一种基于高分系列卫星的协同观测方法与流程

1.本发明涉及卫星观测技术领域，具体是涉及一种基于高分系列卫星的协同观测方法。


背景技术：

2.中国高分系列卫星是"高分专项"所规划的高分辨率对地观测的系列卫星。它是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020年)》所确定的16个重大专项之一。该专项系统于2010年经过国务院批准启动实施。
3.截止到目前(2020
‑
10)为止，高分系列已经从高分一号发展到高分十三号，其中：“高分一号”、“高分二号”、“高分六号”、“高分八号”、“高分十一号”、“高分十三号”为光学遥感卫星；“高分三号”、“高分十号”、“高分十二号”为微波遥感卫星；“高分四号”为地球同步轨道上的光学卫星，可见光和多光谱分辨率优于50m，红外谱段分辨率优于400m；“高分五号”不仅装有高光谱相机，而且拥有多部大气环境和成分探测设备，如可以间接测定pm2.5的气溶胶探测仪；“高分七号”则属于高分辨率空间立体测绘卫星；“高分九号”是我国首颗敏捷卫星，卫星与相机采用了多项新技术，可实现卫星快速机动、稳定成像的功能，相机可实现全色分辨率0.5米，多光谱分辨率2米。
4.我国的高分系列卫星覆盖了从全色、多光谱到高光谱，从光学到雷达，从太阳同步轨道到地球同步轨道等多种类型，构成了一个具有高空间分辨率、高时间分辨率和高光谱分辨率能力的对地观测系统。
5.但对于高分系列卫星的协同观测技术，仍然存在观测不佳及协同不及时的问题。


