一種顧及區(qū)域尺度的遙感衛(wèi)星有效覆蓋仿真計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種顧及區(qū)域尺度的遙感衛(wèi)星有效覆蓋仿真計(jì)算方法，首先進(jìn)行遙感對地觀測有效覆蓋性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)，包括空間覆蓋性能指標(biāo)設(shè)計(jì)、時(shí)間覆蓋性能指標(biāo)設(shè)計(jì)和物理覆蓋性能指標(biāo)設(shè)計(jì)；然后綜合考慮遙感衛(wèi)星物理性能約束條件和氣象約束條件進(jìn)行不同區(qū)域尺度下的遙感衛(wèi)星有效覆蓋仿真計(jì)算，包括小尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算、中等尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算和大尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算。本發(fā)明使得仿真計(jì)算結(jié)果更加精確，更接近于實(shí)際，同時(shí)提高了仿真計(jì)算的效率。
【專利說明】
-種顧及區(qū)域尺度的遙感衛(wèi)星有效覆蓋仿真計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于遙感對地觀測效能評估領(lǐng)域，設(shè)及一種遙感對地觀測有效覆蓋指標(biāo)構(gòu) 成及仿真計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 有效覆蓋是衛(wèi)星系統(tǒng)中經(jīng)常設(shè)及到的一個(gè)概念，它反映了衛(wèi)星系統(tǒng)切實(shí)能夠探測 到目標(biāo)信號的地面覆蓋狀態(tài)。
[0003] 導(dǎo)航領(lǐng)域的學(xué)者針對導(dǎo)航信號有效覆蓋的范圍進(jìn)行了研究，準(zhǔn)確的分析了信號覆 蓋范圍。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有效覆蓋的仿真分析，為覆蓋控制策略的設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)的保障。
[0004] 在遙感對地觀測領(lǐng)域，戴金海、賀勇軍等首先提出了 "有效覆蓋"運(yùn)一概念，即在特 定觀測任務(wù)下，能夠滿足一定的時(shí)間、空間和物理?xiàng)l件的，使遙感衛(wèi)星系統(tǒng)確實(shí)能夠探測到 目標(biāo)信號的衛(wèi)星對地覆蓋狀態(tài)?；谟行Ц采w的遙感對地觀測仿真計(jì)算對于遙感性能的評 估具有重要的意義，使得對于衛(wèi)星觀測能力的評估結(jié)果更加精確，更接近于實(shí)際行業(yè)的應(yīng) 用需要。
[0005] 根據(jù)《高分二期遙感應(yīng)用部口觀測任務(wù)匯總》報(bào)告中對遙感衛(wèi)星觀測的需求(示例 如表1)，對地觀測有效覆蓋性能可W從空間覆蓋性能、時(shí)間覆蓋性能、物理覆蓋性能=方面 進(jìn)行度量。
[0006] 表1遙感衛(wèi)星對地觀測需求
[0007] Tab.!Requirements of optical remote sensing satellite for land observation
[000引
[00091
[0010]其中空間覆蓋性能描述對地觀測系統(tǒng)對目標(biāo)區(qū)域的地理空間（面積)覆蓋情況，時(shí) 間覆蓋性能是為了確定對地觀測系統(tǒng)對于目標(biāo)區(qū)域的回歸、重訪等時(shí)間覆蓋情況，物理覆 蓋性能是為了確定對地觀測系統(tǒng)對于目標(biāo)區(qū)域的觀測手段、觀測光譜等物理覆蓋狀態(tài)。
[0011] 當(dāng)前，國內(nèi)外專家學(xué)者在遙感對地觀測覆蓋仿真計(jì)算方面已做了大量的研究。美 國STK軟件的覆蓋計(jì)算模塊，能夠計(jì)算衛(wèi)星側(cè)擺與視場角約束下的對地覆蓋參數(shù)；法國 SYSTEMA能夠計(jì)算衛(wèi)星在不同空間環(huán)境狀況下的對地覆蓋情況，該軟件具有空間環(huán)境的分 析功能;JAVANBARG B M等用層次分析-模糊綜合評估法(AHP-FCE)評估了天基對地觀測系 統(tǒng)效能，并研究了氣候因素對于環(huán)境評估的影響。在國內(nèi)，戴金海、賀勇軍等設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了 多衛(wèi)星系統(tǒng)綜合建模與仿真環(huán)境，給出了基于仿真的系統(tǒng)效能測度的求解方法和基本模 型。并設(shè)計(jì)了"池中投石法"、"油環(huán)點(diǎn)火法"、"逐步吸收法"等多種仿真計(jì)算方法來計(jì)算對地 覆蓋參數(shù)。張倩等研究了特定區(qū)域的空域覆蓋性能計(jì)算與評價(jià)方法，運(yùn)些研究均取得了一 定的成果。
