红外卫星能力预示的计算和展示方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种红外卫星能力预示的计算和展示方法及系统，包括：步骤S1：获取红外卫星轨道参数，生成两行根数；步骤S2：根据两行根数参数进行红外卫星轨道位置递推，计算任务区域可观测时间；步骤S3：根据任务区域可观测时间，计算红外卫星可支持的任务容量；步骤S4：展示红外卫星可用能力资源；步骤S5：生成红外卫星能力资源请求。本发明专利技术完成红外卫星能力预示的计算和展示方法，能够对红外卫星能力计算、预示，以及工程中的应用起到支撑作用；能够支撑用户准确把握红外卫星的态势和能力，更快捷、有效、准确地批量化提出任务需求，支撑航天装备在各领域的高效应用。装备在各领域的高效应用。装备在各领域的高效应用。

【技术实现步骤摘要】
红外卫星能力预示的计算和展示方法及系统


[0001]本专利技术涉及卫星应用领域，具体地，涉及一种红外卫星能力预示的计算和展示方法及系统。

技术介绍

[0002]卫星探测越来越多的应用到大地资源普查、农作物估产、环境探测和灾害预报的方方面面，时间分辨率和区域定制化卫星观测要求不断提高，采用红外体制的卫星，能够具备全天时工作能力，具备对空对地两种探测模式，具备一定的星上处理能力，但应用方对卫星的过境时间和探测能力缺少直观的展示平台，也缺乏对卫星资源请求的规范，国内尚未有专利或文献阐述。
[0003]当前对于红外卫星的任务规划仍采用用户提出事件需求，卫星方一事一论的传统方法，用户对卫星可提供的能力信息几何没有了解途径，导致任务协调过程中无效工作、重复工作屡屡发生，时间冗长效率较低，且不能充分发挥卫星的任务能力，在航天装备研制和应用跨越式发展的今天，已成为卫星应用领域的瓶颈之一。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种红外卫星能力预示的计算和展示方法及系统。
[0005]根据本专利技术提供的一种红外卫星能力预示的计算和展示方法，包括：
[0006]步骤S1：获取红外卫星轨道参数，生成两行根数；
[0007]步骤S2：根据两行根数参数进行红外卫星轨道位置递推，计算任务区域可观测时间；
[0008]步骤S3：根据任务区域可观测时间，计算红外卫星可支持的任务容量；
[0009]步骤S4：展示红外卫星可用能力资源；
[0010]步骤S5：生成红外卫星能力资源请求。
[0011]优选地，在所述步骤S1中：
[0012]选择轨道升交点地理经度，确定升交点地理经度允许的范围：
[0013]通过导航系统实测的位置速度逆向迭代计算方法，得到短时两行根数，方法如下：
[0014]步骤S1.1：记录根据卫星星上导航设备输出的时刻t、位置R、速度V；
[0015]步骤S1.2：根据二体运动，从R、V反算卫星轨道六根数Root0(a，e，i，Ω，ω，M)；
[0016]其中，a为轨道半长轴，e为轨道偏心率，i为轨道倾角，Ω为轨道升交点赤经，ω为轨道近地点辐角，M为平近点角；
[0017]步骤S1.3：根据两行根数的定义，将开普勒轨道六根数Root0转换为初值两行根数TLE0，计算TLE0对应的卫星位置R0和速度V0；
[0018]步骤S1.4：求出实际值与计算值的偏差dR0、dV0；
[0019]步骤S1.5：求卫星位置和速度偏差dR、dV相对于开普勒轨道六根数Root0的梯度矩
阵H0，并计算出卫星根数改进值：dσ＝[dR0，dV0]/H0；
[0020]步骤S1.6：求改进后的开普勒轨道六根数：Root1＝Root0+dσ；
[0021]步骤S1.7：用Root1代替Root0，重复步骤S1.3到步骤S1.6，由Root1计算出Root2，由Root2计算出Root3，由Root3计算出Root4，由Root4计算出Root
s
，经过五次迭代计算出Root5，并根据Root5生成两行根数；
[0022]步骤S1.8：对于小偏心率圆轨道，采用e
x
＝e
×
sin(ω)，e
y
＝e
×
cos(ω)代替e，ω，进行开普勒轨道六根数的梯度矩阵计算和迭代计算，完成五次迭代后再转为e，ω，代入两行根数。
