CN112989128B - 一种卫星覆盖区域地方时计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卫星覆盖区域地方时计算方法，包括：建立仿真场景；在仿真场景中建立视场角序列；获取仿真场景中的视场角序列的视轴指向报告；对视轴指向报告进行重构，得到重构后的视轴指向报告；根据得到的重构后的视轴指向报告，建立查找表；当接收到携带有当前位置卫星的经纬度的查找请求时，通过查找表得到当前位置卫星成像时的当地地方时。本发明基于全球时区确定原则，结合卫星轨道及载荷指标参数，建立卫星覆盖区域经纬度与当地地方时关系，实现覆盖区域卫星可见预判及卫星过境时间查询。

Description

一种卫星覆盖区域地方时计算方法
技术领域
本发明属于卫星遥感技术领域，尤其涉及一种卫星覆盖区域地方时计算方法。
背景技术
卫星在从北极向南极飞行过程中，跨越赤道时，星下点对应的地理位置当地时间称为降交点地方时。常见的低轨道光学遥感卫星考虑地面光照条件一致性以及成像信噪比，选用太阳同步轨道形式居多。
当卫星轨道设计为太阳同步轨道，降交点地方时是固定的，仅对应着卫星降轨过赤道的当地地方时时间。例如，某颗卫星降交点地方时10:30am，可知卫星降轨过赤道位置的当地地方时为10:30am，但不能通过轨道特性直接得出卫星对全球任意位置成像所获取图像的当地地方时及所对应的载荷视场角度等属性；部分卫星图像辅助数据中仅给出星下点UTC时间和经纬度，通常不能给出载荷有效视场范围内以1°为分度值间隔的视轴指向位置经纬度和当地地方时。
1884年国际经度会议制定全球被分为24个时区，以本初子午线为基准，东西经度各7.5°的范围称为“零时区”，然后每隔15°为一时区，以东(西)经度7.5°～22.5°的范围为东(西)一时区，东(西)经度22.5°～37.5°的范围为东(西)二时区，依次类推。在每一区内中央子午线上的时间，称为该区的“标准时”，每越过一区的界限，时间便差1小时。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种卫星覆盖区域地方时计算方法，基于全球时区确定原则，结合卫星轨道及载荷指标参数，建立卫星覆盖区域经纬度与当地地方时关系，实现覆盖区域卫星可见预判及卫星过境时间查询。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种卫星覆盖区域地方时计算方法，包括：
建立仿真场景；
在仿真场景中建立视场角序列；
获取仿真场景中的视场角序列的视轴指向报告；其中，视轴指向报告中包括：各视场角的标识、成像协调世界时UTC和经纬度；
对视轴指向报告进行重构，得到重构后的视轴指向报告；其中，重构后的视轴指向报告中包括：各视场角的标识、当地地方时、经纬度和时区；
根据得到的重构后的视轴指向报告，建立查找表；
当接收到携带有当前位置卫星的经纬度的查找请求时，通过查找表得到当前位置卫星成像时的当地地方时。
在上述卫星覆盖区域地方时计算方法中，建立仿真场景，包括：
获取轨道半长轴、偏心率、轨道倾角、近地点幅角、升交点赤经、真近点角和载荷等效视场角；
将轨道半长轴、偏心率、轨道倾角、近地点幅角、升交点赤经、真近点角和载荷等效视场角作为STK的输入参数，在STK中建立仿真场景。
在上述卫星覆盖区域地方时计算方法中，在STK中建立仿真场景时，仿真场景时间间隔1秒。
在上述卫星覆盖区域地方时计算方法中，对视轴指向报告进行重构，得到重构后的视轴指向报告，包括：
根据时区与经纬度对应关系表，结合视轴指向报告中各视场角的经纬度，得到各视场角的时区；
根据时区与当地地方时对应关系表，结合确定的各视场角的时区，得到各视场角的当地地方时；
根据确定的各视场角的时区和各视场角的当地地方时，以及视轴指向报告中的各视场角的标识和经纬度，得到重构后的视轴指向报告。
在上述卫星覆盖区域地方时计算方法中，通过查找表得到当前位置卫星成像时的当地地方时，包括：
