CN115077500A - 一种地面阳光反射点的确定方法及其相关组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地面阳光反射点的确定方法及其相关组件，涉及卫星探测领域，确定遥感卫星与地心之间形成的星地连线矢量，以及太阳与各个经纬网格点之间形成的各个经纬网格点对应的阳光反射矢量，根据两个矢量之间的夹角确定夹角角度小于预设角度的经纬网格点作为阳光反射点。由于星地连线矢量和经纬网格点的阳光反射矢量近似相同时则表示该经纬网格点的太阳光的反射光能够直接照射到遥感卫星上，所以将夹角角度小于预设角度的经纬网格点作为阳光反射点，能够简单清楚地确定出阳光反射点，不需要对不同的卫星建立不同的模型，而且不需要先计算出所有投影点再确定阳光反射点，提高了计算速度，进而使遥感卫星能够得到实时的阳光反射点的位置。

Description

一种地面阳光反射点的确定方法及其相关组件

技术领域

本发明涉及卫星探测领域，特别是涉及一种地面阳光反射点的确定方法及其相关组件。

背景技术

遥感卫星通过光学传感器来对地球或者其他地球进行探测，但由于光学传感器的探测准确度容易受到太阳光照射的影响，例如地球表面的云层、高山积雪以及水面等形成的阳光反射会对遥感卫星带来较大的影响，所以遥感卫星在进行探测时，需要避免太阳光直射或者反射的情况。现有技术在确定地球表面的阳光反射点时，会基于卫星的种类以及卫星的功能建立该卫星对应的计算模型，基于计算模型来计算地球表面上的各个地点在遥感卫星像平面上的投影点，进而在各个投影点中确定阳光反射点。建立卫星对应的计算模型的方法需要对不同的卫星建立不同的模型，也即一种模型不能适用于多种卫星，适用性不强；由于需要先计算所有投影点再确定阳光反射点，而且计算出一个地点的投影点需要经过十多个步骤，使得计算阳光反射点的计算量较大，导致计算速度慢，可能会导致遥感卫星无法得到实时的阳光反射点的位置。

发明内容

本发明的目的是提供一种地面阳光反射点的确定方法及其相关组件，能够简单清楚地确定出阳光反射点，不需要对不同的卫星建立不同的模型，适用性较强，而且不需要先计算出所有投影点再确定阳光反射点，提高了计算速度，进而使遥感卫星能够得到实时的阳光反射点的位置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种地面阳光反射点的确定方法，包括：

确定遥感卫星与地心之间形成的星地连线矢量；

确定太阳与地球表面上各个经纬网格点之间形成的各个所述经纬网格点对应的阳光反射矢量；

确定所述星地连线矢量与各个所述阳光反射矢量之间的夹角角度；

将所述夹角角度小于预设角度的所述经纬网格点作为阳光反射点。

优选的，在确定太阳与地球表面上各个经纬网格点之间形成的各个所述经纬网格点对应的阳光反射矢量之前，还包括：

基于预设经度细粒度和预设纬度细粒度对所述地球表面进行经纬网格划分，得到所述地球表面的各个所述经纬网格点。

优选的，在将夹角角度小于预设角度的所述夹角对应的经纬网格点作为阳光反射点之后，还包括：

基于预设透镜模型，确定各个所述阳光反射点在所述遥感卫星的像平面上的投影位置。

优选的，在确定各个所述阳光反射点在所述遥感卫星的像平面上的投影位置之后，还包括：

通过STK软件生成包含各个所述阳光反射点的经度、纬度和投影位置的数据日志。

优选的，确定遥感卫星与地心之间形成的星地连线矢量，包括：

周期性确定遥感卫星与地心之间形成的星地连线矢量。

优选的，确定太阳与地球表面上各个经纬网格点之间形成的各个所述经纬网格点对应的阳光反射矢量，包括：

确定阳光与各个所述经纬网格点对应的铅垂线之间的阳光入射角度；

基于所述阳光入射角度确定所述经纬网格点对应的阳光反射矢量。

本申请还提供一种地面阳光反射点的确定系统，包括：

第一矢量确定单元，用于确定遥感卫星与地心之间形成的星地连线矢量；

第二矢量确定单元，用于确定太阳与地球表面上各个经纬网格点之间形成的各个所述经纬网格点对应的阳光反射矢量；

夹角确定单元，用于确定所述星地连线矢量与各个所述阳光反射矢量之间的夹角角度；

阳光反射点确定单元，用于将所述夹角角度小于预设角度的所述经纬网格点作为阳光反射点。

本申请还提供一种地面阳光反射点的确定装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述的地面阳光反射点的确定方法的步骤。

