CN106885556B - 一种扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定方法及装置，应用于对地观测技术领域，该方法包括：根据卫星前仰角度值，计算出前仰位置点的经纬度，以及与星下点之间弧段的地心覆盖角；根据前仰位置点与星下点之间弧段的地心覆盖角，确定出第一前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，以及第二前仰覆盖边界点与前仰位置点的弧段的地心覆盖角；进而在球面俯仰观测计算模型确定出第一、第二前仰覆盖边界点的经纬度、再基于第一、第二前仰覆盖边界点的经纬度确定出卫星地俯仰观测的覆盖带。从而本发明解决了现有扫描式卫星对地俯仰观测覆盖的计算准确性较低的技术问题，使得对地俯仰观测覆盖带的计算结果更准确。

Description

一种扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定方法及装置

技术领域

本发明属于对地观测技术领域，特别涉及一种扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定方法及装置。

背景技术

卫星遥感传感器具有覆盖区域广、持续时间长、测量精度高且安全可靠等特点，已经成为勘探和研究地球资源的重要手段，广泛应用于大地测绘、自然灾害监测、植被分类与农作物生长态势评估。随着科学技术的发展，各行各业对卫星遥感传感器的要求越来越高，卫星传感器对地观测能力是评价卫星的一个重要指标，

其中，俯仰观测用途非常广泛，对于卫星传感器正下方有较厚的云层覆盖时，此时对地直接对地观测的影像在解译时比较困难，当该卫星具有俯仰对地观测能力时，可以在卫星运行到需要观测区域前或者后某一区域避开云层进行观测可以得到更为清晰的遥感影像。

目前国内外对观测区域的选择是根据卫星的轨道来粗略地选择可用的卫星，这样选择的卫星不能更好地对观测区域进行覆盖，同时，由于每颗卫星在某一时刻无论是对地直接还是俯仰观测，都只能对观测区域的某一部分进行观测，目前国内外针对不同卫星传感器的不同观测视场提供了直接观测算法，对卫星传感器的俯仰对地观测则计算采用近似解法，应用于扫描式卫星对地俯仰观测覆盖的计算存在计算准确性较低。

发明内容

本发明实施例通过提供一种扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定方法及装置，解决了现有扫描式卫星对地俯仰观测覆盖的计算准确性较低的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定方法，包括：

针对所述卫星建立球面俯仰观测计算模型，其中，在所述球面计算模型的球面上表示有北极点、所述卫星进行前仰观测的扫描线、所述卫星的星下点，所述星下点经过前仰之后的前仰位置点，所述扫描线包括第一前仰覆盖边界点和第二前仰覆盖边界点；

根据从所述卫星的前仰角度范围中获取的前仰角度值，分别计算出所述前仰位置点的经纬度，以及所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角；

根据所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角，分别确定出所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，以及所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点的弧段的地心覆盖角；

通过所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的经纬度，在所述球面俯仰观测计算模型中的球面三角形HLE，用余弦定理确定出所述第一前仰覆盖边界点的经纬度，通过所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的经纬度，在所述球面俯仰观测计算模型中的球面三角形HLF，用余弦定理确定出所述第二前仰覆盖边界点的经纬度，其中，H为所述北极点、L为所述前仰位置点，E为所述第一前仰覆盖边界点，F为所述第二前仰覆盖边界点；

基于所述第一前仰覆盖边界点的经纬度和所述第二前仰覆盖边界点的经纬度，确定出所述卫星地俯仰观测的覆盖带。

可选的，所述根据从所述卫星的前仰角度范围中获取的前仰角度值，分别计算出所述前仰位置点的经纬度，以及所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角，包括：

从所述卫星的前仰角度范围中获取所述前仰角度值；

将所述前仰角度值，在如下公式中计算出所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角：

其中，R为地球半径，h为卫星距地面高度，ε为所述前仰角度值，β_L表示所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角；

将所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角在所述球面俯仰观测计算模型的球面三角形HGL中，对所述前仰位置点与所述北极点之间弧段用球面三角形的余弦定理计算得到所述前仰位置点的纬度，G为所述星下点；

将所述前仰位置点的纬度在所述球面俯仰观测计算模型的球面三角形HGL中，对所述弧段用球面三角形的余弦定理计算得到所述前仰位置点的经度。

可选的，所述通过所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的经纬度，在所述球面俯仰观测计算模型中的球面三角形HLE，用余弦定理确定出所述第一前仰覆盖边界点的经纬度，包括：

将所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的纬度，通过如下公式计算得到第一前仰覆盖边界点的赤纬：

其中，为所述前仰位置点的纬度，i为轨道倾角，β_E为所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，δ_E为所述第一前仰覆盖边界点的赤纬；