[0023]优选地，在所述步骤S2中：
[0024]红外卫星轨道位置递推，采用两行根数参数和开源sgp4轨道递推方法，计算出卫星在惯性系和地固系的位置、速度，根据红外卫星载荷的能力要素，提出各种工程应用限制条件的计算方法，计算卫星对任务区域的最大可观测时间；
[0025]红外卫星轨道位置递推和任务区域可观测时间计算，具体为：
[0026]步骤S2.1：采用sgp4程序和卫星两行根数，计算卫星未来一天内的位置、速度；
[0027]步骤S2.2：将任务区域Z进行离散化，生成点集合S＝{a|a在区域Z内}，作为任务区域点集合；
[0028]步骤S2.3：针对对地模式，根据谱段可见性和目标信杂比计算可见性，具体计算如下：
[0029][0030][0031][0032]其中，E
in
为目标入瞳能量，E为目标辐射能量，μ为透过率，M
in
为入瞳有效口径面积，L为距离，SNR为信噪比，ε为相机等效入瞳噪声，SCR为信杂比，Eb为背景区域入瞳能量；当SNR＞6时，判断谱段可见；SCR＞4时，判断目标可探；
[0033]步骤S2.4：针对对空模式，除考虑谱段可见性外，还考虑红外载荷阳光规避角、大气遮挡高度，具体计算如下：
[0034]目标SNR和步骤S2.3中对地模式计算一样；
[0035]红外载荷阳光规避角约束为：
[0036]∠OSS≤P
°
[0037]其中，∠OSS为卫星至目标射线、卫星至太阳射线形成的实际角度，P为红外载荷阳光规避角；
[0038]大气遮挡高度满足下列两者之一：
[0039][0040]或
[0041]其中，Hm为遮挡高度，Re为地球半径，p为计算过程中的比例因子，R
w
为卫星位置矢量，R
o
为目标位置矢量，H为卫星至目标射线切地球临边高度；
[0042]步骤S2.5：根据卫星轨道位置递推结果和任务区域离散化结果，按照步骤S2.3、步骤S2.4中的约束计算出卫星对各个区域的最大可观测时间M。
[0043]优选地，在所述步骤S3中：
[0044]结合星上能源消耗、姿态控制、指向控制、处理能力，综合规划多个红外卫星可支持的目标容量和对应任务分配；
[0045]根据卫星处理对探测积累的最小时间和指向时间，分析卫星的多任务区域探测能力。
[0046]卫星处理对探测积累的最小时间为T
min
，指向时间为90
°
/s分钟，在最大可观测时间M分钟内，可处理的任务区域容量N满足：
[0047]N
×
(T
min
+s)≤M
[0048]优选地，在所述步骤S4中：
[0049]红外卫星可用能力资源展示，采用点线结合的方法，可工作的时间段采用线表示，事件、环境切换采用点表示，通过不同深浅和颜色表示时间前后，不同的粗细表示可执行能力和实际任务；
[0050]在所述步骤S5中：
[0051]红外卫星能力资源请求生成中，基于需求和卫星能力预示、任务优化，梳理并提出卫星资源请求的要素，给出卫星资源请求的数据集：
[0052]卫星资源请求数据集包括任务区域、载荷谱段、探测时间、数据频率、是否切片、是否连续、建议卫星编号、建议载荷编号和数据接收单元。
[0053]根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外卫星能力预示的计算和展示方法，其特征在于，包括：步骤S1：获取红外卫星轨道参数，生成两行根数；步骤S2：根据两行根数参数进行红外卫星轨道位置递推，计算任务区域可观测时间；步骤S3：根据任务区域可观测时间，计算红外卫星可支持的任务容量；步骤S4：展示红外卫星可用能力资源；步骤S5：生成红外卫星能力资源请求。2.