本申请还提供一种计算机可读介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述地面阳光反射点的确定方法的步骤。

本申请提供了一种地面阳光反射点的确定方法及其相关组件，涉及卫星探测领域，确定遥感卫星与地心之间形成的星地连线矢量，以及太阳与各个经纬网格点之间形成的各个经纬网格点对应的阳光反射矢量，根据两个矢量之间的夹角确定夹角角度小于预设角度的经纬网格点作为阳光反射点。由于星地连线矢量和经纬网格点的阳光反射矢量近似相同时则表示该经纬网格点的太阳光的反射光能够直接照射到遥感卫星上，所以将夹角角度小于预设角度的经纬网格点作为阳光反射点，能够简单清楚地确定出阳光反射点，不需要对不同的卫星建立不同的模型，适用性较强，而且不需要先计算出所有投影点再确定阳光反射点，提高了计算速度，进而使遥感卫星能够得到实时的阳光反射点的位置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种地面阳光反射点的确定方法的流程图；

图2为阳光照射到地球表面的原理示意图；

图3为现有技术使用的遥感卫星成像模型的原理示意图；

图4为阳光被地球表面反射至遥感卫星的原理示意图；

图5为本发明提供的一种地球表面的经纬网格的示意图；

图6为本发明提供的一种透镜模型的原理示意图；

图7为本发明提供的一种数据日志的示意图；

图8为本发明提供的一种地面阳光反射点的确定系统的结构示意图；

图9为本发明提供的一种地面阳光反射点的确定装置的结构图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种地面阳光反射点的确定方法及其相关组件，能够简单清楚地确定出阳光反射点，不需要对不同的卫星建立不同的模型，适用性较强，而且不需要先计算出所有投影点再确定阳光反射点，提高了计算速度，进而使遥感卫星能够得到实时的阳光反射点的位置。

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做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。

请参照图1，图1为本发明提供的一种地面阳光反射点的确定方法的流程图，该方法包括：

S11：确定遥感卫星与地心之间形成的星地连线矢量；

请参照图2，图2为阳光照射到地球表面的原理示意图，太阳光在射向地球时，可以将阳光视为一束平行光。现有技术在确定地球表面的阳光反射点时，会先计算地球表面上的各个地点在遥感卫星像平面上的投影点，请参照图3，图3为现有技术使用的遥感卫星成像模型的原理示意图，该种模型为常用的X度*Y度扫描型遥感相机的模型，需要根据遥感卫星的对地分辨率，对地球表面进行扫描，得到地球整个表面在遥感卫星像平面上的投影，但是为完成一个地点的到遥感卫星的像平面的投影点计算需要经过多种和多次的坐标系转换，需要进行大量的运算，导致计算速度慢，可能会导致遥感卫星无法得到实时的阳光反射点的位置。

当地球和太阳的位置一定时，遥感卫星在A位置时可能会被某个经纬网格点反射过来的阳光影响到，但是当遥感卫星从A位置移动B位置时，该经纬网格点反射过来的阳光可能不会再对遥感卫星有影响，可见，遥感卫星在不同的位置时，各个经纬网格点对应的卫星角度不同，会影响到遥感卫星的经纬网格点也不同，所以需要确定星地连线矢量，以便确定从哪个经纬网格点反射过来的阳光会影响到遥感卫星的探测。在确定星地连线矢量时，确定遥感卫星和地球中心之间的连接线作为星地连线矢量。

S12：确定太阳与地球表面上各个经纬网格点之间形成的各个经纬网格点对应的阳光反射矢量；

地球上的环境较为复杂，云层的不断变化、地球的转动以及遥感卫星本身的公转轨迹都会使得遥感卫星拍摄画面发生变化，这会使得遥感卫星看到的任一个地点都可能将阳光反射到遥感卫星处，进而影响遥感卫星的探测。所以需要确定地球表面各个经纬网格点对应的阳光反射矢量，具体可以是根据各个网格点的地理位置信息或者实时的气象信息等方式来确定阳光反射矢量。