将所述第一前仰覆盖边界点的赤纬确定为所述第一前仰覆盖边界点的纬度；

将所述第一前仰覆盖边界点的纬度，通过第一经度计算公式计算得到所述第一前仰覆盖边界点的经度：

其中，λ_L为所述前仰位置点的经度，为所述前仰位置点的纬度，为所述第一前仰覆盖边界点的纬度。

可选的，所述通过所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的经纬度，在所述球面俯仰观测计算模型中的球面三角形HLF，用余弦定理确定出所述第二前仰覆盖边界点的经纬度，包括：

将所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的纬度，通过如下公式计算得到所述第二前仰覆盖边界点的赤纬：

其中，为所述前仰位置点的纬度，i为轨道倾角，β_F为所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，δ_F为所述第二前仰覆盖边界点的赤纬，所述第二前仰覆盖边界点的赤纬等于所述第二前仰覆盖边界点的纬度；

将所述第二前仰覆盖边界点的赤纬确定为所述第二前仰覆盖边界点的赤纬；

将所述第二前仰覆盖边界点的纬度，通过第二经度计算公式计算得到所述第二前仰覆盖边界点的经度：

其中，λ_L为所述前仰位置点的经度，为所述前仰位置点的纬度，为所述第二前仰覆盖边界点的纬度,β_F为第二前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角。

可选的，所述将所述第一前仰覆盖边界点的纬度，通过第一经度计算公式计算得到所述第一前仰覆盖边界点的经度，包括：

确定所述第一前仰覆盖边界点相对于所述前仰位置点的空间位置关系；

确定所述卫星的轨道倾角和飞行方向；

根据所述第一前仰覆盖边界点相对于所述前仰位置点的空间位置关系、所述卫星的轨道倾角和飞行方向，共同确定所述第一经度计算公式中的可变运算符号，以计算出所述第一前仰覆盖边界点的经度。

可选的，所述将所述第二前仰覆盖边界点的纬度，通过第二经度计算公式计算得到所述第二前仰覆盖边界点的经度，包括：

确定所述第二前仰覆盖边界点相对于所述前仰位置点的空间位置关系；

确定所述卫星的轨道倾角和飞行方向；

根据所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点的空间位置关系、所述卫星的轨道倾角和飞行方向，共同确定所述第二经度计算公式中的可变运算符号，以计算出所述第二前仰覆盖边界点的经度。

第二方面，本发明实施例提供了一种扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定装置，包括：

模型建立单元，用于针对所述卫星建立球面俯仰观测计算模型，其中，在所述球面计算模型的球面上表示有北极点、所述卫星进行前仰观测的扫描线、所述卫星的星下点，所述星下点经过前仰之后的前仰位置点，所述扫描线包括第一前仰覆盖边界点和第二前仰覆盖边界点；

第一地心覆盖角计算单元，用于根据从所述卫星的前仰角度范围中获取的前仰角度值，分别计算出所述前仰位置点的经纬度，以及所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角；

第二地心覆盖角计算单元，用于根据所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角，分别确定出所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，以及所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点的弧段的地心覆盖角；

经纬度确定单元，用于通过所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的经纬度，在所述球面俯仰观测计算模型中的球面三角形HLE，用余弦定理确定出所述第一前仰覆盖边界点的经纬度，通过所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的经纬度，在所述球面俯仰观测计算模型中的球面三角形HLF，用余弦定理确定出所述第二前仰覆盖边界点的经纬度，其中，H为所述北极点、L为所述前仰位置点，E为所述第一前仰覆盖边界点，F为所述第二前仰覆盖边界点；

覆盖带确定单元，用于基于所述第一前仰覆盖边界点的经纬度和所述第二前仰覆盖边界点的经纬度，确定出所述卫星地俯仰观测的覆盖带。

可选的，所述第一地心覆盖角计算单元，具体用于：

从所述卫星的前仰角度范围中获取所述前仰角度值；

将所述前仰角度值，在如下公式中计算出所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角：

其中，R为地球半径，h为卫星距地面高度，ε为所述前仰角度值，β_L表示所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角；

将所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角在所述球面俯仰观测计算模型的球面三角形HGL中，对所述前仰位置点与所述北极点之间弧段用球面三角形的余弦定理计算得到所述前仰位置点的纬度，G为所述星下点；

将所述前仰位置点的纬度在所述球面俯仰观测计算模型的球面三角形HGL中，对所述弧段用球面三角形的余弦定理计算得到所述前仰位置点的经度。

可选的，所述经纬度确定单元，包括：

第一赤纬计算子单元，用于将所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的纬度，通过如下公式计算得到第一前仰覆盖边界点的赤纬：

其中，为所述前仰位置点的纬度，i为轨道倾角，β_E为所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，δ_E为所述第一前仰覆盖边界点的赤纬；

