CN113420095B - 一种基于边界反衍的可视栅格处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于边界反衍的可视栅格处理方法及系统，涉及卫星运行管理技术领域，该方法包括：步骤S1：首先确定目标区域的地理信息；步骤S2：根据目标区域的地理信息获取并分析边界离散点坐标；步骤S3：根据边界离散点坐标，寻找卫星对地可视观测的时间，并查找覆盖目标区域边界离散点的卫星观测信息；步骤S4：根据内部反衍方式，通过同一轨道相同波位与边界离散点的接触点确定目标区域内部所有的卫星对地可视条带，即通过边界离散点的卫星观测信息反衍出目标区域内的卫星观测信息，为之后的卫星任务规划提供基础数据。本发明能够快速的完成目标区域的观测条带，处理时间更短，并且完成观测条带准确，不会遗漏目标区域的地理信息。

Description

一种基于边界反衍的可视栅格处理方法及系统

技术领域

本发明涉及卫星运行管理技术领域，具体地，涉及一种基于边界反衍的可视栅格处理方法及系统。

背景技术

在土地利用遥感调查与监测中应用最普遍的是光学遥感数据。然而，在中国南方，特别是西南地区，由于气候湿润、多云多雨，光学遥感难以有效覆盖。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)属于主动遥感，具有独特的全天候、全天时数据获取能力，且具有一定的穿透性，数据质量几乎不受云、雨、雾等气候条件影响。

专业名词解释：有效载荷：卫星分为卫星平台和有效载荷两个部分，其中卫星平台主要为卫星的运行提供支持，有效载荷完成卫星的主要功能，比如：遥感观测。

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)：属于卫星有效载荷的一种技术，具有穿透性好，全天时工作的特性。

可视栅格：是指卫星有效载荷在给定时间(比如：1秒钟)内幅宽范围内可以观测的区域范围，通常以四个顶点的经度和纬度坐标表示该区域范围。

卫星任务：卫星在运行过程中需要执行的任务，卫星任务由有效载荷完成，对于遥感卫星而言，主要是通过观测地球表面，完成地球表面数据的采集，比如：高度信息、地形信息等。

目标区域：为了完成卫星任务需要观测的区域范围，一般以边界信息给出，边界信息以经度和纬度数据表示。

卫星轨道：卫星飞行的轨迹称之为卫星轨道，一般卫星都会沿着设计的轨道飞行。通过姿态调整和飞行控制，卫星一般不会偏离设定轨道。

重访周期：卫星经过同一个星下点的两个时间点之间的间隔。

严格回归轨道：在不同的重访周期内，卫星运行的轨道都保持不变。

地理栅格：按照经度和纬度间隔，或者按照距离间隔将目标区域划分为小颗粒的栅格，用于描述任务的目标区域的位置以及进行任务与卫星可视区域的匹配。

成像条带：卫星在一段连续时间观测目标区域时形成的观测区域。

卫星在运行的过程中需要通过运控系统为卫星下达指令，从而完成相应的卫星任务。在下达卫星指令之前，要根据卫星任务确定卫星需要观测的目标区域与卫星对地观测的匹配关系，即卫星在何时可以观测到卫星任务给出的目标区域，其中的关键问题就是卫星的可视范围与时间的关系。

目前共有两种主要的卫星轨道，严格回归轨道和非严格回归轨道。在严格回归轨道中，每个重访周期内的卫星轨道都保持一致，可以知道未来任意时刻的卫星状态信息。在非严格回归轨道中，需要根据之前的卫星状态信息推演卫星未来时刻的状态信息。两种卫星轨道都可以根据卫星的状态信息获取卫星的对地可视范围。可选的，可以通过可视栅格的方式描述卫星可视范围与时间空间的关系。

在形成卫星指令之前需要明确任务的目标区域与卫星可视范围的匹配关系，即在未来一段时间内卫星是否能够观测到目标区域，为最终的任务指令生成提供支撑。最终的输出结果为卫星完成任务所需要的观测条带。

