CN111158020A - 一种用于卫星的星载实时云判系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于卫星的星载实时云判系统及方法，包括控制中心，对地成像相机，以及沿卫星飞行方向安装的云判相机。在成像任务开始之前，首先利用云判相机拍摄目标点遥感影像，进而通过控制中心判断目标点的云覆盖情况，若目标点判断结果为无云区域，则采用对地成像相机开始成像任务。

Description

一种用于卫星的星载实时云判系统及方法
技术领域
本发明涉及光学遥感成像技术领域，特别涉及一种实时云检测的技术。
背景技术
在遥感图像中，云覆盖是最常遇到的问题，若目标区域被厚云覆盖，会影响或遮蔽地面真实物体的信息，使得图像不可用。因此，对于一般遥感成像获取的影像来说，它们需要经过大量的筛选处理等过程才能作为可用的数据源。
目前，针对拍摄所产生的云覆盖遥感影像最常见的处理方法是：在获取遥感影像后，在地面对其进行筛选。但是这些方法不仅消耗人力、物力且需要大量时间，此外，无效数据的下传还会造成对地数传资源的大量浪费。
因此，需要一种方法，减少含有厚云覆盖的遥感影像的形成，以提高遥感图像的传输及处理效率。
发明内容
为减少含有厚云覆盖的遥感影像的形成，以减小下传的数据量，本发明提供一种用于卫星的星载实时云判系统及方法，在对地相机拍摄影像前，对所需拍摄的目标地区进行云覆盖情况判断，以确定目标区域是否适合成像。
一种用于卫星的星载实时云判系统，包括：
控制中心，所述控制中心用于进行云检测以及控制卫星姿态；
对地成像相机，所述对地成像相机安装于所述卫星的卫星平台上，所述对地成像相机的光轴与地轴平行，所述对地成像相机用于拍摄遥感图像；以及
云判相机，所述云判相机沿卫星飞行方向安装，所述云判相机的光轴与地轴形成夹角，所述云判相机用于拍摄大范围遥感图像，并将所述大范围遥感图像提供给所述控制中心，作为云检测依据。
进一步地，所述系统还包括帆板，所述帆板在无任务时，对日充电，以保证系统供电。
进一步地，所述云判相机为面阵成像相机。
进一步地，所述云判相机的分辨率为公里量级，覆盖范围大于500km*500km。
进一步地，所述云判相机光轴与地轴的夹角应满足：
Figure BDA0002356430650000021
其中，H为轨道高度，M为卫星平台与云判相机视场角后边沿的直线距离，S为云判相机视场角后边沿与卫星星下点的直线距离，以及R为地球半径。
一种星载实时云判方法，包括：
判断目标点位置，接收到拍摄任务后，卫星平台判断目标点的经纬度是否处于云判相机的视场内；
启动云判相机并成像：
若目标点处于云判相机的视场内，则调整卫星姿态使云判相机光轴指向对地，并启动云判相机，拍摄包括目标点在内的大范围的遥感影像；以及
若目标点不处于云判相机的视场内，则进行等待，直至目标点进入云判相机的视场后，调整卫星姿态使云判相机光轴指向对地，并启动云判相机，拍摄包括目标点在内的大范围的遥感影像；
云检测，卫星平台根据目标点在所述大范围的遥感影像所对应的位置，利用云检测算法计算该区域云覆盖情况，并与预设的阈值进行比较；以及
获取遥感图像，若所述目标点区域云覆盖情况小于预设的阈值，则启动对地相机进行拍摄，得到遥感影像。
进一步地，所述预设的阈值为80％。
本发明还提供了一种实时云判卫星，包括：
卫星平台，所述卫星平台包括帆板及控制中心，所述控制中心用于实现云检测以及控制卫星姿态；
对地成像相机，所述对地成像相机安装于所述卫星平台上，所述对地成像相机的光轴与地轴平行，所述对地成像相机用于拍摄遥感图像；以及
云判相机，所述云判相机沿卫星飞行方向安装，所述云判相机的光轴与地轴形成夹角，所述云判相机用于拍摄大范围遥感图像，并将所述大范围遥感图像提供给所述控制中心，作为云检测依据。