第一纬度确定子单元，用于将所述第一前仰覆盖边界点的赤纬确定为所述第一前仰覆盖边界点的纬度；

第一经度计算子单元，用于将所述第一前仰覆盖边界点的纬度，通过第一经度计算公式计算得到所述第一前仰覆盖边界点的经度：

其中，λ_L为所述前仰位置点的经度，为所述前仰位置点的纬度，为所述第一前仰覆盖边界点的纬度。

可选的，所述第二地心覆盖角计算单元，具体用于：

将所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的纬度，通过如下公式计算得到所述第二前仰覆盖边界点的赤纬：

其中，为所述前仰位置点的纬度，i为轨道倾角，β_F为所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，δ_F为所述第二前仰覆盖边界点的赤纬，所述第二前仰覆盖边界点的赤纬等于所述第二前仰覆盖边界点的纬度；

将所述第二前仰覆盖边界点的赤纬确定为所述第二前仰覆盖边界点的赤纬；

将所述第二前仰覆盖边界点的纬度，通过第二经度计算公式计算得到所述第二前仰覆盖边界点的经度：

其中，λ_L为所述前仰位置点的经度，为所述前仰位置点的纬度，为所述第二前仰覆盖边界点的纬度,β_F为第二前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角。

可选的，所述第一经度计算子单元，具体用于：

确定所述第一前仰覆盖边界点相对于所述前仰位置点的空间位置关系；

确定所述卫星的轨道倾角和飞行方向；

根据所述第一前仰覆盖边界点相对于所述前仰位置点的空间位置关系、所述卫星的轨道倾角和飞行方向，共同确定所述第一经度计算公式中的可变运算符号，以计算出所述第一前仰覆盖边界点的经度。

可选的，所述第二经度计算子单元，具体用于：

确定所述第二前仰覆盖边界点相对于所述前仰位置点的空间位置关系；

确定所述卫星的轨道倾角和飞行方向；

根据所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点的空间位置关系、所述卫星的轨道倾角和飞行方向，共同确定所述第二经度计算公式中的可变运算符号，以计算出所述第二前仰覆盖边界点的经度。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于根据前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角，分别确定出第一前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，以及第二前仰覆盖边界点与前仰位置点的弧段的地心覆盖角；通过第一前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和前仰位置点的经纬度，在球面俯仰观测计算模型中用余弦定理确定出第一前仰覆盖边界点的经纬度，通过第二前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和前仰位置点的经纬度，在球面俯仰观测计算模型中用余弦定理确定出第二前仰覆盖边界点的经纬度，基于第一前仰覆盖边界点的经纬度和第二前仰覆盖边界点的经纬度，确定出卫星地俯仰观测的覆盖带，从而任一时刻的卫星对地俯仰观测的覆盖边界点的经纬度来计算得到的某一时间段卫星对地俯仰观测的覆盖带，且由于球面计算模型使前仰后的观测覆盖区更接近真实的地球表面，因此从两方面使得对地俯仰观测覆盖带的计算结果更准确，进而有利于选择地对观测区域进行更好覆盖的卫星进行调度观测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的球面计算模型的示意图；

图2为本发明实施例提供的扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定方法的流程图；

图3为本发明实施例中第一前仰覆盖边界点、第二前仰覆盖边界点的空间位置示意图；

图4为本发明实施例中计算线段SL的示意图；

图5为本发明实施例提供的扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定装置的模块图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定方法，本文在后对扫描式卫星简称为卫星，参考图1所示，该方法包括如下步骤：

首先，执行S101、针对卫星建立球面俯仰观测计算模型，其中，在球面计算模型的球面上表示有北极点、所述卫星进行前仰观测的扫描线、卫星的星下点，星下点经过前仰之后的前仰位置点，扫描线包括第一前仰覆盖边界点和第二前仰覆盖边界点。

具体的，参考图2所示，针对扫描式卫星建立的球面俯仰观测计算模型中，弧段为卫星进行前仰观测的扫描线，G点为卫星的星下点，a为卫星在t时刻的方位角，i为卫星的运行轨道的轨道倾角，δ为星下点的赤纬，需要说明的是，星下点的赤纬δ与星下点的纬度相等，H点为北极点，N点为卫星升交点，E点为第一前仰覆盖边界点，F点为第二前仰覆盖边界点，而弧段为卫星对地直接观测覆盖某一时刻t的扫描线。

接着，执行S102、根据从卫星的前仰角度范围中获取的前仰角度值，分别计算出前仰位置点的经纬度，以及前仰位置点与星下点之间弧段的地心覆盖角。

在一实施例中，S102包括如下具体实施步骤S1021～S1024，以计算出出前仰位置点的经纬度，以及前仰位置点与星下点之间弧段的地心覆盖角：

首先，执行步骤S1021：从卫星的前仰角度范围中获取前仰角度值。具体的，卫星的前仰角度范围为扫描式卫星的固有参数信息，从卫星中的固有参数信息中查询到该卫星的前仰角度范围。具体的，查询到的前仰角度范围确定卫星的前仰角度值为卫星当前的前仰角度值，需要说明的是，前仰角度值≤前仰角度范围的最大前仰角度。比如，如果卫星的俯仰角度范围为不超过30度，则如图3所示，卫星的前仰角度值可以取值为前仰10度。但是，卫星的前仰角度值在不同时刻具有不同值，本文仅仅以前仰10度进行举例说明，但是不用于限制本发明。