[0012] 然而，上述研究中的對地觀測有效覆蓋計(jì)算方法，其本質(zhì)是基于星下點(diǎn)軌跡的理 想覆蓋，用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ图尤爰s束因子進(jìn)行覆蓋效率估算，進(jìn)而計(jì)算有效覆蓋參數(shù)，并未考慮衛(wèi) 星數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸、電力供應(yīng)和觀測幾何等物理約束條件，也未顧及不同區(qū)域尺度對于 有效覆蓋指標(biāo)參數(shù)的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 針對現(xiàn)有技術(shù)中基于理想狀態(tài)下的對地觀測有效覆蓋計(jì)算方法所導(dǎo)致的傳感器 地面覆蓋與實(shí)際觀測區(qū)域有效覆蓋存在較大的差異，本發(fā)明提出了一種基于全球、全國、重 點(diǎn)城市（如武漢)=種不同區(qū)域尺度的有效覆蓋，分析其各自的指標(biāo)構(gòu)成，綜合考慮遙感衛(wèi) 星數(shù)據(jù)存儲能力、星地?cái)?shù)據(jù)傳輸能力等物理性能參數(shù)和觀測區(qū)域云、雨、雪等氣象條件的約 束，計(jì)算遙感衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋性能參數(shù)的方法。
[0014] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種顧及區(qū)域尺度的遙感衛(wèi)星有效覆蓋仿真計(jì)算方 法，其特征在于，包括W下步驟：
[0015] 步驟1:遙感對地觀測有效覆蓋性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)，包括空間覆蓋性能指標(biāo)設(shè)計(jì)、時(shí) 間覆蓋性能指標(biāo)設(shè)計(jì)和物理覆蓋性能指標(biāo)設(shè)計(jì)；
[0016] 步驟2:綜合考慮遙感衛(wèi)星物理性能約束條件和氣象約束條件，進(jìn)行不同區(qū)域尺度 下的遙感衛(wèi)星有效覆蓋仿真計(jì)算，包括小尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算、中等 尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算和大尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算。
[0017] 作為優(yōu)選，步驟1中所述空間覆蓋性能指標(biāo)包括累計(jì)年有效覆蓋面積、有效全覆蓋 概率和單天有效覆蓋面積;所述時(shí)間覆蓋性能指標(biāo)包括有效全覆蓋周期;所述物理覆蓋性 能指標(biāo)包括空間分辨率和譜段范圍。
[0018] 作為優(yōu)選，步驟2中所述小尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算，其具體實(shí)現(xiàn) 包括W下子步驟：
[0019] 步驟Al:擬合小尺度區(qū)域(重點(diǎn)城市)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)和氣象臺發(fā)布的重點(diǎn)觀測區(qū)域 云量、雨量數(shù)據(jù)，得到重點(diǎn)觀測區(qū)域云量覆蓋面積；
[0020] 步驟A2:仿真計(jì)算理想覆蓋面積；
[0021 ]步驟A3:根據(jù)步驟Al和步驟A2的結(jié)果，統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到遙感衛(wèi)星有效覆蓋性能指標(biāo)。
[0022] 作為優(yōu)選，步驟2中所述中尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算，其具體實(shí)現(xiàn) 包括W下子步驟：
[0023] 步驟BI:疊置求交待觀測區(qū)域(全國）圖層和衛(wèi)星傳感器理想覆蓋條帶，獲得觀測 區(qū)域與衛(wèi)星傳感器理想覆蓋條帶相交區(qū)域圖層；
[0024] 步驟B2:疊置求交經(jīng)締度網(wǎng)格點(diǎn)圖層和步驟Bl獲得的圖層，獲得觀測區(qū)域與覆蓋 條帶橡膠區(qū)域包含的經(jīng)締度網(wǎng)格點(diǎn)；
[0025] 步驟B3:疊置求交待觀測區(qū)域圖層和經(jīng)締度網(wǎng)格點(diǎn)圖層，獲得觀測區(qū)域包含的經(jīng) 締度網(wǎng)格點(diǎn)；
[00%]步驟B4:考慮衛(wèi)星數(shù)據(jù)存儲能力、星地?cái)?shù)據(jù)傳輸能力、衛(wèi)星單圈最大觀測時(shí)長、衛(wèi) 星觀測太陽高度角等物理約束條件和氣象臺站歷年降雨、云量數(shù)據(jù)等氣象約束條件，結(jié)合 步驟B2和步驟B3的結(jié)果，獲得有效覆蓋物理性能約束系數(shù)和有效覆蓋氣象約束系數(shù)；
[0027] 步驟B5:根據(jù)步驟B4的結(jié)果統(tǒng)計(jì)計(jì)算有效覆蓋性能指標(biāo)。
[0028] 作為優(yōu)選，步驟2中所述大尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算，其具體實(shí)現(xiàn) 包括W下子步驟：
[0029] 步驟Cl:疊置求交全球區(qū)域圖層和衛(wèi)星傳感器理想覆蓋條帶，獲得全球區(qū)域與衛(wèi) 星傳感器理想覆蓋條帶相交區(qū)域圖層；
[0030] 步驟C2:疊置求交經(jīng)締度網(wǎng)格點(diǎn)圖層和步驟Cl獲得的圖層，獲得全球區(qū)域與覆蓋 條帶橡膠區(qū)域包含的經(jīng)締度網(wǎng)格點(diǎn)；
