}=\∠\mathrm{BAO}=\arcsin (\frac{\sin \∠\mathrm{BOD}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{AB}}}*R_E)$

其中θ，为需要侧摆角度；R_E为地球半径，h为轨道高度；

BO＝R_E＝6371Km，AO＝h+R_E＝778+6371＝7149Km；

然后计算CCD传感器摆镜侧摆角度，图像输出方向一直为水平输出，当摆镜位置与水平夹角为45°时，为星下点成像；侧摆成像时，若星下点往西侧摆θ，摆镜只需要侧摆θ/2即可实现；此外，CCD摆镜星下点成像定义初始度数为16°04′，如果向西侧摆，则摆镜侧摆角度为16°04′-θ/2；如果向西侧摆，则摆镜侧摆角度为16°04′+θ/2；当观测点在星下点东侧的情况下，也采用上述方法计算星下点侧摆角度和CCD相机对应摆镜角度；

在CCD相机和HR相机均侧摆成像时，根据输入观测点经纬度信息和起始日期计算HR侧摆情况下CCD摆镜侧摆角度，具体方法如下：

首先计算出CCD相机对观测区星下点成像时的侧摆角度，由于整星存在侧摆，所以在此基础上消除整星侧摆对CCD星下点成像的影响即可得到CCD相机侧摆角度。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

在卫星飞经某地时，计算该地的格林威治时间、北京时和地方时，具体方法是以经过北京的一条轨道作为基准，获取这条轨道的格林威治时间与经、纬度的关系，将格林威治时间加8小时即得到对应的北京时；根据经度差对应的地方时差，可获取卫星飞经某地的地方时。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述地面站覆盖范围以及卫星运行速率计算方法如下

首先计算地面站覆盖范围，假设G为地面站，S为卫星位置，ε为观测起始仰角，β为观测站至卫星的地心角，R为斜距，h为卫星距离地面的高度，2L为卫星过顶时所能观测到的全部弧段长度，D为地面站作用半径，R_E为测站的地心距，θ为需要侧摆的角度，地面站覆盖范围计算公式如下

$R=(R_E+h)\frac{\sin \mathrm{\θ}}{\cos \mathrm{\ϵ}}$

$L=\frac{\mathrm{\β}}{360}*2\mathrm{\π}(R_E+h)$

$D=\frac{\mathrm{\β}}{360}*2\mathrm{\π}{R}_E$

然后由以下公式计算卫星运行速率以及地面相对速率：

卫星运行速率： $\mathrm{vs}=\sqrt{\mathrm{GM}/(R_E+h)}$ ，其中GM为地球引力常数在地面卫星运行相对速率：vg＝vs*R_E/(R_E+h)。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述地球表面任意两点间距离的计算方法如下：

假设地球表面有两点，其地理位置分别为Point1(lon1，lat1)，Point2(lon2，lat2)，过这两点的大圆的劣弧定义为两点间距离Distance，Distance使用下式计算：

Distance＝Re*

acos(sin(lat1)*sin(lat2)+cos(lat1)*cos(lat2)*cos(lon2-lon1))

其中lon1，lat1为第一点经纬度，lon2，lat2为另一点经纬度，单位均为弧度，Re为地球半径，取6371.0公里，Di stance的单位为公里。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述侧摆距离和侧摆角度对应关系的计算方法如下：

由侧摆距离计算对应的侧摆角度，通过以下方法计算：

当观测点在星下点西侧的情况下，根据卫星位置A和地面观测

点B以及星下点D，建立几何位置模型；根据观测点经纬度和星

下点经纬度信息算出BD距离，再计算需要侧摆的角度θ，公式为：

$\∠\mathrm{BOD}=\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{BD}}}{R_E}*\frac{180}{\mathrm{\π}}$

$\mathrm{AB}=\sqrt{{R_E}^2+{(h+R_E)}^2-2*R_E*(h+R_E)*\cos \∠\mathrm{BOD}}$

$\mathrm{\θ}=\∠\mathrm{BAO}=\arcsin (\frac{\sin \∠\mathrm{BOD}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{AB}}}*R_E)$

其中θ为需要侧摆角度，

BO＝R_E＝6371Km，AO＝h+R_E＝778+6371＝7149Km；

当观测点在星下点东侧的情况下，也采用上述方法计算星下点侧摆角度和CCD相机对应摆镜角度；

已知星下点侧摆角度θ计算侧摆距离，由以下公式计算：

$\∠\mathrm{ABO}=\arcsin (\frac{h+R_E}{R_E}*\sin \mathrm{\θ})$

其中，A为卫星位置，D点为星下点成像位置，BD为CCD相机星下点侧摆θ＝∠BAO后的地面距离；R_E为地球半径，h为轨道高度。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述经纬度和PATH、ROW对应关系的计算方法如下：

根据卫星轨道特性、WGS84地球模型，以及传感器CCD相机的幅宽、分景图像上下、左右重叠度等要求，求取经纬度和PATH、ROW对应关系；

PATH1在赤道上的经度为106.4°，PATH n在赤道上的经度λn为：

λn＝106.4°-360°(n-1)/373

任一景中心的经度θn、纬度Φm的计算公式如下：

Φm＝sin-1(sin rm·sin98.5°)

θn＝λn-tan-1(cos98.5°·sinΦm/cosΦm)+A(100-m)/400

其中，

rm＝360°(100-m)/400，A＝(26×360°)/373，m表示为第m个ROW，n表示为第n个PATH。

8、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述日期和PATH号对应关系的计算方法如下：

卫星成功发射升空，调至标称轨道后，根据卫星星下点的经纬度和轨道图，归纳一个回归周期内每天经过的PATH，由轨道回归特性，推算出以后每天经过的PATH。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述圈号和PATH对应关系的计算方法如下：

在星箭分离至第一次通过降交点时为第一圈，圈次依此累加，再将圈号和PATH生成对照表。

10、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述计算日期和日积数对应关系的方法如下：

(1)由日积数转换为日期

其实现方式为对比计算：

如果日积数小于31天时，则为一月份，日期即为日积数；

当天数大于31天时，如果小于59天，则为2月份，天数为日积数减去31天，计算依次类推，其中还应考虑闰年的2月份为29天；

(2)由日期转换为日积数

当月份小于8月大于1月时，日积数按下式计算：

31*(m-1)-((m-1)/2)-2+d

当月份大于8月时

31*(m-1)-((m-2)/2)-2+d。

11、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述秒积数和日期的换算方法如下：

卫星计时是以1996年1月1日0时0分0秒为基准的秒积数，在地面处理系统需要转换为日期，可根据天时分秒之间的关系计算。

12、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述度分秒和度数的换算方法如下：

(1)度数转换为度分秒

度分秒各个单位中的进率都是60，1度＝60分，1分＝60秒，1度＝60分＝60*60＝3600秒，由此转换；

(2)度分秒转换为度数

其计算公式为

degree＝dd+mm/60+ss/3600

其中，dd为度，mm为分，ss为秒。

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