接着，执行步骤S1022：根据获取的卫星的前仰角度值，计算前仰位置点与星下点之间形成的弧段的地心覆盖角β_L，其中，L表示前仰位置点。

具体的，在步骤S1022中，将前仰角度值，在如下公式计算出前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角：

其中，R为地球半径，h为卫星距地面高度，ε为前仰角度值。卫星距地面高度可以直接获取的固定参数，本文不进行赘述，G点为卫星的星下点。

需要说明的是，计算前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角的公式具体为参考图3所示的ΔSLO中，利用正弦定理得到的等式进行变换得到：

其中，O点为地球中心，线段OG的长度等于地球半径R，线段SG的长度等于卫星距地面高度h，线段OL的长度且等于地球半径R。

步骤S1023、前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角在球面俯仰观测计算模型的球面三角形HGL中，对前仰位置点与北极点之间弧段利用球面三角形的余弦定理计算得到前仰位置点的纬度。

在具体实施过程中，通过如下公式计算得到前仰位置点的赤纬：

sinδ_L＝sinδ·(cosβ_L+sinβ_L·cotu)

其中，δ为星下点的赤纬，i为卫星的轨道倾角，β_L为弧段的地心覆盖角β_L，i为卫星的轨道倾角，δ_L为前仰位置点的赤纬，前仰位置点的赤纬等于前仰位置点的赤纬，因此能够通过计算前仰位置点的赤纬以得到前仰位置点的纬度。

再接着，执行步骤S1024、将前仰位置点的纬度在球面俯仰观测计算模型的球面三角形HGL中，对所述弧段用球面三角形的余弦定理计算得到前仰位置点的经度。

具体的，步骤S1024中，通过将前仰位置点的纬度代入如下公式计算得到前仰位置点的经度：

其中，λ_L为前仰位置点的经度，λ_G为星下点的经度，为星下点的纬度，为前仰位置点的经度。需要说明的是，计算前仰位置点的经度的公式中的运算符号根据前仰位置点相对卫星的星下点的空间位置关系确定。具体的，可以参考下表1中确定前仰位置点相对卫星的星下点的空间位置关系。

表1.针对前仰位置点的运算符号取值分析表

比如，参考表1所示，轨道倾角i为95、卫星沿坐标轴Z的飞行方向为大于0，前仰位置点在星下点的左边，计算前仰位置点的经度的公式中的可变运算符号为“-”。

在执行S102之后，接着执行S103：根据前仰位置点与星下点之间弧段的地心覆盖角，分别确定出第一前仰覆盖边界点与前仰位置点的弧段的地心覆盖角，以及第二前仰覆盖边界点与前仰位置点的弧段的地心覆盖角。

在一实施例中，S103中，确定出第二前仰覆盖边界点与前仰位置点的弧段的地心覆盖角具体包括如下步骤实现：

首先，执行步骤S1031、将前仰位置点的地心覆盖角，通过在△SLO中利用三角形的正弦定理计算得到线段SL的长度。

具体来讲，参考图3所示，通过如下公式计算得到线段SL的长度：

β_L为第一前仰覆盖边界点与前仰位置点的弧段的地心覆盖角，R为地球半径，ε为卫星的前仰角度值。需要说明的是，线段OL的长度为地球半径R，因此直接获取地球半径R作为计算所需的线段OL的长度。

接着执行步骤S1032：基于线段SL的长度，计算得到第一前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角、第二前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角。

具体来讲，参考图4所示，通过线段SL得到线段LN的长度，进而通过如下公式计算得到第二前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角：

其中，β_F为第二前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，为前仰位置点与第二前仰覆盖边界点之间的弧段。

在具体实施过程中，本领域技术人员可以基于计算地心覆盖角β_F的实施方式，知晓如何计算第一前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，为了说明书的简洁，本文不再赘述。

接着，执行步骤S104：通过第一前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和前仰位置点的经纬度，在球面俯仰观测计算模型中的球面三角形HLE，用余弦定理确定出第一前仰覆盖边界点的经纬度，通过第二前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和前仰位置点的经纬度，在球面俯仰观测计算模型中的球面三角形HLF，用余弦定理确定出第二前仰覆盖边界点的经纬度，其中，H为北极点、L为前仰位置点，E为第一前仰覆盖边界点，F为第二前仰覆盖边界点。