[0031] 步驟C3:疊置求交全球區(qū)域圖層和經(jīng)締度網(wǎng)格點(diǎn)圖層，獲得全球區(qū)域包含的經(jīng)締 度網(wǎng)格點(diǎn)；
[0032] 步驟C4:考慮衛(wèi)星數(shù)據(jù)存儲能力、星地?cái)?shù)據(jù)傳輸能力、衛(wèi)星單圈最大觀測時(shí)長、衛(wèi) 星觀測太陽高度角等物理約束條件和全球氣候帶降雨及云量數(shù)據(jù)等氣象約束條件，結(jié)合步 驟C2和步驟C3的結(jié)果，獲得有效覆蓋物理性能約束系數(shù)和有效覆蓋氣象約束系數(shù)；
[0033] 步驟巧:根據(jù)步驟C4的結(jié)果統(tǒng)計(jì)計(jì)算有效覆蓋性能指標(biāo)。
[0034] 本發(fā)明參考表1中遙感衛(wèi)星對地觀測的需求提出了基于物理約束條件和氣象約束 條件的遙感衛(wèi)星有效覆蓋指標(biāo)，系統(tǒng)考慮了衛(wèi)星數(shù)據(jù)存儲能力、星地?cái)?shù)據(jù)傳輸能力、衛(wèi)星單 圈最大觀測時(shí)間、衛(wèi)星觀測太陽高度角等物理量的約束，考慮云雨雪等氣象條件對于觀測 區(qū)域地面覆蓋的影響，并顧及不同的區(qū)域尺度給出了計(jì)算遙感衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋性能 參數(shù)的方法，使得仿真計(jì)算結(jié)果更加精確，更接近于實(shí)際，同時(shí)提高了仿真計(jì)算的效率。
【附圖說明】
[0035] 圖1本發(fā)明實(shí)施例的流程圖；
[0036] 圖2本發(fā)明實(shí)施例的小尺度區(qū)域?qū)Φ赜^測有效覆蓋仿真計(jì)算流程圖；
[0037] 圖3本發(fā)明實(shí)施例的中等尺度區(qū)域?qū)Φ赜^測有效覆蓋仿真計(jì)算流程圖；
[0038] 圖4本發(fā)明實(shí)施例的大尺度區(qū)域?qū)Φ赜^測有效覆蓋仿真計(jì)算流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā) 明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0040] 請見圖1、圖2、圖3和圖4,本發(fā)明提出了一種基于全球、全國、重點(diǎn)觀測城市（如武 漢)=種不同區(qū)域尺度的有效覆蓋，分析其各自的指標(biāo)構(gòu)成，綜合考慮遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)存儲能 力、星地?cái)?shù)據(jù)傳輸能力等物理性能參數(shù)和觀測區(qū)域云、雨、雪等氣象條件的約束，計(jì)算遙感 衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋性能參數(shù)的方法，其具體實(shí)現(xiàn)包括W下步驟：
[0041 ]步驟1:遙感對地觀測有效覆蓋性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)；
[0042] 根據(jù)表1中遙感衛(wèi)星對地觀測的需求，從空間覆蓋性能、時(shí)間覆蓋性能、物理覆蓋 性能=方面進(jìn)行指標(biāo)設(shè)計(jì)：
[0043] 空間覆蓋性能描述對地觀測系統(tǒng)對目標(biāo)區(qū)域的面積覆蓋情況，主要考慮W下方 面：
[0044] ①對地觀測系統(tǒng)在一定時(shí)間段內(nèi)對于觀測區(qū)域的累計(jì)有效覆蓋面積，該指標(biāo)可設(shè) 計(jì)為:累計(jì)年有效覆蓋面積。
[0045] ②對地觀測系統(tǒng)在一定時(shí)間段內(nèi)對于觀測區(qū)域的累計(jì)有效覆蓋面積百分比，該指 標(biāo)可設(shè)計(jì)為:年覆蓋面積百分比。然而，由于本發(fā)明的有效覆蓋計(jì)算模型加入觀測區(qū)域氣象 條件的約束，而氣象條件具有不確定性，故本發(fā)明用年有效全覆蓋概率來替代。
[0046] ③對地觀測系統(tǒng)在一定時(shí)間段內(nèi)對于觀測區(qū)域的覆蓋面積;針對表1需求，該指標(biāo) 可設(shè)計(jì)為:單天有效覆蓋面積。
[0047] 時(shí)間覆蓋性能是為了確定對地觀測系統(tǒng)對于目標(biāo)區(qū)域的時(shí)間覆蓋情況，主要從W 下方面考慮:對地觀測系統(tǒng)對于目標(biāo)觀測區(qū)域的有效全覆蓋周期。
[0048] 物理覆蓋性能是為了確定對地觀測系統(tǒng)對于目標(biāo)區(qū)域的物理覆蓋狀態(tài)，主要從W 下兩方面考慮：
[0049] ①空間分辨率是否滿足應(yīng)用需求。
[0050] ②譜段范圍是否滿足應(yīng)用需求。
[0051 ]遙感對地觀測有效覆蓋性能指標(biāo)計(jì)算方法請見表2;
[0052]表2遙感對地觀測有效覆蓋性能指標(biāo)
[0055] -般情況下，有效覆蓋仿真計(jì)算是針對全球或者全國區(qū)域進(jìn)行的，但是，隨著對地
[0化3]
[0化4] 觀測空間分辨率的提高，對于省級城市級別的中小尺度觀測區(qū)域評估需求日益凸顯。小尺 度觀測區(qū)域有效覆蓋仿真計(jì)算需要精確模型，而精確模型較復(fù)雜，且計(jì)算量大，并不適用于 計(jì)算大尺度區(qū)域的有效覆蓋。因此，本發(fā)明根據(jù)觀測區(qū)域的大小分成了小尺度、中等尺度和 大尺度區(qū)域下的有效覆蓋計(jì)算。