在查找表中查找当前位置卫星的经纬度对应的当地地方时；
若在查找表中未查找到当前位置卫星的经纬度对应的当地地方时，则确定在场景时间区间内，已知当前位置卫星不可见；
若在查找表中查找到当前位置卫星的经纬度对应的当地地方时，则从查找表中获取当前位置卫星成像时的当地地方时。
在上述卫星覆盖区域地方时计算方法中，
对于推扫成像模式，载荷等效视场角为：线阵对应视场角；
对于摆扫相机，载荷等效视场角为：扫描角度。
在上述卫星覆盖区域地方时计算方法中，载荷等效视场角表示为：FOV垂轨×FOV沿轨；其中，FOV垂轨表示穿轨方向视场角，FOV沿轨表示沿轨方向视场角。
在上述卫星覆盖区域地方时计算方法中，视场角序列的建立步骤如下：
根据载荷等效视场角，设置沿轨方向视场角FOV沿轨为固定值0.1°；
以1°分度值对穿轨方向视场角FOV垂轨进行拆分，确定视场角序列标识#n；其中，n表示视场角序列中的当前视场视轴相对于光轴的偏离角度。
在上述卫星覆盖区域地方时计算方法中，当FOV垂轨＝K°时，生成的视场角序列标识为：n＝-(K-1)、-(K-2)、…、-(K-(K-1))、0、K-(K-1)、…、K-2、K-1；其中，#-(K-1)表示：FOV垂轨×FOV沿轨＝1°×0.1°时，视场视轴相对于光轴的偏离角度为-(K-1)°；#-(K-2)表示：FOV垂轨×FOV沿轨＝1°×0.1°时，视场视轴相对于光轴的偏离角度为-(K-2)°；···；#K-1表示：FOV垂轨×FOV沿轨＝1°×0.1°时，视场视轴相对于光轴的偏离角度为K-1°。
在上述卫星覆盖区域地方时计算方法中，相对于视场角序列标识#0，东侧为正，西侧为负。
本发明具有以下优点：
(1)本发明计算输入结合轨道六要素特性和载荷成像视场角指标，地面经纬度与当地地方时转换公式简单易于编程计算，对卫星任务规划及成像时间预报具有实用性。
(2)本发明可计算得到有效视场范围内以1°为分层值的视轴指向位置经纬度和当地地方时，生成全球任意位置成像获取图像的当地地方时及所对应的载荷视场角报告，对卫星运控系统和数据应用系统提供参考。
附图说明
图1是本发明实施例中一种卫星覆盖区域地方时计算方法的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
如图1，在本实施例中，该卫星覆盖区域地方时计算方法，包括：
步骤1，建立仿真场景。
在本实施例中，可以但不限于通过STK实现仿真场景的建立：获取轨道半长轴、偏心率、轨道倾角、近地点幅角、升交点赤经、真近点角和载荷等效视场角；将轨道半长轴、偏心率、轨道倾角、近地点幅角、升交点赤经、真近点角和载荷等效视场角作为STK的输入参数，在STK中建立仿真场景。其中，在STK中建立仿真场景时，仿真场景时间间隔1秒。
优选的，对于推扫成像模式，载荷等效视场角为：线阵对应视场角；对于摆扫相机，载荷等效视场角为：扫描角度。
优选的，可以将载荷等效视场角统一表示为：FOV垂轨×FOV沿轨；其中，FOV垂轨表示穿轨方向视场角，FOV沿轨表示沿轨方向视场角。
步骤2，在仿真场景中建立视场角序列。
在本实施例中，视场角序列的建立步骤可以如下：根据载荷等效视场角，设置沿轨方向视场角FOV沿轨为固定值0.1°；以1°分度值对穿轨方向视场角FOV垂轨进行拆分，确定视场角序列标识#n；其中，n表示视场角序列中的当前视场视轴相对于光轴的偏离角度。
优选的，当FOV垂轨＝K°时，生成的视场角序列标识为：n＝-(K-1)、-(K-2)、…、-(K-(K-1))、0、K-(K-1)、…、K-2、K-1；其中，#-(K-1)表示：FOV垂轨×FOV沿轨＝1°×0.1°时，视场视轴相对于光轴的偏离角度为-(K-1)°；#-(K-2)表示：FOV垂轨×FOV沿轨＝1°×0.1°时，视场视轴相对于光轴的偏离角度为-(K-2)°；···；#K-1表示：FOV垂轨×FOV沿轨＝1°×0.1°时，视场视轴相对于光轴的偏离角度为K-1°。其中，相对于视场角序列标识#0，东侧为正，西侧为负。