本发明提供的一种用于卫星的星载实时云判系统及方法，在成像任务开始之前，首先利用大幅宽云判相机拍摄目标点遥感影像，进而利用星载云检测软件判断目标点的云覆盖情况，若目标点判断结果为无云区域，则开始成像任务。该系统及方法减少了含有厚云覆盖的遥感影像的形成，减小了下传的数据量，提高了对地数传资源下传有效数据的利用率，同时，提高了遥感数据的传输效率,节约了传输和储存等成本，大大提高了后期图像处理的效率。
附图说明
为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出本发明一个实施例的一种实时云判卫星结构示意图；
图2示出本发明一个实施例的一种星载实时云判方法流程示意图；以及
图3示出本发明一个实施例的云判相机工作状态示意图。
具体实施方式
以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。
图1示出本发明一个实施例的一种实时云判卫星结构示意图，如图1所示，一种实时云判卫星包括卫星平台101及帆板111，所述实时云判卫星安装有一种用于卫星的星载实时云判系统，所述用于卫星的星载实时云判系统包括控制中心，对地成像相机102以及云判相机103。
所述帆板111在无任务时，对日充电，以保证系统供电。所述控制中心安装于所述卫星平台101内，用于：
判断目标点是否处于所述云判相机的视场内；
根据所述云判相机拍摄的图像判断目标区域是否无云；以及
控制卫星姿态。
所述对地成像相机102安装于所述卫星平台101上，其光轴与地轴132平行，用于拍摄遥感图像。
所述云判相机103沿卫星飞行方向安装于所述卫星平台101上，所述云判相机103的光轴131与地轴132形成夹角。所述云判相机103用于拍摄大范围遥感图像，并将所述大范围遥感图像提供给所述控制中心，作为云检测依据。在本发明的一个实施例中，所述云判相机103为分辨率为公里量级的面阵成像相机，其覆盖范围133大于500km*500km。
如图3所示，由于云判相机覆盖的飞行区域很大，因此，当目标点离卫星星下点112过近时，无法在所需时间内完成所有前序判断。为保证在云判相机得到分析结果后仍有足够时间使成像载荷指向目标点成像，目标点沿轨方向距离接收到成像任务时刻的卫星星下点之间的直线距离L应满足L>(t1+t2+t3)×V，其中t1为卫星机动对地时间，t2为云判时间，t3为机动对地目标时间，V为卫星飞行速度，此外，所述云判相机103的光轴131与地轴132之间的夹角θ应满足：
Figure BDA0002356430650000051
其中：
H为轨道高度，
R为地球半径，
S为云判相机视场角后边沿134与卫星星下点112的直线距离，其满足：
S>(t1+t2)×V；
M为卫星平台与云判相机视场角后边沿134的直线距离，其满足：
Figure BDA0002356430650000052
其中，
Figure BDA0002356430650000053
为卫星星下点与云判相机视场角前沿135的直线距离。
此时，云判相机的视场角
Figure BDA0002356430650000054
图2示出本发明一个实施例的一种星载实时云判方法流程示意图，如图2所示，一种星载实时云判方法包括：
步骤201，判断目标点位置是否处于云判相机视场，接收到拍摄任务后，卫星平台获取目标点的经纬度，并判断目标点的经纬度是否处于云判相机的视场内：
若目标点处于云判相机的视场内，则进入步骤202；以及
若目标点不处于云判相机的视场内，则进行等待，直至目标点进入云判相机的视场后，进入步骤202；
步骤202，启动云判相机并成像，调整卫星姿态使云判相机光轴指向对地，并启动云判相机，拍摄包括目标点在内的大范围的遥感影像；
步骤203，判断目标点区域是否有云覆盖，卫星平台根据目标点在所述大范围的遥感影像所对应的位置，利用云检测算法计算该区域云覆盖情况，并与预设的阈值进行比较；以及
