[发明专利]遥感卫星复杂圆锥视场的区域目标可见窗口快速计算方法

说明书

本发明公开了一种遥感卫星复杂圆锥视场的区域目标可见窗口快速计算方法，计算效率在可见性判断上相比于传统的跟踪传播计算方法计算速度提升10^3倍数量级，在全局可见窗口计算上相较于传统方法提升10^5倍数量级。同时计算精度与STK相比相对误差在0.1％以内，符合工程实际要求；本发明提出方法通过拉格朗日插值得到卫星轨道信息，计算过程与轨道模型独立，可满足任意轨道模型，故本算法适用性更广泛；由于本方法将区域目标的边界描述为大圆弧，故区域目标的大小对本方法没有任何影响。相较于传统算法，本方法在大区域目标下的计算效率更高、精度更好。

技术领域

本发明属于遥感卫星成像技术领域，具体涉及一种遥感卫星复杂圆锥视场的区域目标可 见窗口快速计算方法。

背景技术

从现有研究来看，可见性问题最早聚焦在卫星对点目标的可见性。最一般的方法称之为 传播算法，即通过遍历离散时间步长进行逐一判断，这种方法计算准确，但计算效率低，常 在文献中作为对比算法。后续研究主要着力在改善计算量过大的问题。Lawton等对卫星-卫 星、卫星-点目标的可见性第一次提出使用视函数方法进行判断，使计算效率大大提升，但只 适用于小偏心率轨道，AliI等使用大圆弧近似轨道在一个周期下的星下点轨迹，模型简化、 计算效率高但只适用于低轨道卫星，Mai Y等考虑了卫星能够进行姿态机动下的可见窗口计 算，Han C等则在视函数的计算上采用Hermit插值方法，张锦绣等提出卫星在低纬度与高纬 度进行变步长的粗搜索方法。

然而，上述研究均为卫星对点目标可见窗口的计算方法，对于区域目标，现有研究较少， 且由于视场类型对区域目标可见性问题影响较大，原有方法不能直接推广。现有一些研究仍 是基于点目标的一种延伸，主要是对区域内部或区域边界进行采样从而近似求解，但这种方 式会导致计算量的显著增加。如文宋志明等不考虑卫星视场，直接将区域目标边界离散成点 目标后求其可见窗口的并集。汪荣峰等在计算过程中同时考虑了覆盖信息的情况。一些研究 则在计算过程中考虑怎样增大粗搜索范围，鄂智博等提出用二分法进行精确搜索以增大初始 搜索步长。可见，目前对于区域目标的可见性计算问题，尚未有一个较为通用高效的算法， 且上述研究涉及的视场类型只有圆锥、矩形视场。因此，提出一个适用于复杂圆锥视场的准 确、且高效的方法是非常必要的。

发明内容

本发明针对这一问题，提出了一种基于复杂圆锥视场的区域目标可见窗口半解析快速计 算方法，可以快速确定精确的区域目标可见窗口。

一种遥感卫星复杂圆锥视场的区域目标可见窗口计算方法，包括如下步骤：

步骤1、建立复杂圆锥视场的数学描述：复杂圆锥视场的内半锥角所对应的圆与外半锥 角所对应的圆在地球表面的投影为两个普通圆弧，最小时钟角和最大时钟角对应的两边在地 球表面的投影为两个大圆弧；其中，大圆弧的圆心与球心重合，圆周在地球表面上；普通圆 弧为圆周在地球上的除大圆弧之外的任意圆弧；

步骤2、建立区域目标的数学描述：区域目标是指地球表面的封闭凸多边形，凸多边形 的每一条边都是地球球体上的大圆弧；

步骤3、判断各时刻复杂圆锥视场投影在地球表面的可视区域A与区域目标所在区域B 之间是否有重叠区域，具体为：

(81)判断区域A是否在区域B内：

(811)针对区域B的每条边进行遍历，计算区域A相对该边的极限点；其中，极限点是 指区域A边界上最有可能在区域B外部的点；区域B每条边界边均对应一组极限点；

(812)针对区域B的每条边，判断其对应的极限点是否均在该边内侧，若存在一个极限 点不在该条边内侧，则退出，返回“否”，进入步骤(82)；

(813)若区域A上的所有极限点均在各自对应的区域B每条边的内侧，则该时刻区域A 在区域B内；

(82)判断区域A与区域B边界是否存在至少一个交点，如果是，则两区域有交点；若没有，则退出，返回“否”，进入步骤(83)；