技术实现要素：

6.本发明解决的技术问题是：对于高分系列卫星的协同观测技术，仍然存在观测不佳及协同不及时的问题。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种基于高分系列卫星的协同观测方法，包括以下步骤：
9.s1、建立卫星观测模型，所述卫星观测模型包括：轨道计算模型、卫星星下点经纬度计算模型、卫星覆盖区域模型，其中：所述轨道计算模型采用开普勒基本问题的经典求解模型计算标称开普勒轨道，所述卫星星下点经纬度计算模型通过开普勒方程计算星下点位置，所述卫星覆盖区域模型通过与地面联络进行覆盖区的确定；
10.s2、任务管理发布模块选定观测的高分系列卫星；
11.s3、卫星轨道预报模块分析与仿真预测遥感卫星区域覆盖，并结合所观测高分卫星相对应的观测产品，预测卫星经过站点的时间；
12.s4、任务发布模块通过邮件或短信通知相关观测站点，在站点确认后进行协同观测。
13.进一步地，步骤s1中，所述轨道计算模型提及开普勒基本问题的经典求解模型为：
[0014][0015]
其中：
[0016][0017][0018][0019][0020]
而：
[0021]
r＝a(1
‑
emxcosδe emysinδe)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0022][0023][0024]
为偏近点角增量，满足kepler方程：
[0025][0026][0027]
a为轨道半长轴，t0为给定时间，为t0时刻卫星所在位置，为t0时刻卫星的速度，t为当前时间，为t时刻卫星所在位置，为t时刻卫星的速度，标称kepler轨道的具体计算步骤如下：
[0028]
s111、由式(10)计算a，由式(7)计算emx，由式(8)计算emy；
[0029]
s112、运用迭代法计算δe；
[0030]
s113、由式(2)计算f，由式(3)计算由式(4)计算g，由式(5)计算由式(6)计算r；
[0031]
s114、由式(1)计算
[0032]
进一步地，步骤s1中，所述卫星星下点经纬度计算模型计算过程包括以下步骤：
[0033]
s121、已知t0时期的六个椭圆轨道根数a、e、i、ω、ω、τ和格林尼治恒星时s
g0
，其中，a轨道长半轴，e为轨道偏心率，i为卫星运动轨道面与赤道面的夹角，ω为自春分点算起卫星轨道升交点n的赤道经度，ω为轨道近地点极角，τ为卫星过近地点时刻，可按下述步骤计算星下点轨迹：
[0034]
s122、通过解开普勒方程计算卫星在t时刻偏近点角e，其中，开普勒方程为：
[0035]
e－esine＝m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0036]
式中e为偏近点角，m为平近点角，都是从椭圆轨道的近地点开始起算，沿逆时针方向为正；
[0037]
s123、计算卫星真近点角f与纬度幅角u，计算公式为：
[0038][0039]
u＝ω f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0040]
s124、计算星下点位置地理经纬度计算公式为：
[0041][0042]
σ＝arcsin(sini*sinu)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0043]
λ为星下点经度，为星下点纬度，ω
e
为地球自转角速度，s
g0
为t0时刻格林尼治恒星时，为升交点赤经变化率。
[0044]
进一步地，所述s1步骤中，所述卫星星下点经纬度计算模型计算过程为：
[0045]
特定时刻覆盖区的面积和边界直接取决于卫星此时距离地表的高度、星下点经纬度以及最小视角，其中，球冠的半中心角d决定了覆盖区面积的大小，球冠半中心角d的计算公式如下：
[0046]
d＝π/2
‑
γ
‑
arcsin(r/(r h)cosγ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0047]
其中，r为地球半径，h为卫星距地表高度，γ为最小视角，
[0048]
由此便可以确定覆盖区的面积，上式中：γ为最小视角；r为地球平均半径；h为卫星距地表的高度，为了确定覆盖区的边界，可以采用下面的计算公式：
[0049][0050]
其中，为卫星星下点经度，λ
s
为卫星星下点纬度，λ为地理经度，为地理纬度。
[0051]
更进一步地，步骤s2中，高分卫星的选取范围为：高分一号到高分七号卫星。
[0052]
优选地，步骤s3中，所述高分卫星相对应的观测产品为高分共性产品。
[0053]
优选地，高分共性产品包括：几何产品、辐射基础产品、土地覆盖/土地利用产品、能量平衡参量产品、植被参量产品、水分参量产品、大气参数产品。
[0054]
优选地，协同观测方法的软件部分基于卫星观测系统，所述卫星观测系统包括：
[0055]
用于搭载卫星观测模型并对卫星位置进行计算、预测卫星经过站点时间的卫星轨道预报模块，
[0056]
用于通知相关观测站点进行卫星协同观测、选定观测卫星的任务管理发布模块，
[0057]
用于对观测站点信息进行管理的站点管理模块。
[0058]
进一步优选地，卫星观测系统还包括：用于存储历史数据的数据库。
[0059]
本发明的有益效果是：
[0060]
本协同方法是基于我国国产高分卫星的协同观测方法，通过轨道预报通过统一调度和信息发布，组织各个站点同步开展日常常规的高分同步观测和加强期的星机地观测试验，确保同步观测顺利进行。在科学布局站点基础上，获取稳定、连续的观测数据；通过观测任务的合理分配，开展各站点的高分卫星同步观测和长期连续观测。为45种共性产品的真实性检验奠定基础，推动高分共性产品真实性检验场站网高效率的运行。
附图说明