在一具体实施例中，第一前仰覆盖边界点的经纬度具体通过如下步骤S1041～S1043确定出：

首先，执行步骤S1041、将第一前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和前仰位置点的经度，通过如下公式计算得到第一前仰覆盖边界点的赤纬：

其中，为前仰位置点的纬度，i为轨道倾角，β_E为第一前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，δ_E为第一前仰覆盖边界点的赤纬。

执行步骤S1042、将第一前仰覆盖边界点的赤纬确定为第一前仰覆盖边界点的纬度： 为第一前仰覆盖边界点的纬度。

执行步骤S1043、将第一前仰覆盖边界点的纬度，通过第一经度计算公式计算得到所述第一前仰覆盖边界点的经度：

其中，λ_L为所述前仰位置点的经度，为前仰位置点的纬度，为第一前仰覆盖边界点的纬度，β_E为第一前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角。

具体的，第一经度计算公式根据如下实施方式获取：确定第一前仰覆盖边界点相对于前仰位置点的空间位置关系，以及卫星的轨道倾角和飞行方向；根据第一前仰覆盖边界点相对于前仰位置点的空间位置关，以及卫星的轨道倾角和飞行方向，共同确定出第一经度计算公式中的可变运算符号，形成确定了运算符号后的计算公式为或者中的一个，以计算出第一前仰覆盖边界点的经度。

在一具体实施例中，第二前仰覆盖边界点的经纬度具体通过如下步骤S1041＇～S1043＇确定出：

执行S1041＇：将第二前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和前仰位置点的经度，根据如下公式计算出第二前仰覆盖边界点的纬度：

其中，为前仰位置点的纬度，i为卫星的轨道倾角，β_F为第二前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，δ_F为第二前仰覆盖边界点的赤纬。需要说明的是，卫星的轨道倾角针对一个卫星而言是可以直接获取，本文不再赘述。

接着，执行步骤S1042＇：将第二前仰覆盖边界点的赤纬确定为第二前仰覆盖边界点的纬度： 为第二前仰覆盖边界点的纬度。

再接着，执行步骤S1043＇：将第二前仰覆盖边界点的纬度，通过第二经度计算公式计算得到第二前仰覆盖边界点的经度：

其中，λ_L为前仰位置点的经度，为前仰位置点的纬度，为第二前仰覆盖边界点的纬度，β_F为第二前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角。

具体的，第一经度计算公式根据如下实施方式获取：确定第二前仰覆盖边界点相对于前仰位置点的空间位置关系、以及卫星的轨道倾角和飞行方向；根据第二前仰覆盖边界点相对于前仰位置点的空间位置关系，以及卫星的轨道倾角和飞行方向，共同确定出第二经度计算公式中的可变运算符号，形成确定了运算符号后的计算公式为或者中的一个，以计算出第二前仰覆盖边界点的经度。

参考表2所示的运算符号取值分析表，其中列出了不同的轨道倾角i、不同卫星沿Z的飞行方向、以及E、F相对L处于不同空间位置关系，用于计算第一、第二前仰覆盖边界点的经度的公式中的可变运算符号的取值为“+”还是“-”。

表2、运算符号取值分析表

参考表2所示，举例来讲，轨道倾角i取值为54度，且卫星沿Z的飞行方向V大于0，第一前仰覆盖边界点E在前仰位置点L的左边，第二前仰覆盖边界点发前仰位置点L的右边，则确定：用于计算第一前仰覆盖边界点的经度的公式中的运算符号为“+”，用于计算第二前仰覆盖边界点的经度的公式中的运算符号为“-”，此时，第一前仰覆盖边界点的经度、第二前仰覆盖边界点的经度根据如下确定符号后的公式计算得到：

在S104之后，接着执行步骤S105、基于第一前仰覆盖边界点的经纬度与第二前仰覆盖边界点的经纬度，确定卫星地俯仰观测的覆盖带。

具体的，第一前仰覆盖边界点的经度、纬度与第二前仰覆盖边界点的经度、纬度之间的区域(第一前仰覆盖边界点的经度、纬度与第二前仰覆盖边界点的经度、纬度)则为卫星对地俯仰观测覆盖带。

基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定装置，参考图5所示，包括如下功能模块：

模型建立单元201，用于针对所述卫星建立球面俯仰观测计算模型，其中，在所述球面计算模型的球面上表示有北极点、所述卫星进行前仰观测的扫描线、所述卫星的星下点，所述星下点经过前仰之后的前仰位置点，所述扫描线包括第一前仰覆盖边界点和第二前仰覆盖边界点；

第一地心覆盖角计算单元202，用于根据从所述卫星的前仰角度范围中获取的前仰角度值，分别计算出所述前仰位置点的经纬度，以及所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角；

第二地心覆盖角计算单元203，用于根据所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角，分别确定出所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，以及所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点的弧段的地心覆盖角；