[0056] 當(dāng)觀測區(qū)域?yàn)樾〕叨葏^(qū)域時(shí)，主要考慮觀測區(qū)域氣象約束的影響，將小尺度重點(diǎn) 觀測區(qū)域抽象成一個(gè)點(diǎn)，仿真計(jì)算對地觀測理想覆蓋性能指標(biāo)參數(shù)；當(dāng)觀測區(qū)域?yàn)橹械瘸?度區(qū)域時(shí)，需同時(shí)考慮衛(wèi)星物理性能約束和觀測區(qū)域氣象約束，對于衛(wèi)星的物理性能約束， 需考慮衛(wèi)星的數(shù)據(jù)存儲能力、星地?cái)?shù)據(jù)傳輸能力、衛(wèi)星單圈最大觀測時(shí)長、衛(wèi)星觀測太陽高 度角等參數(shù)，對于觀測區(qū)域的氣象約束，可參考中國氣象科學(xué)共享服務(wù)網(wǎng)提供的全國區(qū)域 (1度Xl度)降雨及云量數(shù)據(jù)，仿真計(jì)算有效覆蓋性能指標(biāo)參數(shù)；當(dāng)觀測區(qū)域?yàn)榇蟪叨葏^(qū)域 時(shí)，需同時(shí)考慮衛(wèi)星物理性能約束和觀測區(qū)域氣象約束，此時(shí)物理性能約束與中尺度區(qū)域 情況下考慮的相同，而氣象約束條件，用1度Xl度的格網(wǎng)會導(dǎo)致數(shù)據(jù)量過大過于復(fù)雜不利 于計(jì)算，因此本發(fā)明將全球觀測區(qū)域按全球氣候帶進(jìn)行劃分，綜合考慮氣候帶類降雨及云 量信息，仿真計(jì)算有效覆蓋性能指標(biāo)參數(shù)。將全球觀測區(qū)域分成5度X5度大尺度格網(wǎng)，仿真 計(jì)算對地觀測理想覆蓋性能指標(biāo)參數(shù)。主要技術(shù)流程將在隨后的【具體實(shí)施方式】中加W闡 述。
[0057] 步驟2:綜合考慮遙感衛(wèi)星物理性能約束條件和氣象約束條件，進(jìn)行不同區(qū)域尺度 下的遙感衛(wèi)星有效覆蓋仿真計(jì)算，包括小尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算、中等 尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算和大尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算。 [005引1)本發(fā)明所研究的考慮遙感衛(wèi)星物理性能約束條件主要包括衛(wèi)星數(shù)據(jù)存儲能力、 星地?cái)?shù)據(jù)傳輸能力、衛(wèi)星單圈最大觀測時(shí)長、衛(wèi)星觀測太陽高度角。
[0化9] 太舊高度巧計(jì)貸公式
[0060]
：1)
[0061 ] 其中，S為太陽赤紳，單為觀測地地理紳度。
[0062] 根據(jù)遙感衛(wèi)星對地觀測過程，設(shè)計(jì)基于物理性能約束下的遙感衛(wèi)星有效覆蓋計(jì)算 方法如下：
[0063] ①衛(wèi)星在仿真時(shí)間段內(nèi)運(yùn)行圈數(shù)為D，其在仿真時(shí)間段內(nèi)對于目標(biāo)區(qū)域每圈觀測 時(shí)長t(x，y，z，w)，其中，X為衛(wèi)星數(shù)據(jù)存儲量約束，本發(fā)明中該約束指標(biāo)可設(shè)計(jì)為:數(shù)據(jù)存儲 量(G)，y為星地?cái)?shù)據(jù)傳輸能力約束，本發(fā)明中該約束指標(biāo)可設(shè)計(jì)為：衛(wèi)星數(shù)據(jù)下傳速度 (Mbps), Z為衛(wèi)星單圈最大觀測時(shí)長約束，本發(fā)明中該約束指標(biāo)可設(shè)計(jì)為:衛(wèi)星單圈最大觀 測時(shí)長(S)，w為衛(wèi)星理想覆蓋下單圈對地觀測成像時(shí)間，衛(wèi)星在過境地面接收站時(shí)，可W將 數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬲尽Ｐl(wèi)星理想覆蓋單圈對地觀測成像時(shí)間可由衛(wèi)星理想覆蓋仿真計(jì)算得 出，單圈數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間也可通過仿真地面站對于衛(wèi)星的可見性和衛(wèi)星鏈路余量計(jì)算得出。
[0064] 衛(wèi)星在成像的第一圈內(nèi)對于目標(biāo)區(qū)域的觀測時(shí)間ti，則ti的最大值為 [00化]ti=min(x/vXs,z,wi) (2)
[0066] 其中，V為單景影像的數(shù)據(jù)量(G)，s為單景影像成像時(shí)間（S)。*1為理想覆蓋下，第 一圈時(shí)，衛(wèi)星對地觀測成像時(shí)間。
[0067] ②若tnKx，則衛(wèi)星在第二圈內(nèi)觀測時(shí)間最大值 [006引 t2=min[min(x-tiv+mm,x)/vXs,z,W2] (3)
[0069] 若tiv = X，則衛(wèi)星在第二圈觀測時(shí)間值
[0070] t2=min[min(nim,x)/vXs,z,W2) (4)
[0071] 其中，V為每張衛(wèi)星影像的數(shù)據(jù)量，S為單景影像所需成像時(shí)間，m為衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸 速率，m為衛(wèi)星第一圈數(shù)據(jù)傳輸時(shí)長，該指標(biāo)可由地面站對于衛(wèi)星的可見性與鏈路余量仿 真計(jì)算得出，W2為理想覆蓋下，第二圈時(shí)，衛(wèi)星對地觀測成像時(shí)間。