[0061]
图1是实施例1卫星观测系统的框架图；
[0062]
图2是实施例2的流程图。
具体实施方式
[0063]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0064]
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
[0065]
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述
……
，但这些
……
不应限于这些术语。这些术语仅用来将
……
区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一
……
也可以被称为第二
……
，类似地，第二
……
也可以被称为第一
……
。
[0066]
实施例1
[0067]
如图1所示，一种卫星观测系统，包括：
[0068]
用于搭载卫星观测模型并对卫星位置进行计算、预测卫星经过站点时间的卫星轨道预报模块，
[0069]
用于通知相关观测站点进行卫星协同观测、选定观测卫星的任务管理发布模块，
[0070]
用于对观测站点信息进行管理的站点管理模块。
[0071]
实施例2
[0072]
如图2所示，本实施例为软件部分基于实施例1的一种于高分系列卫星的协同观测方法，包括以下步骤：
[0073]
s1、建立卫星观测模型，所述卫星观测模型包括：轨道计算模型、卫星星下点经纬度计算模型、卫星覆盖区域模型，其中：所述轨道计算模型采用开普勒基本问题的经典求解模型计算标称开普勒轨道，所述卫星星下点经纬度计算模型通过开普勒方程计算星下点位置，所述卫星覆盖区域模型通过与地面联络进行覆盖区的确定，
[0074]
其中，轨道计算模型提及开普勒基本问题的经典求解模型为：
[0075][0076]
其中：
[0077][0078]
[0079][0080][0081]
而：
[0082]
r＝a(1
‑
emxcosδe emysinδe)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0083][0084][0085]
为偏近点角增量，满足kepler方程：
[0086][0087][0088]
a为轨道半长轴，t0为给定时间，为t0时刻卫星所在位置，为t0时刻卫星的速度，t为当前时间，为t时刻卫星所在位置，为t时刻卫星的速度，标称kepler轨道的具体计算步骤如下：
[0089]
s111、由式(10)计算a，由式(7)计算emx，由式(8)计算emy；
[0090]
s112、运用迭代法计算δe；
[0091]
s113、由式(2)计算f，由式(3)计算由式(4)计算g，由式(5)计算由式(6)计算r；
[0092]
s114、由式(1)计算
[0093]
卫星星下点经纬度计算模型计算过程包括以下步骤：
[0094]
s121、已知t0时期的六个椭圆轨道根数a、e、i、ω、ω、τ和格林尼治恒星时s
g0
，其中，a轨道长半轴，e为轨道偏心率，i为卫星运动轨道面与赤道面的夹角，ω为自春分点算起卫星轨道升交点n的赤道经度，ω为轨道近地点极角，τ为卫星过近地点时刻，可按下述步骤计算星下点轨迹：
[0095]
s122、通过解开普勒方程计算卫星在t时刻偏近点角e，其中，开普勒方程为：
[0096]
e－esine＝m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0097]
式中e为偏近点角，m为平近点角，都是从椭圆轨道的近地点开始起算，沿逆时针方向为正；
[0098]
s123、计算卫星真近点角f与纬度幅角u，计算公式为：
[0099][0100]
u＝ω f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0101]
s124、计算星下点位置地理经纬度计算公式为：
[0102][0103]
σ＝arcsin(sini*sinu)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0104]
λ为星下点经度，为星下点纬度，ω
e
为地球自转角速度，s
g0
为t0时刻格林尼治恒星时，为升交点赤经变化率；
[0105]
卫星星下点经纬度计算模型计算过程为：
[0106]
特定时刻覆盖区的面积和边界直接取决于卫星此时距离地表的高度、星下点经纬度以及最小视角，其中，球冠的半中心角d决定了覆盖区面积的大小，球冠半中心角d的计算公式如下：
[0107]
d＝π/2
‑
γ
‑
arcsin(r/(r h)cosγ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0108]
其中，r为地球半径，h为卫星距地表高度，γ为最小视角，
[0109]
由此便可以确定覆盖区的面积，上式中：γ为最小视角；r为地球平均半径；h为卫星距地表的高度，为了确定覆盖区的边界，可以采用下面的计算公式：
[0110][0111]
其中，为卫星星下点经度，λs为卫星星下点纬度，λ为地理经度，为地理纬度；
[0112]
s2、任务管理发布模块选定观测的高分系列卫星；
[0113]
s3、卫星轨道预报模块分析与仿真预测遥感卫星区域覆盖，并结合所观测高分卫星相对应的观测产品，预测卫星经过站点的时间；
[0114]
s4、任务发布模块通过邮件或短信通知相关观测站点，在站点确认后进行协同观测。
[0115]
此外，高分卫星的选取范围为：高分一号到高分七号卫星，硬件部分为高分卫星相对应的观测产品为高分共性产品，高分共性产品是指超过2个行业专题产品生产所需要的输入且可利用同步实测数据进行真实性检验的定量化遥感产品，具体内容如表1所示。
[0116]
表1高分共性产品表
[0117]
[0118]