经纬度确定单元204，用于通过所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的经纬度，在所述球面俯仰观测计算模型中的球面三角形HLE，用余弦定理确定出所述第一前仰覆盖边界点的经纬度，通过所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的经纬度，在所述球面俯仰观测计算模型中的球面三角形HLF，用余弦定理确定出所述第二前仰覆盖边界点的经纬度，其中，H为所述北极点、L为所述前仰位置点，E为所述第一前仰覆盖边界点，F为所述第二前仰覆盖边界点；

覆盖带确定单元205，用于基于所述第一前仰覆盖边界点的经纬度和所述第二前仰覆盖边界点的经纬度，确定出所述卫星地俯仰观测的覆盖带。

可选的，所述第一地心覆盖角计算单元202，具体用于：

从所述卫星的前仰角度范围中获取所述前仰角度值；

将所述前仰角度值，在如下公式中计算出所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角：

其中，R为地球半径，h为卫星距地面高度，ε为所述前仰角度值，β_L表示所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角；

将所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角在所述球面俯仰观测计算模型的球面三角形HGL中，对所述前仰位置点与所述北极点之间弧段用球面三角形的余弦定理计算得到所述前仰位置点的纬度，G为所述星下点；

将所述前仰位置点的纬度在所述球面俯仰观测计算模型的球面三角形HGL中，对所述弧段用球面三角形的余弦定理计算得到所述前仰位置点的经度。

可选的，所述经纬度确定单元204，包括：

第一赤纬计算子单元，用于将所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的纬度，通过如下公式计算得到第一前仰覆盖边界点的赤纬：

其中，为所述前仰位置点的纬度，i为轨道倾角，β_E为所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，δ_E为所述第一前仰覆盖边界点的赤纬；

第一纬度确定子单元，用于将所述第一前仰覆盖边界点的赤纬确定为所述第一前仰覆盖边界点的纬度；

第一经度计算子单元，用于将所述第一前仰覆盖边界点的纬度，通过第一经度计算公式计算得到所述第一前仰覆盖边界点的经度：

其中，λ_L为所述前仰位置点的经度，为所述前仰位置点的纬度，为所述第一前仰覆盖边界点的纬度。

可选的，所述第二地心覆盖角计算单元204，具体用于：

将所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的纬度，通过如下公式计算得到所述第二前仰覆盖边界点的赤纬：

其中，为所述前仰位置点的纬度，i为轨道倾角，β_F为所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，δ_F为所述第二前仰覆盖边界点的赤纬，所述第二前仰覆盖边界点的赤纬等于所述第二前仰覆盖边界点的纬度；

将所述第二前仰覆盖边界点的赤纬确定为所述第二前仰覆盖边界点的赤纬；

将所述第二前仰覆盖边界点的纬度，通过第二经度计算公式计算得到所述第二前仰覆盖边界点的经度：

其中，λ_L为所述前仰位置点的经度，为所述前仰位置点的纬度，为所述第二前仰覆盖边界点的纬度,β_F为第二前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角。

可选的，所述第一经度计算子单元，具体用于：

确定所述第一前仰覆盖边界点相对于所述前仰位置点的空间位置关系；

确定所述卫星的轨道倾角和飞行方向；

根据所述第一前仰覆盖边界点相对于所述前仰位置点的空间位置关系、所述卫星的轨道倾角和飞行方向，共同确定所述第一经度计算公式中的可变运算符号，以计算出所述第一前仰覆盖边界点的经度。

可选的，所述第二经度计算子单元，具体用于：

确定所述第二前仰覆盖边界点相对于所述前仰位置点的空间位置关系；

确定所述卫星的轨道倾角和飞行方向；

根据所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点的空间位置关系、所述卫星的轨道倾角和飞行方向，共同确定所述第二经度计算公式中的可变运算符号，以计算出所述第二前仰覆盖边界点的经度。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于根据前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角，分别确定出第一前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，以及第二前仰覆盖边界点与前仰位置点的弧段的地心覆盖角；通过第一前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和前仰位置点的经纬度，在球面俯仰观测计算模型中用余弦定理确定出第一前仰覆盖边界点的经纬度，通过第二前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和前仰位置点的经纬度，在球面俯仰观测计算模型中用余弦定理确定出第二前仰覆盖边界点的经纬度，基于第一前仰覆盖边界点的经纬度和第二前仰覆盖边界点的经纬度，确定出卫星地俯仰观测的覆盖带，从而任一时刻的卫星对地俯仰观测的覆盖边界点的经纬度来计算得到的某一时间段卫星对地俯仰观测的覆盖带，且由于球面计算模型使前仰后的观测覆盖区更接近真实的地球表面，因此从两方面使得对地俯仰观测覆盖带的计算结果更准确，进而有利于选择地对观测区域进行更好覆盖的卫星进行调度观测。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定方法，其特征在于，包括：