[0072] ③W此類推，若tD-nKx，則衛(wèi)星在第D圈觀測時(shí)間最大值
[0073] tD=min[min(x-tD-iv+郵-迎,x)/v X S ,Z ,WD] (5)
[0074] 若tD-iv = X，則衛(wèi)星在第D天觀測時(shí)間最大值
[0075] tD=min[min(郵-im,x)/v X S ,Z ,WD) (6)
[0076] 其中，V為每張衛(wèi)星影像的數(shù)據(jù)量，S為單景影像所需成像時(shí)間，m為衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸 速率，郵-1為衛(wèi)星第D-I圈數(shù)據(jù)傳輸時(shí)長，WD為理想覆蓋下第D圈時(shí)，衛(wèi)星對地觀測成像時(shí)間。
[0077] ④計(jì)算基于衛(wèi)星物理性能約束下的遙感衛(wèi)星單圈平均成像時(shí)間。
[007引 (7)
[0079] ⑤計(jì)算衛(wèi)星物理性能約束下的遙感衛(wèi)星單圈平均成像時(shí)間與理想覆蓋下單圈平 均成像時(shí)間的比例系數(shù)k，即為有效覆蓋物理性能約束系數(shù)。
[0080]
(8)
[0081] 其中，Wave為理想覆蓋下單圈平均成像時(shí)間，可通過仿真計(jì)算獲得。
[0082] 2)小尺度區(qū)域的衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算
[0083] 對于小尺度區(qū)域的對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算，由于覆蓋區(qū)域的面積較小，遙感 衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)一次成像，故不考慮衛(wèi)星數(shù)據(jù)存儲能力、星地?cái)?shù)據(jù)傳輸能力、衛(wèi)星單圈最大觀測 時(shí)長、衛(wèi)星觀測太陽高度角等物理約束帶來的影響，主要考慮觀測區(qū)域氣象約束的影響。
[0084] 將小尺度重點(diǎn)觀測區(qū)域抽象成一個(gè)點(diǎn)。根據(jù)氣象數(shù)據(jù)庫中的氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果， 結(jié)合待觀測區(qū)域的氣候類型，平均和統(tǒng)計(jì)該地區(qū)氣候規(guī)律數(shù)據(jù)；
[0085] 根據(jù)現(xiàn)有的衛(wèi)星參數(shù)，在考慮衛(wèi)星測擺的情況下，仿真計(jì)算該點(diǎn)理想覆蓋情況下 的覆蓋面積Saabc;
[0086] 根據(jù)衛(wèi)星影像含云量大于20%即不予發(fā)布判定該觀測區(qū)域是否達(dá)到有效覆蓋。根 據(jù)衛(wèi)星影像的景中屯、經(jīng)締度信息W及氣象臺站的地理位置經(jīng)締度信息，計(jì)算得到距離衛(wèi)星 影像景中屯、最近的地面臺站，由該臺站發(fā)布的該點(diǎn)歷年日降雨、云量信息W及該日衛(wèi)星載 荷的實(shí)際影像數(shù)據(jù)上的云量，擬合出該氣象站所統(tǒng)計(jì)的氣象數(shù)據(jù)與遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)含云 量之間的關(guān)系，利用擬合關(guān)系結(jié)果，對運(yùn)類區(qū)域的有效覆蓋受云量的影響可W直接由氣象 臺站所觀測到的地面總云量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到云量覆蓋面積SgMBC。
[0087] 利用仿真計(jì)算結(jié)果求得每次衛(wèi)星過境時(shí)的氣象約束系數(shù)。
[008引
[0089]其中SiMBC表示第i次衛(wèi)星過境時(shí)理想覆蓋情況下的覆蓋面積，SiMB壇表示第i次衛(wèi) 星過境時(shí)由氣象臺站所觀測到的地面總云量數(shù)據(jù)得到的云量覆蓋面積，n表示一年內(nèi)有效 覆蓋的總次數(shù)。
[0090] 計(jì)算氣象約束系數(shù)
[0091]
[0092] 其中ki表示第i次衛(wèi)星過境時(shí)的氣象約束系數(shù)，n表示一年內(nèi)有效覆蓋的總次數(shù)。
[0093] 考慮氣象約束條件，計(jì)算遙感衛(wèi)星有效覆蓋性能指標(biāo)：
[0094] ①累計(jì)年有效覆蓋面積
[0095]
[0096] 其中k是氣象約束系數(shù)，SiMBG表示第i次衛(wèi)星過境時(shí)理想覆蓋情況下的覆蓋面積， n表示一年內(nèi)有效覆蓋的總次數(shù)。
[0097] 單天有效覆蓋面積
[0098
[0099] 其中k是氣象約束系數(shù)，SiMBG表示第i次衛(wèi)星過境時(shí)理想覆蓋情況下的覆蓋面積， n表示一年內(nèi)有效覆蓋的總次數(shù)。
[0100] 3)中等尺度區(qū)域的衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算
[0101] 對于全國中等尺度區(qū)域的對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算，需同時(shí)考慮衛(wèi)星物理性能 約束和觀測區(qū)域氣象約束。按步驟2計(jì)算得到有效覆蓋物理性能約束系數(shù)k。