例如，当FOV垂轨＝30°时，生成的视场角序列标识为：#-29°，#-28°，……，#-1°，#0°，#+1°，……，#+28°，#+29°。#-29°表示：FOV垂轨×FOV沿轨＝1°×0.1°时，视场视轴相对于光轴的偏离角度为-29°；#-28°表示：FOV垂轨×FOV沿轨＝1°×0.1°时，视场视轴相对于光轴的偏离角度为-28°；···；#+29°表示：FOV垂轨×FOV沿轨＝1°×0.1°时，视场视轴相对于光轴的偏离角度为29°。
步骤3，获取仿真场景中的视场角序列的视轴指向报告。
在本实施例中，视轴指向报告中包括：各视场角的标识、成像协调世界时UTC和经纬度；
步骤4，对视轴指向报告进行重构，得到重构后的视轴指向报告。
在本实施例中，根据时区与经纬度对应关系表，结合视轴指向报告中各视场角的经纬度，可以得到各视场角的时区；进一步的，根据时区与当地地方时对应关系表，结合确定的各视场角的时区，可以得到各视场角的当地地方时；最后，根据确定的各视场角的时区和各视场角的当地地方时，以及视轴指向报告中的各视场角的标识和经纬度，可以得到重构后的视轴指向报告。也即，重构后的视轴指向报告中包括：各视场角的标识、当地地方时、经纬度和时区。
步骤5，根据得到的重构后的视轴指向报告，建立查找表。
步骤6，当接收到携带有当前位置卫星的经纬度的查找请求时，通过查找表得到当前位置卫星成像时的当地地方时。
在本实施例中，当接收到携带有当前位置卫星的经纬度的查找请求时，在查找表中查找当前位置卫星的经纬度对应的当地地方时。其中，若在查找表中未查找到当前位置卫星的经纬度对应的当地地方时，则确定在场景时间区间内，已知当前位置卫星不可见。若在查找表中查找到当前位置卫星的经纬度对应的当地地方时，则从查找表中获取当前位置卫星成像时的当地地方时。
其中，需要说明的是，步骤1和步骤2可以通过STK软件来实现，步骤3～6可以通过Matlab软件来实现。
在上述实施例的基础上，下面结合一个具体实例进行说明。
该卫星覆盖区域地方时计算方法实现如下：
步骤(一)，输入轨道六根数，半长轴(Semimajor Axis)＝7028.14km、偏心率(Eccentricity)＝7.20*10^-17、轨道倾角(Inclination)＝97.99°、近地点幅角(Argumentof Perigee)＝0°、升交点赤经(RAAN，right ascension or longitude of theascendingnode)＝316.309°、真近点角(True Anomaly)＝1.59*10^-15，载荷等效视场角：30°×0.1°，在STK中建立仿真场景；
步骤(二)，在步骤(一)建立的仿真场景的基础上，建立载荷视场角序列。生成视场角序号#-29°，#-28°，……，#-1°，#0°，#+1°，……，#+28°，#+29°，共59个，在STK中生成对应的探测器(sensor)场景。探测器(sensor)场景中Vertical half angle设置0.5°，Horizontal half angle设置为0.05°；设置Pointing参数完成各个视场序列的视场偏离设置。
步骤(三)，利用MATLAB软件读取STK中所有角度序列的视轴指向(boresightintersection)报告，包括视场角序列#n标识、成像UTC时间、经纬度，时间间隔为1秒，经纬度保留小数点后1位。如表1所示：
视场角序列 UTC 经度 纬度
#n hh:mm:ss XX° XX°
…… …… …… ……
表1
步骤(四)，利用MATLAB软件对步骤(三)中59份报告中的经度数据进行判读，根据表2，完成经度与时区映射，根据所在时区和UTC时间换算关系得到当地地方时，如果经度正好为时区边界，以两个时区靠近东部时区为准。
表2
步骤(五)，将步骤(四)生成数据建立成查找表。在已知地面位置经纬度时，查询该经纬度与当地地方时对应关系，如表中未找到该位置，表示在场景时间区间内，该位置卫星不可见，如果找到该位置，即可获知卫星对此位置成像时的当地地方时。如下表3所示：