针对所述卫星建立球面俯仰观测计算模型，其中，在所述球面计算模型的球面上表示有北极点、所述卫星进行前仰观测的扫描线、所述卫星的星下点，所述星下点经过前仰之后的前仰位置点，所述扫描线包括第一前仰覆盖边界点和第二前仰覆盖边界点；

根据从所述卫星的前仰角度范围中获取的前仰角度值，分别计算出所述前仰位置点的经纬度，以及所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角；

根据所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角，分别确定出所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，以及所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点的弧段的地心覆盖角；

通过所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的经纬度，在所述球面俯仰观测计算模型中的球面三角形HLE，用余弦定理确定出所述第一前仰覆盖边界点的经纬度，通过所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的经纬度，在所述球面俯仰观测计算模型中的球面三角形HLF，用余弦定理确定出所述第二前仰覆盖边界点的经纬度，其中，H为所述北极点、L为所述前仰位置点，E为所述第一前仰覆盖边界点，F为所述第二前仰覆盖边界点；

基于所述第一前仰覆盖边界点的经纬度和所述第二前仰覆盖边界点的经纬度，确定出所述卫星地俯仰观测的覆盖带。

2.如权利要求1所述的扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定方法，其特征在于，所述根据从所述卫星的前仰角度范围中获取的前仰角度值，分别计算出所述前仰位置点的经纬度，以及所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角，包括：

从所述卫星的前仰角度范围中获取所述前仰角度值；

将所述前仰角度值，在如下公式中计算出所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角：

<mrow> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mi>L</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>c</mi> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mi>R</mi> <mo>+</mo> <mi>h</mi> <mo>)</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;epsiv;</mi> </mrow> <mi>R</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>&amp;epsiv;</mi> </mrow>

其中，R为地球半径，h为卫星距地面高度，ε为所述前仰角度值，β_L表示所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角；

将所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角在所述球面俯仰观测计算模型的球面三角形HGL中，对所述前仰位置点与所述北极点之间弧段用球面三角形的余弦定理计算得到所述前仰位置点的纬度，G为所述星下点；

将所述前仰位置点的纬度在所述球面俯仰观测计算模型的球面三角形HGL中，对所述弧段用球面三角形的余弦定理计算得到所述前仰位置点的经度。

3.如权利要求1或2所述的扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定方法，其特征在于，所述通过所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的经纬度，在所述球面俯仰观测计算模型中的球面三角形HLE，用余弦定理确定出所述第一前仰覆盖边界点的经纬度，包括：

将所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的纬度，通过如下公式计算得到第一前仰覆盖边界点的赤纬：

其中，为所述前仰位置点的纬度，i为轨道倾角，β_E为所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，δ_E为所述第一前仰覆盖边界点的赤纬；

将所述第一前仰覆盖边界点的赤纬确定为所述第一前仰覆盖边界点的纬度；

将所述第一前仰覆盖边界点的纬度，通过第一经度计算公式计算得到所述第一前仰覆盖边界点的经度：

其中，λ_L为所述前仰位置点的经度，为所述前仰位置点的纬度，为所述第一前仰覆盖边界点的纬度。

4.如权利要求1所述的扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定方法，其特征在于，所述通过所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的经纬度，在所述球面俯仰观测计算模型中的球面三角形HLF，用余弦定理确定出所述第二前仰覆盖边界点的经纬度，包括：

将所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的纬度，通过如下公式计算得到所述第二前仰覆盖边界点的赤纬：

其中，为所述前仰位置点的纬度，i为轨道倾角，β_F为所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，δ_F为所述第二前仰覆盖边界点的赤纬，所述第二前仰覆盖边界点的赤纬等于所述第二前仰覆盖边界点的纬度；

将所述第二前仰覆盖边界点的赤纬确定为所述第二前仰覆盖边界点的赤纬；

将所述第二前仰覆盖边界点的纬度，通过第二经度计算公式计算得到所述第二前仰覆盖边界点的经度：

其中，λ_L为所述前仰位置点的经度，为所述前仰位置点的纬度，为所述第二前仰覆盖边界点的纬度,β_F为第二前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角。

5.如权利要求3所述的扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定方法，其特征在于，所述将所述第一前仰覆盖边界点的纬度，通过第一经度计算公式计算得到所述第一前仰覆盖边界点的经度，包括：

确定所述第一前仰覆盖边界点相对于所述前仰位置点的空间位置关系；

确定所述卫星的轨道倾角和飞行方向；

根据所述第一前仰覆盖边界点相对于所述前仰位置点的空间位置关系、所述卫星的轨道倾角和飞行方向，共同确定所述第一经度计算公式中的可变运算符号，以计算出所述第一前仰覆盖边界点的经度。