[0102] 本發(fā)明中氣象約束分析與計(jì)算過程中主要考慮的氣象因素為云量和雨雪。結(jié)合遙 感對地觀測覆蓋模型，計(jì)算對地觀測有效覆蓋性能指標(biāo)，進(jìn)而評估對地觀測衛(wèi)星有效覆蓋 性能。
[0103] 依據(jù)氣象臺站歷年留存的大量氣象數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)得到對地觀測需求區(qū)域的氣象規(guī) 律;并運(yùn)用云、雨影響下的遙感衛(wèi)星有效覆蓋計(jì)算方法，結(jié)合遙感對地觀測區(qū)域理想覆蓋情 況，進(jìn)一步計(jì)算觀測區(qū)域氣候約束下的遙感衛(wèi)星有效覆蓋結(jié)果。
[0104] 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂芍?，?dāng)日降雨量大于5mm時(shí)，衛(wèi)星將無法獲取地面觀測數(shù)據(jù)，即無 法實(shí)現(xiàn)對地面的有效覆蓋，當(dāng)日云量大于20 %時(shí)，衛(wèi)星不滿足影像發(fā)布指標(biāo)，我們認(rèn)為，亦 無法實(shí)現(xiàn)對于地面的有效覆蓋。故若僅考慮氣象因素對于遙感衛(wèi)星有效覆蓋的影響，設(shè)計(jì) 基于氣象約束下的遙感衛(wèi)星有效覆蓋計(jì)算方法如下：
[0105] 首先將觀測區(qū)域按照中國氣象科學(xué)共享服務(wù)網(wǎng)提供的全國區(qū)域降雨及云量數(shù)據(jù) 集網(wǎng)格大小的標(biāo)準(zhǔn)劃分成m個(gè)等間距的網(wǎng)格（1度Xl度），即GW-l，GW-2，...GW-m，對于某一 個(gè)區(qū)域網(wǎng)格如GW-I，根據(jù)衛(wèi)星傳感器覆蓋仿真計(jì)算結(jié)果，該網(wǎng)格區(qū)域在一年內(nèi)每個(gè)月被覆 蓋的次數(shù)分別為m、n2、n3……rm次，由氣象模型信息，假定其在各年中每個(gè)月內(nèi)的降雨及云 量是恒定的，則該網(wǎng)格區(qū)域在各月中每次理想覆蓋過境時(shí)能被觀測到的概率為P1、P2、 P3……P12,其中，P1、P2、P3……P12為根據(jù)多年氣象數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)的平均概率，該格網(wǎng)在一年 內(nèi)每次理想覆蓋過境平均能被觀測到的概率為PCW-I
[0106] ,13 )
[0107]計(jì)算網(wǎng)裕區(qū)域在某個(gè)月內(nèi)至少能被觀測到一次的概率
[010 引 庇孤-1=1-(1-巧)"' (14)
[0109] 其中，i = l，2,3,……12。
[0110] 同理，計(jì)算網(wǎng)格區(qū)域GW-I在一年內(nèi)至少能被觀測到一次的概率
[0111]
(15)
[0112]計(jì)算觀測區(qū)域在一年內(nèi)至少能被觀測到一次的概率
[0 …]
(16)
[0114] 計(jì)算氣象條件約束下的遙感衛(wèi)星平均成像概率P，即為氣象約束系數(shù)
[0115] (17)
[0116] 其中，PGW-I為網(wǎng)格點(diǎn)i 一年內(nèi)每次理想覆蓋過境平均能被觀測到的概率，m為觀測 區(qū)域格網(wǎng)點(diǎn)數(shù)目。
[0117] 考慮物理約束條件和氣象約束條件，計(jì)算遙感衛(wèi)星有效覆蓋性能指標(biāo)：
[0118] 化夏化巧動悪蓋而庶S。一
[0119] (18)
[0120] 其中，Sacc為理想覆蓋累積覆蓋面積，m為觀測區(qū)域格網(wǎng)點(diǎn)數(shù)目，PGW-功各格網(wǎng)點(diǎn)在 一年內(nèi)每次理想覆蓋過境平均能被觀測到的概率，ti為衛(wèi)星每圈的觀測時(shí)間，Wi為衛(wèi)星理想 覆蓋下單圈對地觀測成像時(shí)間。
[0121] ②年有效全覆蓋概率plGWlOO%
[0122 (19)
[0123] 其中，Plcw-I為各格網(wǎng)點(diǎn)在一年內(nèi)至少能被觀測到一次的概率。
[0124] ③單天有效覆蓋面積Seff
[0125] <20
[01%]其中，S為理想覆蓋單天覆蓋面積，m為觀測區(qū)域格網(wǎng)點(diǎn)數(shù)目，PGW-I為各格網(wǎng)點(diǎn)在一 年內(nèi)每次理想覆蓋過境平均能被觀測到的概率，ti為衛(wèi)星每圈的觀測時(shí)間，Wi為衛(wèi)星理想覆 蓋下單圈對地觀測成像時(shí)間。
[0127]④有效全覆蓋周期teff
[012 引
。1)
[0129] 其中，tper為理想覆蓋全覆蓋周期，m為觀測區(qū)域格網(wǎng)點(diǎn)數(shù)目，PGW-功各格網(wǎng)點(diǎn)在一 年內(nèi)每次理想覆蓋過境平均能被觀測到的概率，ti為衛(wèi)星每圈的觀測時(shí)間，Wi為衛(wèi)星理想覆 蓋下單圈對地觀測成像時(shí)間。
[0130] 4)大尺度區(qū)域的衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算
[0131] 對于全球大尺度區(qū)域的對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算，需同時(shí)考慮衛(wèi)星物理性能約 束和觀測區(qū)域氣象約束。按步驟2計(jì)算得到有效覆蓋物理性能約束系數(shù)k。