在确定阳光反射矢量时，请参照图4，图4为阳光被地球表面反射至遥感卫星的原理示意图，根据光的反射原理可知阳光的反射角度θsun-reflect等于入射角度θsun-in，由于这两个角度都是基于反射面的法线来计算的，所以可以在每个经纬网格点都设置其对应的坐标系，例如，可以以经纬网格点本身作为坐标系的原点，经纬网格点当地的铅垂线作为法线，则法线和太阳反射光之间的夹角即为反射角度。还需要说明的是，海面、积雪高山和云层等地点能够反射较强的阳光，可见这些地方对应的经纬网格点更可能影响到遥感卫星。

S13：确定星地连线矢量与各个阳光反射矢量之间的夹角角度；

S14：将夹角角度小于预设角度的经纬网格点作为阳光反射点。

具体的，由于阳光照射在地球的一面时地球会把阳光向各个方向进行反射，当某个经纬网格点的阳光反射矢量和星地连线矢量一致时，说明该经纬网格点能够将阳光直接反射到遥感卫星处，但考虑到实际情况中可能会存在阳光反射点的阳光反射面积较大的情况，在实际应用中，可以设置一个预设角度，然后将各个夹角角度与该预设角度进行比较，当存在夹角角度小于预设角度时，就可以认为该夹角角度对应的经纬网格点是阳光反射点，预设角度可以是根实际情况来设定的一个差值θTh，例如可以是1度。

本发明提供了一种地面阳光反射点的确定方法及其相关组件，确定遥感卫星与地心之间形成的星地连线矢量，以及太阳与各个经纬网格点之间形成的各个经纬网格点对应的阳光反射矢量，根据两个矢量之间的夹角确定夹角角度小于预设角度的经纬网格点作为阳光反射点。由于星地连线矢量和经纬网格点的阳光反射矢量近似相同时则表示该经纬网格点的太阳光的反射光能够直接照射到遥感卫星上，所以将夹角角度小于预设角度的经纬网格点作为阳光反射点，能够简单清楚地确定出阳光反射点，不需要对不同的卫星建立不同的模型，适用性较强，而且不需要先计算出所有投影点再确定阳光反射点，提高了计算速度，进而使遥感卫星能够得到实时的阳光反射点的位置。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，在确定太阳与地球表面上各个经纬网格点之间形成的各个所述经纬网格点对应的阳光反射矢量之前，还包括：

基于预设经度细粒度和预设纬度细粒度对地球表面进行经纬网格划分，得到地球表面的各个经纬网格点。

为了得到地球表面的各个经纬网格点，本申请中，先对地球表面按照经纬度划分成多个网格，以形成地球表面的经纬网格图，请参照图5，图5为本发明提供的一种地球表面的经纬网格的示意图，该经纬网格图上的纬度划分线和纬度划分线之间的交点即为经纬网格点。由于不同的遥感卫星有不同的对地分辨率，所以需要根据具体的遥感卫星对地分辨率来对地球表面进行经纬网格划分，细粒度越小相当于经纬网格划分越精细，当细粒度太小时，可能会由于遥感卫星本身的对地分辨率不足而导致无法正确计算阳光反射点；当细粒度太大时，则计算阳光反射点不够准确，例如，参考遥感卫星具体使用的传感器对地分辨率来对地球表面进行经纬网格划分，将经度序列定义为Lon_1、Lon_2、Lon_3…Lon_n，经度的细粒度ΔLon＝Lon_2-Lon_1，纬度序列定义为Lat_1、Lat_2、Lat_3……Lat_n，纬度的细粒度ΔLat+Lat_2-Lat_1。考虑到常用的遥感卫星的类型，可以以10～50象元作为一个经纬网格，本申请对经纬网格的具体划分不做限定。