公开号为CN109190847A的发明专利，公开了一种遥感卫星观测条带划分方法，包括：获取用户设置的对待观测目标区域划分的第一条带数量；获取对所述待观测目标区域划分的条带数量小于所述第一条带数量的第二偏移量及大于所述第一条带数量的第三条带数量分别对应的偏移量；根据所述第二偏移量所述第三偏移量分别对应的偏移量、所述第二偏移量、及所述第三偏移量，确定所述第一条带数量对应的第一偏移量；按照所述第一偏移量对待观测目标区域进行条带划分。

现有技术中通过地理栅格(或者其他可以表示目标区域地理信息的数据，比如：离散点)与卫星可视范围的匹配关系确定卫星观测条带如图1所示。通过将任务的目标区域划分为小颗粒的地理栅格(比如：经度跨度0.002，纬度跨度0.003，或者经度跨度500米，纬度跨度500m)，之后提取目标区域内所有的地理栅格，分别与卫星的可视区域范围进行匹配，从而找到需要完成目标区域的观测条带。

此种实现方式已被广泛应用于卫星运行管理过程之中，但是它要求将每个地理栅格(或者其他地理数据信息，比如：离散点)与卫星的可视范围分别进行匹配，计算速度较慢，当目标区域巨大时，算法的运算量非常大，消耗时间较大。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于边界反衍的可视栅格处理方法及系统。

根据本发明提供的一种基于边界反衍的可视栅格处理方法及系统，所述方案如下：

第一方面，提供了一种基于边界反衍的可视栅格处理方法，所述方法包括：

步骤S1：首先确定目标区域的地理信息；

步骤S2：根据目标区域的地理信息获取并分析边界离散点坐标；

步骤S3：根据边界离散点坐标，寻找卫星对地可视观测的时间，并查找覆盖目标区域边界离散点的卫星观测信息；

步骤S4：根据内部反衍方式，通过同一轨道相同波位与边界离散点的接触点确定目标区域内部所有的卫星对地可视条带，即通过边界离散点的卫星观测信息反衍出目标区域内的卫星观测信息，为之后的卫星任务规划提供基础数据。

优选的，所述步骤S3中根据边界离散点寻找卫星对地可视观测的时间包括：采用对地可视栅格方式或采用对地可视观测时间点的方式，描述卫星对地可视栅格与边界离散点的关系。

优选的，所述对地可视栅格的边界反衍匹配方式包括：

步骤S3.1.1：获取任务的目标区域地理数据以及卫星的对地可视栅格，并且完成目标区域地理数据和对地可视栅格的匹配，进入下一步骤；

步骤S3.1.2：获取目标区域的边界离散点的坐标，选择并记录对地可视栅格；

步骤S3.1.3：根据目标区域边界离散点确定的对地可视栅格，分别寻找相同轨道编号以及相同波位的对地可视栅格组。

优选的，所述对地可视观测时间点的边界反衍匹配方式包括：

步骤S3.2.1：获取任务的目标区域地理数据以及卫星的观测范围随时间变化数据，进入下一步骤；

步骤S3.2.2：获取目标区域的边界离散点的坐标，选择对地观测时间段并记录对应的对地观测时间点；

步骤S3.2.3：根据目标区域边界离散点确定的对地观测时间点，分别寻找相同轨道编号以及相同波位的对地观测时间点组。

优选的，所述步骤S3.1.2具体包括：先获取目标区域的边界离散点的坐标，再获取目标区域的最大纬度、最小纬度、最大经度和最小经度，并以选择这个范围内的对地可视栅格，从中选择包含目标区域边界离散点的对地可视栅格，并且记录选中的对地可视栅格。

优选的，所述步骤S3.1.3包括：

选择对地可视栅格组中的第1个栅格和第2个栅格，判断两个栅格中间任意一点是否处于目标区域之内；

如果处于目标区域之内，则将第1个栅格和第2个栅格之间的所有栅格都确定为需要进行观测的对地可视栅格，并且形成观测条带；

如果不处于目标区域之内，则判定第1个栅格单独为观测条带，之后继续选择第2个栅格和第3个栅格重复上述步骤，直到处理完成对地可视栅格组内所有的栅格为止。

优选的，所述步骤S3.2.2具体包括：先获取目标区域的边界离散点的坐标，再获取目标区域的最大纬度、最小纬度、最大经度和最小经度，并以选择这个范围内的对地观测时间段，从中选择包含目标区域边界离散点的观测时间点，并且记录对应的对地观测时间点。