[0132] 而氣象約束條件，用1度X 1度的格網(wǎng)劃分會導(dǎo)致計(jì)算量過大而影響計(jì)算效率，因 此我們將全球觀測區(qū)域按全球氣候帶進(jìn)行劃分，綜合考慮氣候帶降雨及云量信息，構(gòu)建大 尺度區(qū)域下影響有效覆蓋的氣象模型。將全球觀測區(qū)域分成5度X5度大尺度格網(wǎng)，運(yùn)用網(wǎng) 格點(diǎn)統(tǒng)計(jì)法，進(jìn)行空間疊置分析，仿真計(jì)算對地觀測理想覆蓋性能指標(biāo)參數(shù)。
[0133] 首先將觀測區(qū)域劃分成m個(gè)等間距的網(wǎng)格(5度X5度），即GW-l，GW-2，...GW-m，對 于某一個(gè)區(qū)域網(wǎng)格如GW-I，根據(jù)衛(wèi)星傳感器覆蓋仿真計(jì)算結(jié)果，該網(wǎng)格區(qū)域在一年內(nèi)每個(gè) 月被覆蓋的次數(shù)分別為m、n2、n3……rm次，由氣象模型信息，假定其在各年中每個(gè)月內(nèi)的降 雨及云量是恒定的，則該網(wǎng)格區(qū)域在各月中每次理想覆蓋過境時(shí)能被觀測到的概率為P1、 P2、P3......P12,其中，Pl、P2、P3......P12為根據(jù)多年氣象數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)的平均概率，該格網(wǎng)在一 年內(nèi)每次理想覆蓋過境平均能被觀測到的概率為PCW-I
[0134]
(22>
[0135] 計(jì)算網(wǎng)格區(qū)域在某個(gè)月內(nèi)至少能被觀測到一次的概率
[0136]
(23)
[0137] 其中，i = l，2,3,……12。
[0138] 同理，計(jì)算網(wǎng)格區(qū)域GW-I在一年內(nèi)至少能被觀測到一次的概率
[01 例
(24)
[0140]計(jì)算觀測區(qū)域在一年內(nèi)至少能被觀測到一次的概率 [014。
（游)
[0142]計(jì)算氣象條件約束下的遙感衛(wèi)星平均成像概率P，即為氣象約束系數(shù)
[0143； (26)
[0144] 其中，PGW-I為網(wǎng)格點(diǎn)i 一年內(nèi)每次理想覆蓋過境平均能被觀測到的概率，m為觀測 區(qū)域格網(wǎng)點(diǎn)數(shù)目。
[0145] 考慮物理約束條件和氣象約束，計(jì)算遙感衛(wèi)星有效覆蓋性能指標(biāo)。
[0146] ①累計(jì)年有效覆蓋面積Sacf
[0147] 指7)
[014引其中，Sacc為理想覆蓋累積覆蓋面積，m為觀測區(qū)域格網(wǎng)點(diǎn)數(shù)目，PGW-功各格網(wǎng)點(diǎn)在 一年內(nèi)每次理想覆蓋過境平均能被觀測到的概率，ti為衛(wèi)星每圈的觀測時(shí)間，Wi為衛(wèi)星理想 覆蓋下單圈對地觀測成像時(shí)間。
[0149] ③年有效令悪蓋概率dIgwioo%
[0150] (28)
[0151] 其中，plGW-i為各格網(wǎng)點(diǎn)在一年內(nèi)至少能被觀測到一次的概率。
[0152] ③單天有效覆蓋面積Seff
[0153' (29)
[0154]其中，S為理想覆蓋單天覆蓋面積，m為觀測區(qū)域格網(wǎng)點(diǎn)數(shù)目PGW-I為各格網(wǎng)點(diǎn)在一 年內(nèi)每次理想覆蓋過境平均能被觀測到的概率，ti為衛(wèi)星每圈的觀測時(shí)間，Wi為衛(wèi)星理想覆 蓋下單圈對地觀測成像時(shí)間。
[01W]其中，p2cw-i為各格網(wǎng)點(diǎn)在一年內(nèi)至少能被觀測到兩次的概率。
[0156] ④有效全覆蓋周期teff
[0157]
C 30)：
[0158] 其中，tper為理想覆蓋全覆蓋周期，m為觀測區(qū)域格網(wǎng)點(diǎn)數(shù)目，PGW-I為各格網(wǎng)點(diǎn)在一 年內(nèi)每次理想覆蓋過境平均能被觀測到的概率，ti為衛(wèi)星每圈的觀測時(shí)間，Wi為衛(wèi)星理想覆 蓋下單圈對地觀測成像時(shí)間。
[0159] 應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
[0160] 應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本 發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán) 利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可W做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā) 明的請求保護(hù)范圍應(yīng)W所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種顧及區(qū)域尺度的遙感衛(wèi)星有效覆蓋仿真計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1:遙感對地觀測有效覆蓋性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)，包括空間覆蓋性能指標(biāo)設(shè)計(jì)、時(shí)間覆 蓋性能指標(biāo)設(shè)計(jì)和物理覆蓋性能指標(biāo)設(shè)計(jì)； 步驟2:綜合考慮遙感衛(wèi)星物理性能約束條件和氣象約束條件，進(jìn)行不同區(qū)域尺度下的 遙感衛(wèi)星有效覆蓋仿真計(jì)算，包括小尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算、中等尺度 區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算和大尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顧及區(qū)域尺度的遙感衛(wèi)星有效覆蓋仿真計(jì)算方法，其特征在 于:步驟1中所述空間覆蓋性能指標(biāo)包括累計(jì)年有效覆蓋面積、有效全覆蓋概率和單天有效 覆蓋面積;所述時(shí)間覆蓋性能指標(biāo)包括有效全覆蓋周期;所述物理覆蓋性能指標(biāo)包括空間 分辨率和譜段范圍。