经度 纬度 当地地方时 视场角序列 时区
XX° XX° hh:mm:ss #n 东(西)XX区
…… …… …… …… ……
表3
本发明方法可在成像型卫星遥感器中推广应用。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种卫星覆盖区域地方时计算方法，其特征在于，包括：
建立仿真场景；
在仿真场景中建立视场角序列；
获取仿真场景中的视场角序列的视轴指向报告；其中，视轴指向报告中包括：各视场角的标识、成像协调世界时UTC和经纬度；
对视轴指向报告进行重构，得到重构后的视轴指向报告；包括：根据时区与经纬度对应关系表，结合视轴指向报告中各视场角的经纬度，得到各视场角的时区；根据时区与当地地方时对应关系表，结合确定的各视场角的时区，得到各视场角的当地地方时；根据确定的各视场角的时区和各视场角的当地地方时，以及视轴指向报告中的各视场角的标识和经纬度，得到重构后的视轴指向报告；其中，重构后的视轴指向报告中包括：各视场角的标识、当地地方时、经纬度和时区；
根据得到的重构后的视轴指向报告，建立查找表；
当接收到携带有当前位置卫星的经纬度的查找请求时，通过查找表得到当前位置卫星成像时的当地地方时。
2.根据权利要求1所述的卫星覆盖区域地方时计算方法，其特征在于，建立仿真场景，包括：
获取轨道半长轴、偏心率、轨道倾角、近地点幅角、升交点赤经、真近点角和载荷等效视场角；
将轨道半长轴、偏心率、轨道倾角、近地点幅角、升交点赤经、真近点角和载荷等效视场角作为STK的输入参数，在STK中建立仿真场景。
3.根据权利要求2所述的卫星覆盖区域地方时计算方法，其特征在于，在STK中建立仿真场景时，仿真场景时间间隔1秒。
4.根据权利要求1所述的卫星覆盖区域地方时计算方法，其特征在于，通过查找表得到当前位置卫星成像时的当地地方时，包括：
在查找表中查找当前位置卫星的经纬度对应的当地地方时；
若在查找表中未查找到当前位置卫星的经纬度对应的当地地方时，则确定在场景时间区间内，已知当前位置卫星不可见；
若在查找表中查找到当前位置卫星的经纬度对应的当地地方时，则从查找表中获取当前位置卫星成像时的当地地方时。
5.根据权利要求2所述的卫星覆盖区域地方时计算方法，其特征在于，
对于推扫成像模式，载荷等效视场角为：线阵对应视场角；
对于摆扫相机，载荷等效视场角为：扫描角度。
6.根据权利要求2或5所述的卫星覆盖区域地方时计算方法，其特征在于，载荷等效视场角表示为：FOV垂轨×FOV沿轨；其中，FOV垂轨表示穿轨方向视场角，FOV沿轨表示沿轨方向视场角。
7.根据权利要求6所述的卫星覆盖区域地方时计算方法，其特征在于，视场角序列的建立步骤如下：
根据载荷等效视场角，设置沿轨方向视场角FOV沿轨为固定值0.1°；
以1°分度值对穿轨方向视场角FOV垂轨进行拆分，确定视场角序列标识#n；其中，n表示视场角序列中的当前视场视轴相对于光轴的偏离角度。
8.根据权利要求7所述的卫星覆盖区域地方时计算方法，其特征在于，当FOV垂轨＝K°时，生成的视场角序列标识为：n＝-(K-1)、-(K-2)、…、-(K-(K-1))、0、(K-(K-1))、…、(K-2)、(K-1)；其中，#-(K-1)表示：FOV垂轨×FOV沿轨＝1°×0.1°时，视场视轴相对于光轴的偏离角度为-(K-1)°；#-(K-2)表示：FOV垂轨×FOV沿轨＝1°×0.1°时，视场视轴相对于光轴的偏离角度为-(K-2)°；···；#(K-1)表示：FOV垂轨×FOV沿轨＝1°×0.1°时，视场视轴相对于光轴的偏离角度为(K-1)°。
9.根据权利要求8所述的卫星覆盖区域地方时计算方法，其特征在于，相对于视场角序列标识#0，东侧为正，西侧为负。
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