优选的，所述步骤S3.2.3具体包括：

选择对地观测时间点组中的第1个观测时间点和第2个观测时间点，判断两个观测时间点中间任意一点是否处于目标区域之内；

如果处于目标区域之内，则将第1个观测时间点和第2个观测时间点形成观测条带；

如果不处于目标区域之内，则按照最小成像时间约束形成包含第1个观测时间点的任务条带，之后继续选择第2个观测时间点和第3个观测时间点重复上述步骤，直到处理完成对地观测时间点组为止。

第二方面，提供了一种基于边界反衍的可视栅格处理系统，所述系统包括：

模块M1：首先确定目标区域的地理信息；

模块M2：根据目标区域的地理信息获取并分析边界离散点坐标；

模块M3：根据边界离散点坐标，寻找卫星对地可视观测的时间，并查找覆盖目标区域边界离散点的卫星观测信息；

模块M4：根据内部反衍方式，通过同一轨道相同波位与边界离散点的接触点确定目标区域内部所有的卫星对地可视条带，即通过边界离散点的卫星观测信息反衍出目标区域内的卫星观测信息，为之后的卫星任务规划提供基础数据。

优选的，所述模块M3中根据边界离散点寻找卫星对地可视观测的时间包括：采用对地可视栅格方式或采用对地可视观测时间点的方式，描述卫星对地可视栅格与边界离散点的关系。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本专利能够快速的完成目标区域的观测条带，处理时间更短，并且完成观测条带准确，不会遗漏目标区域的地理信息。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为通过地理栅格与卫星可视范围的匹配关系确定卫星观测条带；

图2为通过边界反衍方式确定卫星观测条带；

图3为本发明实施例1中对地可视栅格的边界反衍匹配方式示意图；

图4为本发明实施例2中对地可视观测时间点的边界反衍匹配方式示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种基于边界反衍的可视栅格处理方法，参照图2所示，首先确定目标区域的地理信息，再根据目标区域的地理信息获取并分析边界离散点坐标，此处不限制表示目标区域的坐标系类型。

根据边界离散点坐标，寻找卫星对地可视观测的时间，并查找覆盖目标区域边界离散点的卫星观测信息；本实施例中的根据边界离散点寻找卫星对地可视观测的时间，可以采用对地可视栅格方式或采用对地可视观测时间点的方式，描述卫星对地可视栅格与边界离散点的关系。

之后根据内部反衍方式，通过同一轨道相同波位与边界离散点的接触点确定目标区域内部所有的卫星对地可视条带，即通过边界离散点的卫星观测信息反衍出目标区域内的卫星观测信息，为之后的卫星任务规划提供基础数据。

实施例1：

本发明实施例提供了一种基于边界反衍的可视栅格处理方法，其中基于对地可视栅格的边界反衍匹配方式如下：

参照图3所示，图中给出了按照卫星载荷对地可视栅格获得的边界反衍匹配方式，其中，该图最外圈侧表示边界离散点的对地可视栅格，该图内圈表示通过反衍方式获得的任务目标区域的对地可视栅格。其实施过程如下：

首先获取任务的目标区域地理数据以及卫星的对地可视栅格，并且完成目标区域地理数据和对地可视栅格的匹配，进入下一步骤；

再获取目标区域的边界离散点的坐标，不限于坐标类型，只要能清楚表示边界离散点即可，之后获取目标区域的最大纬度、最小纬度、最大经度和最小经度，并以选择这个范围内的对地可视栅格，从中选择包含目标区域边界离散点的对地可视栅格，并且记录选中的对地可视栅格。本实施例中此处采取了先确定目标区域范围之后缩小对地可视栅格范围后再寻找对地可视栅格，也可以采用其他方法寻找到边界离散点的对地可视栅格，只要能完成对应功能都可以，之后进去下一步骤。

根据目标区域边界离散点确定的对地可视栅格，分别寻找相同轨道编号以及相同波位的对地可视栅格组。选择对地可视栅格组中的第1个栅格和第2个栅格，判断两个栅格中间任意一点是否处于目标区域之内。