作为一种优选的实施例，在将夹角角度小于预设角度的所述夹角对应的经纬网格点作为阳光反射点之后，还包括：

基于预设透镜模型，确定各个阳光反射点在遥感卫星的像平面上的投影位置。

为了确定各个阳光反射点对遥感卫星的像平面的影响，本申请中，考虑到阳光反射点表示会在当前时刻对遥感卫星的探测造成影响，请参照图6，图6为本发明提供的一种透镜模型的原理示意图，利用预设的透镜模型将各个阳光反射点经过一个透镜投影到遥感卫星的像平面中，相当于利用透镜的成像原理对当前时刻中地球表面上的各个阳光反射点进行投影，此时可以根据阳光反射点在遥感卫星像平面上的投影位置来确定该阳光反射点的影响范围以及影响程度，便于后续的解析和计算。

作为一种优选的实施例，在确定各个阳光反射点在遥感卫星的像平面上的投影位置之后，还包括：

通过STK软件生成包含各个阳光反射点的经度、纬度和投影位置的数据日志。

STK(Systems Tool Kit，卫星工具包)的核心能力是产生位置和姿态数据，能够提供分析引擎用于计算数据，还能显示多种形式的二维地图，如显示卫星和地球的位置和位置对应关系等，能够使工作人员直观地观测到卫星和地球，便于确定卫星轨道和位置等。STK在生成包含阳光反射点的经纬度以及投影位置的所在行列的数据日志时，能够将这些数据制成不同种类的以文字或者图表为形式的数据日志，采用STK软件生成数据日志，能够生成直观形象而且符合不同工作人员的不同日志形式的要求，请参照图7，图7为本发明提供的一种数据日志的示意图，利用普通配置笔记本(i7 7600/16G内存)和Matlab2013r软件计算的在2017年3月27日6:00开始至10:00四个小时地面阳光反射点的经纬度和其对应的像平面投影位置。

作为一种优选的实施例，确定遥感卫星与地心之间形成的星地连线矢量，包括：

周期性确定确定遥感卫星与地心之间形成的星地连线矢量。

由于地球会绕着太阳公转，遥感卫星会绕着地球公转，星地连线矢量总是不断变化的，为了得到有时效性的星地连线矢量，所以需要周期性地确定星地连线矢量，同理，各个经纬网格点的阳光反射矢量也总是不断变化的，所以还可以周期性确定各个经纬网格点的阳光反射矢量，以便于得到有时效性的阳光反射点。随着阳光反射点在地球表面上位置的不断变化，阳光反射点在卫星像平面的投影位置也不断变化，若计算出符合卫星、地球与太阳的相对运动规律，还可以预测出未来的阳光反射点并预测未来的阳光反射点在像平面的投影位置，为遥感卫星的太阳规避等应用提供技术支撑。

作为一种优选的实施例，确定太阳与地球表面上各个经纬网格点之间形成的各个所述经纬网格点对应的阳光反射矢量，包括：

确定阳光与各个经纬网格点对应的铅垂线之间的阳光入射角度；

基于阳光入射角度确定经纬网格点对应的阳光反射矢量。

为了确定各个经纬网格点对应的阳光反射角度，本申请中，可以在每个经纬网格点处都预设一个坐标系，考虑到地球体积很大，在经纬网格点处的周围区域可以视为一块平面区域，例如，地球上的某栋建筑的周围一个街区可以看做是一块平面区域，可以将该平面区域作为坐标系的横轴-纵轴平面，也即X-Y平面，当地的铅垂线即为该坐标系的竖轴，即Z轴。阳光射向该经纬网格点后，X-Y平面会将阳光反射，在这个过程中，请参照图4，图4为阳光被地球表面反射至遥感卫星的原理示意图，阳光入射的角度相当于入射的阳光射线与Z轴之间的夹角，可以将入射角度记为θsun-in，阳光反射的角度相当于反射的阳光射线与Z轴之间的夹角，可以将反射角度记为θsun-reflect，根据光的反射原理可知，阳光的入射角度和反射角度是相同的，设经纬网格划分将地球面分成N个经度网格以及M个纬度网格，N和M均为不小于2的整数，对于处在i经度j纬度上的经纬网格点，其入射角度为θsun-in(i,j)，反射角度为θsun-reflect(i,j)，卫星角度为θsun-sat(i,j)，其中，i为大于1且小于N的整数，j为大于1且小于M的整数。当有│θsun-reflect(i,j)-θsun-sat(i,j)│<预设差值θTh时，说明此时(i，j)经纬网格点为阳光反射点，对于属于阳光反射点的经纬网格点，将该经纬网格点的阳光反射标志位IfReflect(i,j)记为1，否则记为0，在确定各个阳光反射点在遥感卫星的像平面上的投影位置时，需要确定阳光反射标志位IfReflect(i,j)为1的经纬网格点的投影位置。