根据权利要求1所述的红外卫星能力预示的计算和展示方法，其特征在于，在所述步骤S1中：选择轨道升交点地理经度，确定升交点地理经度允许的范围：通过导航系统实测的位置速度逆向迭代计算方法，得到短时两行根数，方法如下：步骤S1.1：记录根据卫星星上导航设备输出的时刻t、位置R、速度V；步骤S1.2：根据二体运动，从R、V反算卫星轨道六根数Root0(a，e，i，Ω，ω，M)；其中，a为轨道半长轴，e为轨道偏心率，i为轨道倾角，Ω为轨道升交点赤经，ω为轨道近地点辐角，M为平近点角；步骤S1.3：根据两行根数的定义，将开普勒轨道六根数Root0转换为初值两行根数TLE0，计算TLE0对应的卫星位置R0和速度V0；步骤S1.4：求出实际值与计算值的偏差dR0、dV0；步骤S1.5：求卫星位置和速度偏差dR、dV相对于开普勒轨道六根数Root0的梯度矩阵H0，并计算出卫星根数改进值：dσ＝[dR0，dV0]/H0；步骤S1.6：求改进后的开普勒轨道六根数：Root1＝Root0+dσ；步骤S1.7：用Root1代替Root0，重复步骤S1.3到步骤S1.6，由Root1计算出Root2，由Root2计算出Root3，由Root3计算出Root4，由Root4计算出Root5，经过五次迭代计算出Root5，并根据Root5生成两行根数；步骤S1.8：对于小偏心率圆轨道，采用ex＝e
×
sin(ω)，e
y
＝e
×
cos(ω)代替e，ω，进行开普勒轨道六根数的梯度矩阵计算和迭代计算，完成五次迭代后再转为e，ω，代入两行根数。3.根据权利要求1所述的红外卫星能力预示的计算和展示方法，其特征在于，在所述步骤S2中：红外卫星轨道位置递推，采用两行根数参数和开源sgp4轨道递推方法，计算出卫星在惯性系和地固系的位置、速度，根据红外卫星载荷的能力要素，提出各种工程应用限制条件的计算方法，计算卫星对任务区域的最大可观测时间；红外卫星轨道位置递推和任务区域可观测时间计算，具体为：步骤S2.1：采用sgp4程序和卫星两行根数，计算卫星未来一天内的位置、速度；步骤S2.2：将任务区域Z进行离散化，生成点集合S＝{a|a在区域Z内}，作为任务区域点集合；步骤S2.3：针对对地模式，根据谱段可见性和目标信杂比计算可见性，具体计算如下：
其中，E
in
为目标入瞳能量，E为目标辐射能量，μ为透过率，M
in
为入瞳有效口径面积，L为距离，SNR为信噪比，ε为相机等效入瞳噪声，SCR为信杂比，Eb为背景区域入瞳能量；当SNR＞6时，判断谱段可见；SCR＞4时，判断目标可探；步骤S2.4：针对对空模式，除考虑谱段可见性外，还考虑红外载荷阳光规避角、大气遮挡高度，具体计算如下：目标SNR和步骤S2.3中对地模式计算一样；红外载荷阳光规避角约束为：∠OSS≤P
°
其中，∠OSS为卫星至目标射线、卫星至太阳射线形成的实际角度，P为红外载荷阳光规避角；大气遮挡高度满足下列两者之一：或其中，Hm为遮挡高度，Re为地球半径，p为计算过程中的比例因子，R
w
为卫星位置矢量，R
o
为目标位置矢量，H为卫星至目标射线切地球临边高度；步骤S2.5：根据卫星轨道位置递推结果和任务区域离散化结果，按照步骤S2.3、步骤S2.4中的约束计算出卫星对各个区域的最大可观测时间M。4.根据权利要求1所述的红外卫星能力预示的计算和展示方法，其特征在于，在所述步骤S3中：结合星上能源消耗、姿态控制、指向控制、处理能力，综合规划多个红外卫星可支持的目标容量和对应任务分配；根据卫星处理对探测积累的最小时间和指向时间，分析卫星的多任务区域探测能力。卫星处理对探测积累的最小时间为T
min
，指向时间为90
°
/s分钟，在最大可观测时间M分钟内，可处理的任务区域容量N满足：N
×
(T
min
+s)≤M5.根据权利要求1所述的红外卫星能力预示的计算和展示方法，其特征在于：在所述步骤S4中：红外卫星可用能力资源展示，采用点线结合的方法，可工作的时间段采用线表示，事件、环境切换采用点表示，通过不同深浅和颜色表示时间前后，不同的粗细表示可执行能力和实际任务；在所述步骤S5中：红外卫星能力资源请求生成中，基于需求和卫星能力预示、任务优化，梳理并提出卫星
资源请求的要素，给出卫星资源请求的数据集：卫星资源请求数据集包括任务区域、载荷谱段、探测时间、数据频率、是否切片、是否连续、建议卫星编号、建议载荷编号和数据接收单元。6.一种红外卫星能力预...

【专利技术属性】
技术研发人员：白沁园，颜寒阳，俞阳，刘西，张伟芳，
申请(专利权)人：上海机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：