如果处于目标区域之内，则将第1个栅格和第2个栅格之间的所有栅格都确定为需要进行观测的对地可视栅格，并且形成观测条带；如果不处于目标区域之内，则判定第1个栅格单独为观测条带，之后继续选择第2个栅格和第3个栅格重复上述步骤，直到处理完成对地可视栅格组内所有的栅格为止。按照此方式处理所有目标区域边界离散点包含的对地可视栅格。

实施例2：

本发明实施例提供了一种基于边界反衍的可视栅格处理方法，其中基于对地可视观测时间点的边界反衍匹配方式如下：

参照图4所示，图中给出了按照卫星载荷对地可视范围的边界反衍匹配方式，其中条带的起始位置和结束位置分别代表卫星开始观测任务目标区域的起始时间和结束时间。其实施过程如下：

首先获取任务的目标区域地理数据以及卫星的观测范围随时间变化数据，进入下一步骤。

再获取目标区域的边界离散点的坐标，不限于坐标类型，只要能清楚表示边界离散点即可，之后获取目标区域的最大纬度、最小纬度、最大经度和最小经度，并以选择这个范围内的对地观测时间段，从中选择包含目标区域边界离散点的观测时间点，并且记录对应的对地观测时间点。本实施例中此处采取了先确定目标区域范围之后缩小对地观测范围后再寻找对地观测时间点，也可以采用其他方法寻找到边界离散点的对地观测时间点，只要能完成对应功能都可以，之后进入下一步骤。

根据目标区域边界离散点确定的对地观测时间点，分别寻找相同轨道编号以及相同波位的对地观测时间点组。选择对地观测时间点组中的第1个观测时间点和第2个观测时间点，判断两个观测时间点中间任意一点是否处于目标区域之内。

如果处于目标区域之内，则将第1个观测时间点和第2个观测时间点形成观测条带；如果不处于目标区域之内，则按照最小成像时间约束形成包含第1个观测时间点的任务条带，之后继续选择第2个观测时间点和第3个观测时间点重复上述步骤，直到处理完成对地观测时间点组为止。按照该方法处理所有目标区域边界离散点包含的对地观测时间点。

本发明实施例提供了一种基于边界反衍的可视栅格处理方法，通过分析目标区域的边界点坐标，查找覆盖目标区域边界点的卫星观测信息，之后通过边界点的观测信息反衍出目标区域内的卫星观测信息，最后形成完整的卫星观测条带，为之后的卫星任务规划提供基础数据，本发明能够快速的完成目标区域的观测条带，处理时间更短，并且完成观测条带准确，不会遗漏目标区域的地理信息。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种基于边界反衍的可视栅格处理方法，其特征在于，包括：

步骤S1：首先确定目标区域的地理信息；

步骤S2：根据目标区域的地理信息获取并分析边界离散点坐标；

步骤S3：根据边界离散点坐标，寻找卫星对地可视观测的时间，并查找覆盖目标区域边界离散点的卫星观测信息；

步骤S4：根据内部反衍方式，通过同一轨道相同波位与边界离散点的接触点确定目标区域内部所有的卫星对地可视条带，即通过边界离散点的卫星观测信息反衍出目标区域内的卫星观测信息，为之后的卫星任务规划提供基础数据；