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顧及區(qū)域尺度的遙感衛(wèi)星有效覆蓋仿真計(jì)算方法，其特征在 于，步驟2中所述小尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算，其具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步 驟： 步驟Al:擬合觀測城市區(qū)域衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)和氣象臺發(fā)布的觀測城市區(qū)域云量、雨量數(shù) 據(jù)，得到觀測城市區(qū)域云量覆蓋面積； 步驟A2:仿真計(jì)算理想覆蓋面積； 步驟A3:根據(jù)步驟Al和步驟A2的結(jié)果，統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到遙感衛(wèi)星有效覆蓋性能指標(biāo)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顧及區(qū)域尺度的遙感衛(wèi)星有效覆蓋仿真計(jì)算方法，其特征在 于，步驟2中所述中尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算，其具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步 驟： 步驟BI:疊置求交全國區(qū)域圖層和衛(wèi)星傳感器理想覆蓋條帶，獲得觀測區(qū)域與衛(wèi)星傳 感器理想覆蓋條帶相交區(qū)域圖層； 步驟B2:疊置求交經(jīng)煒度網(wǎng)格點(diǎn)圖層和步驟Bl獲得的圖層，獲得全國區(qū)域與覆蓋條帶 橡膠區(qū)域包含的經(jīng)煒度網(wǎng)格點(diǎn)； 步驟B3:疊置求交全國區(qū)域圖層和經(jīng)煒度網(wǎng)格點(diǎn)圖層，獲得觀測區(qū)域包含的經(jīng)煒度網(wǎng) 格點(diǎn)； 步驟M:綜合考慮遙感衛(wèi)星物理性能約束條件和氣象約束條件，結(jié)合步驟B2和步驟B3 的結(jié)果，獲得有效覆蓋物理性能約束系數(shù)和有效覆蓋氣象約束系數(shù);所述遙感衛(wèi)星物理性 能約束條件包括衛(wèi)星數(shù)據(jù)存儲能力、星地?cái)?shù)據(jù)傳輸能力、衛(wèi)星單圈最大觀測時(shí)長、衛(wèi)星觀測 太陽高度角，所述氣象約束條件包括氣象臺站歷年降雨、云量數(shù)據(jù)； 步驟B5:根據(jù)步驟B4的結(jié)果統(tǒng)計(jì)計(jì)算有效覆蓋性能指標(biāo)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顧及區(qū)域尺度的遙感衛(wèi)星有效覆蓋仿真計(jì)算方法，其特征在 于，步驟2中所述大尺度區(qū)域衛(wèi)星對地觀測有效覆蓋仿真計(jì)算，其具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步 驟： 步驟Cl:疊置求交全球區(qū)域圖層和衛(wèi)星傳感器理想覆蓋條帶，獲得全球區(qū)域與衛(wèi)星傳 感器理想覆蓋條帶相交區(qū)域圖層； 步驟C2:疊置求交經(jīng)煒度網(wǎng)格點(diǎn)圖層和步驟Cl獲得的圖層，獲得全球區(qū)域與覆蓋條帶 橡膠區(qū)域包含的經(jīng)煒度網(wǎng)格點(diǎn)； 步驟C3:疊置求交全球區(qū)域圖層和經(jīng)煒度網(wǎng)格點(diǎn)圖層，獲得全球區(qū)域包含的經(jīng)煒度網(wǎng) 格點(diǎn)； 步驟C4:綜合考慮遙感衛(wèi)星物理性能約束條件和氣象約束條件，結(jié)合步驟C2和步驟C3 的結(jié)果，獲得有效覆蓋物理性能約束系數(shù)和有效覆蓋氣象約束系數(shù);所述遙感衛(wèi)星物理性 能約束條件包括衛(wèi)星數(shù)據(jù)存儲能力、星地?cái)?shù)據(jù)傳輸能力、衛(wèi)星單圈最大觀測時(shí)長、衛(wèi)星觀測 太陽高度角，所述氣象約束條件包括氣象臺站歷年降雨、云量數(shù)據(jù)； 步驟C5:根據(jù)步驟C4的結(jié)果統(tǒng)計(jì)計(jì)算有效覆蓋性能指標(biāo)。
【文檔編號】G06F17/50GK105956225SQ201610243055
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】巫兆聰, 巫遠(yuǎn), 林志勇, 張熠, 楊帆, 高飛
【申請人】武漢大學(xué)