请参照图8，图8为本发明提供的一种地面阳光反射点的确定系统的结构示意图，包括：

第一矢量确定单元11，用于确定遥感卫星与地心之间形成的星地连线矢量；

第二矢量确定单元12，用于确定太阳与地球表面上各个经纬网格点之间形成的各个所述经纬网格点对应的阳光反射矢量；

夹角确定单元13，用于确定所述星地连线矢量与各个所述阳光反射矢量之间的夹角角度；

阳光反射点确定单元14，用于将所述夹角角度小于预设角度的所述经纬网格点作为阳光反射点。

对于本申请提供的一种地面阳光反射点的确定系统的详细介绍，请参照上述遥感卫星的地面阳光反射点的确定方法的实施例，本申请在此不再赘述。

请参照图9，图9为本发明提供的一种地面阳光反射点的确定装置的结构图，包括：

存储器21，用于存储计算机程序；

处理器22，用于执行计算机程序时实现如上述的地面阳光反射点的确定方法的步骤。

对于本申请提供的一种地面阳光反射点的确定装置的详细介绍，请参照上述地面阳光反射点的确定方法的实施例，本申请在此不再赘述。

本发明还提供一种计算机可读介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述的地面阳光反射点的确定方法的步骤。

对于本申请提供的一种计算机可读介质的详细介绍，请参照上述地面阳光反射点的确定方法的实施例，本申请在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种地面阳光反射点的确定方法，其特征在于，包括：

确定遥感卫星与地心之间形成的星地连线矢量；

确定太阳与地球表面上各个经纬网格点之间形成的各个所述经纬网格点对应的阳光反射矢量；

确定所述星地连线矢量与各个所述阳光反射矢量之间的夹角角度；

将所述夹角角度小于预设角度的所述经纬网格点作为阳光反射点。

2.如权利要求1所述的地面阳光反射点的确定方法，其特征在于，在确定太阳与地球表面上各个经纬网格点之间形成的各个所述经纬网格点对应的阳光反射矢量之前，还包括：

基于预设经度细粒度和预设纬度细粒度对所述地球表面进行经纬网格划分，得到所述地球表面的各个所述经纬网格点。

3.如权利要求2所述的地面阳光反射点的确定方法，其特征在于，在将夹角角度小于预设角度的所述夹角对应的经纬网格点作为阳光反射点之后，还包括：

基于预设透镜模型，确定各个所述阳光反射点在所述遥感卫星的像平面上的投影位置。

4.如权利要求3所述的地面阳光反射点的确定方法，其特征在于，在确定各个所述阳光反射点在所述遥感卫星的像平面上的投影位置之后，还包括：

通过STK软件生成包含各个所述阳光反射点的经度、纬度和投影位置的数据日志。

5.如权利要求1所述的地面阳光反射点的确定方法，其特征在于，确定遥感卫星与地心之间形成的星地连线矢量，包括：

周期性确定遥感卫星与地心之间形成的星地连线矢量。

6.如权利要求1至5任一项所述的地面阳光反射点的确定方法，其特征在于，确定太阳与地球表面上各个经纬网格点之间形成的各个所述经纬网格点对应的阳光反射矢量，包括：

确定阳光与各个所述经纬网格点对应的铅垂线之间的阳光入射角度；

基于所述阳光入射角度确定所述经纬网格点对应的阳光反射矢量。

7.一种地面阳光反射点的确定系统，其特征在于，包括：

第一矢量确定单元，用于确定遥感卫星与地心之间形成的星地连线矢量；

第二矢量确定单元，用于确定太阳与地球表面上各个经纬网格点之间形成的各个所述经纬网格点对应的阳光反射矢量；

夹角确定单元，用于确定所述星地连线矢量与各个所述阳光反射矢量之间的夹角角度；

阳光反射点确定单元，用于将所述夹角角度小于预设角度的所述经纬网格点作为阳光反射点。

8.一种地面阳光反射点的确定装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的地面阳光反射点的确定方法的步骤。

9.一种计算机可读介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述地面阳光反射点的确定方法的步骤。

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