所述步骤S3中根据边界离散点寻找卫星对地可视观测的时间包括：采用对地可视栅格方式或采用对地可视观测时间点的方式，描述卫星对地可视栅格与边界离散点的关系；

所述对地可视栅格的边界反衍匹配方式包括：

步骤S3.1.1：获取任务的目标区域地理数据以及卫星的对地可视栅格，并且完成目标区域地理数据和对地可视栅格的匹配，进入下一步骤；

步骤S3.1.2：获取目标区域的边界离散点的坐标，选择并记录对地可视栅格；

步骤S3.1.3：根据目标区域边界离散点确定的对地可视栅格，分别寻找相同轨道编号以及相同波位的对地可视栅格组；

所述步骤S3.1.3包括：

选择对地可视栅格组中的第1个栅格和第2个栅格，判断两个栅格中间任意一点是否处于目标区域之内；

如果处于目标区域之内，则将第1个栅格和第2个栅格之间的所有栅格都确定为需要进行观测的对地可视栅格，并且形成观测条带；

如果不处于目标区域之内，则判定第1个栅格单独为观测条带，之后继续选择第2个栅格和第3个栅格重复上述步骤，直到处理完成对地可视栅格组内所有的栅格为止。

2.根据权利要求1所述的基于边界反衍的可视栅格处理方法，其特征在于，所述对地可视观测时间点的边界反衍匹配方式包括：

步骤S3.2.1：获取任务的目标区域地理数据以及卫星的观测范围随时间变化数据，进入下一步骤；

步骤S3.2.2：获取目标区域的边界离散点的坐标，选择对地观测时间段并记录对应的对地观测时间点；

步骤S3.2.3：根据目标区域边界离散点确定的对地观测时间点，分别寻找相同轨道编号以及相同波位的对地观测时间点组。

3.根据权利要求1所述的基于边界反衍的可视栅格处理方法，其特征在于，所述步骤S3.1.2具体包括：先获取目标区域的边界离散点的坐标，再获取目标区域的最大纬度、最小纬度、最大经度和最小经度，并以选择这个范围内的对地可视栅格，从中选择包含目标区域边界离散点的对地可视栅格，并且记录选中的对地可视栅格。

4.根据权利要求2所述的基于边界反衍的可视栅格处理方法，其特征在于，所述步骤S3.2.2具体包括：先获取目标区域的边界离散点的坐标，再获取目标区域的最大纬度、最小纬度、最大经度和最小经度，并以选择这个范围内的对地观测时间段，从中选择包含目标区域边界离散点的观测时间点，并且记录对应的对地观测时间点。

5.根据权利要求2所述的基于边界反衍的可视栅格处理方法，其特征在于，所述步骤S3.2.3具体包括：

选择对地观测时间点组中的第1个观测时间点和第2个观测时间点，判断两个观测时间点中间任意一点是否处于目标区域之内；

如果处于目标区域之内，则将第1个观测时间点和第2个观测时间点形成观测条带；

如果不处于目标区域之内，则按照最小成像时间约束形成包含第1个观测时间点的任务条带，之后继续选择第2个观测时间点和第3个观测时间点重复上述步骤，直到处理完成对地观测时间点组为止。

6.一种基于边界反衍的可视栅格处理系统，其特征在于，包括：

模块M1：首先确定目标区域的地理信息；

模块M2：根据目标区域的地理信息获取并分析边界离散点坐标；

模块M3：根据边界离散点坐标，寻找卫星对地可视观测的时间，并查找覆盖目标区域边界离散点的卫星观测信息；

模块M4：根据内部反衍方式，通过同一轨道相同波位与边界离散点的接触点确定目标区域内部所有的卫星对地可视条带，即通过边界离散点的卫星观测信息反衍出目标区域内的卫星观测信息，为之后的卫星任务规划提供基础数据；

所述模块M3中根据边界离散点寻找卫星对地可视观测的时间包括：采用对地可视栅格方式或采用对地可视观测时间点的方式，描述卫星对地可视栅格与边界离散点的关系；

所述对地可视栅格的边界反衍匹配方式包括：

获取任务的目标区域地理数据以及卫星的对地可视栅格，并且完成目标区域地理数据和对地可视栅格的匹配，进入下一步骤；

获取目标区域的边界离散点的坐标，选择并记录对地可视栅格；

根据目标区域边界离散点确定的对地可视栅格，分别寻找相同轨道编号以及相同波位的对地可视栅格组；

所述根据目标区域边界离散点确定的对地可视栅格，分别寻找相同轨道编号以及相同波位的对地可视栅格组，包括：

选择对地可视栅格组中的第1个栅格和第2个栅格，判断两个栅格中间任意一点是否处于目标区域之内；

如果处于目标区域之内，则将第1个栅格和第2个栅格之间的所有栅格都确定为需要进行观测的对地可视栅格，并且形成观测条带；

如果不处于目标区域之内，则判定第1个栅格单独为观测条带，之后继续选择第2个栅格和第3个栅格重复上述步骤，直到处理完成对地可视栅格组内所有的栅格为止。

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