步骤204，获取遥感图像，若所述目标点区域云覆盖情况小于预设的阈值，说明目标点区域没有云覆盖，启动对地相机进行拍摄，得到遥感影像，若所述目标点区域云覆盖情况大于预设的阈值，说明目标点区域有云覆盖，则等待接收下一个拍摄任务。
在本发明的一个实施例中，所述预设的阈值为80％。
在本发明的又一个实施例中，云判相机的一次拍摄任务内存在多个成像目标点，此时，星载实时云判方法的步骤包括：首先判断多个目标点的位置是否在云判相机当前视场内，若在，则利用云判相机拍摄包括多个目标点在内的大范围遥感影像，根据目标点所在的位置利用云检测算法得到目标点在该区域云覆盖情况，并对各个目标点的云覆盖情况进行排序，然后与相关阈值进行比较，云覆盖情况大于该阈值的目标点，判断为有云；反之则为无云。对判断结果为无云的一个或多个目标点，利用对地成像相机对其进行拍摄得到遥感影像。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (8)

1.一种用于卫星的星载实时云判系统，其特征在于，包括：
控制中心，所述控制中心被配置为实现云检测以及控制卫星姿态；
对地成像相机，所述对地成像相机安装于所述卫星的卫星平台上，其中所述对地成像相机的光轴与地轴平行，所述对地成像相机被配置为拍摄遥感图像；以及
云判相机，所述云判相机沿卫星飞行方向安装，其中所述云判相机的光轴与地轴形成夹角，所述云判相机被配置为拍摄大范围遥感图像，并将所述大范围遥感图像提供给所述控制中心，作为云检测依据。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括帆板，其中所述帆板被配置为在无任务时对日充电，以保证系统供电。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述云判相机为面阵成像相机。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述云判相机的分辨率为公里量级，覆盖范围大于500km*500km。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述云判相机光轴与地轴的夹角满足：
Figure FDA0002356430640000011
其中，H为轨道高度，M为卫星平台与云判相机视场角后边沿的直线距离，S为云判相机视场角后边沿与卫星星下点的直线距离，以及R为地球半径。
6.一种星载实时云判方法，其特征在于，包括步骤：
接收到拍摄任务后，卫星平台判断目标点的经纬度是否处于云判相机的视场内；
启动云判相机并成像，包括：
若目标点处于云判相机的视场内，则调整卫星姿态使云判相机光轴指向对地，并启动云判相机，拍摄包括目标点在内的大范围的遥感影像；以及
若目标点不处于云判相机的视场内，则进行等待，直至目标点进入云判相机的视场后，调整卫星姿态使云判相机光轴指向对地，并启动云判相机，拍摄包括目标点在内的大范围的遥感影像；
卫星平台根据目标点在所述大范围的遥感影像所对应的位置，利用云检测算法计算所述位置的云覆盖情况，并与预设的阈值进行比较；以及
若所述目标点区域云覆盖情况小于预设的阈值，则启动对地相机进行拍摄，得到遥感影像。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设的阈值为80％。
8.一种实时云判卫星，其特征在于，包括：
卫星平台，所述卫星平台包括帆板及控制中心，所述控制中心被配置为实现云检测以及控制卫星姿态；
对地成像相机，所述对地成像相机安装于所述卫星平台上，其中所述对地成像相机的光轴与地轴平行，所述对地成像相机被配置为拍摄遥感图像；以及
云判相机，所述云判相机沿卫星飞行方向安装，其中所述云判相机的光轴与地轴形成夹角，所述云判相机被配置为拍摄大范围遥感图像，并将所述大范围遥感图像提供给所述控制中心，作为云检测依据。
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