6.如权利要求4所述的扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定方法，其特征在于，所述将所述第二前仰覆盖边界点的纬度，通过第二经度计算公式计算得到所述第二前仰覆盖边界点的经度，包括：

确定所述第二前仰覆盖边界点相对于所述前仰位置点的空间位置关系；

确定所述卫星的轨道倾角和飞行方向；

根据所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点的空间位置关系、所述卫星的轨道倾角和飞行方向，共同确定所述第二经度计算公式中的可变运算符号，以计算出所述第二前仰覆盖边界点的经度。

7.一种扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定装置，其特征在于，包括：

模型建立单元，用于针对所述卫星建立球面俯仰观测计算模型，其中，在所述球面计算模型的球面上表示有北极点、所述卫星进行前仰观测的扫描线、所述卫星的星下点，所述星下点经过前仰之后的前仰位置点，所述扫描线包括第一前仰覆盖边界点和第二前仰覆盖边界点；

第一地心覆盖角计算单元，用于根据从所述卫星的前仰角度范围中获取的前仰角度值，分别计算出所述前仰位置点的经纬度，以及所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角；

第二地心覆盖角计算单元，用于根据所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角，分别确定出所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，以及所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点的弧段的地心覆盖角；

经纬度确定单元，用于通过所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的经纬度，在所述球面俯仰观测计算模型中的球面三角形HLE，用余弦定理确定出所述第一前仰覆盖边界点的经纬度，通过所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的经纬度，在所述球面俯仰观测计算模型中的球面三角形HLF，用余弦定理确定出所述第二前仰覆盖边界点的经纬度，其中，H为所述北极点、L为所述前仰位置点，E为所述第一前仰覆盖边界点，F为所述第二前仰覆盖边界点；

覆盖带确定单元，用于基于所述第一前仰覆盖边界点的经纬度和所述第二前仰覆盖边界点的经纬度，确定出所述卫星地俯仰观测的覆盖带。

8.如权利要求7所述的扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定装置，其特征在于，所述第一地心覆盖角计算单元，具体用于：

从所述卫星的前仰角度范围中获取所述前仰角度值；

将所述前仰角度值，在如下公式中计算出所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角：

<mrow> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mi>L</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>c</mi> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mi>R</mi> <mo>+</mo> <mi>h</mi> <mo>)</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;epsiv;</mi> </mrow> <mi>R</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>&amp;epsiv;</mi> </mrow>

其中，R为地球半径，h为卫星距地面高度，ε为所述前仰角度值，β_L表示所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角；

将所述前仰位置点与所述星下点之间弧段的地心覆盖角在所述球面俯仰观测计算模型的球面三角形HGL中，对所述前仰位置点与所述北极点之间弧段用球面三角形的余弦定理计算得到所述前仰位置点的纬度，G为所述星下点；

将所述前仰位置点的纬度在所述球面俯仰观测计算模型的球面三角形HGL中，对所述弧段用球面三角形的余弦定理计算得到所述前仰位置点的经度。

9.如权利要求7或8所述的扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定装置，其特征在于，所述经纬度确定单元，包括：

第一赤纬计算子单元，用于将所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的纬度，通过如下公式计算得到第一前仰覆盖边界点的赤纬：

其中，为所述前仰位置点的纬度，i为轨道倾角，β_E为所述第一前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，δ_E为所述第一前仰覆盖边界点的赤纬；

第一纬度确定子单元，用于将所述第一前仰覆盖边界点的赤纬确定为所述第一前仰覆盖边界点的纬度；

第一经度计算子单元，用于将所述第一前仰覆盖边界点的纬度，通过第一经度计算公式计算得到所述第一前仰覆盖边界点的经度：

其中，λ_L为所述前仰位置点的经度，为所述前仰位置点的纬度，为所述第一前仰覆盖边界点的纬度。

10.如权利要求7所述的扫描式卫星对地俯仰观测覆盖带确定装置，其特征在于，所述第二地心覆盖角计算单元，具体用于：

将所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角和所述前仰位置点的纬度，通过如下公式计算得到所述第二前仰覆盖边界点的赤纬：

其中，为所述前仰位置点的纬度，i为轨道倾角，β_F为所述第二前仰覆盖边界点与所述前仰位置点之间弧段的地心覆盖角，δ_F为所述第二前仰覆盖边界点的赤纬，所述第二前仰覆盖边界点的赤纬等于所述第二前仰覆盖边界点的纬度；

将所述第二前仰覆盖边界点的赤纬确定为所述第二前仰覆盖边界点的赤纬；

将所述第二前仰覆盖边界点的纬度，通过第二经度计算公式计算得到所述第二前仰覆盖边界点的经度：

其中，λ_L为所述前仰位置点的经度，为所述前仰位置点的纬度，为所述第二前仰覆盖边界点的纬度,β_F为第二前仰覆盖边界点与前仰位置点之间弧段的地心覆盖角。