基于卫星轨道特性的快速目标访问计算方法与流程

本发明涉及卫星任务规划技术领域尤其涉及一种基于卫星轨道特性的快速目标访问计算方法。

背景技术：

随着我国在轨卫星数量的不断增多，用户对多星多目标任务的需求逐渐加强。相比于观测任务的规划阶段，在筹划阶段，对卫星观测可见性的精度要求并不是很高，但是对卫星观测时效性的要求很高，需要快速获取出卫星对目标的可见性信息。

获取卫星对地面目标时间窗口的传统方法，是对卫星星下点数据进行跟踪采样，逐次判断各采样点处卫星对目标的可见时间窗口。获取结果虽然精确，但是算法效率很低，无法满足筹划阶段多颗卫星并发快速获取的需求。

国内对卫星对地面目标观测时间窗口获取的研究相对较少，获取方法各有不足，有的需要构建复杂的获取模型，通过获取分析才能得到结果；有的需要先卫星覆盖区域提前获取、量化至网格中，然后遍历边界网格的覆盖网格检索得到结果；还有的需要海量搜索卫星的星历星下点数据后才能进行访问获取。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于卫星轨道特性的快速目标访问计算方法，其旨在解决现有卫星对地面目标时间窗口获取复杂和工程不易实施等技术问题。

为达到上述目的，本发明提供的方案是：

本发明的目的在于提供一种基于卫星轨道特性的快速目标访问计算方法，包括如下步骤：

根据卫星的轨道特性，得到卫星在一个完整轨道回归周期内的轨道分布规律；

根据所述轨道分布规律，计算卫星在一个完整轨道回归周期内所有的轨道日标识；

从所述所有的轨道日标识中选取第一轨道日标识；

根据第一目标的位置，判断所述第一轨道日标识是否可以访问所述第一目标；

获取卫星对第二目标的历史访问计算结果，得到所述历史访问计算结果对应的第二轨道日标识与所述历史访问计算结果的对应关系；

根据所述第二轨道日标识与所述历史访问计算结果的关系，确定第一轨道日标识对应的访问计算结果。

可选地，步骤还包括：根据所述卫星的回归周期和所述第一轨道日标识的访问计算结果，计算得到卫星可以访问所述第一目标的所有访问计算结果。

可选地，所述判断所述第一轨道日标识是否可以访问所述第一目标的步骤包括：

获取所述第一轨道日标识与所述第二轨道日标识之间的第一距离；

根据所述第一距离，获取所述第一轨道日标识与所述第一目标之间的第二距离；

判断所述第二距离是否在所述最大可观测幅宽内；

根据判断结果，确定所述第一轨道日标识是否可以访问所述第一目标。

可选地，所述确定所述第一轨道日标识是否可以访问所述第一目标；

若所述第三距离小于或者等于所述最大可观测幅宽的一半，则所述第一轨道日标识可以访问所述第一目标；

若所述第三距离大于所述最大可观测幅宽的一半，则所述第一轨道日标识不能访问所述第一目标。

可选地，所述获取所述第一轨道日标识与所述第二轨道日标识之间的第一距离的步骤包括：

获取所述第一目标所在维度对应的第一基本子交点距；

根据所述第一轨道日标识、第二轨道日标识和所述第一基本子交点距获取所述第一距离。

可选地，所述获取所述第一目标所在维度对应的第一基本子交点距的步骤包括：

采集第一基础信息，所述第一基础信息包括卫星每日绕行星飞行的圈数和行星的半径；

根据所述第一基础信息，获取卫星在纬度为零时的第二基本子交点距；

根据所述第二基本子交点距和所述第一目标所在的纬度，获取所述第一目标所在纬度对应的所述第一基本子交点距。

可选地，所述第二距离根据所述第一轨道日标识、所述第二轨道日标识和所述第一目标在所述轨道分布规律上的位置关系得出。

可选地，所述位置关系包括，所述第一轨道日标识在所述第二轨道日标识与所述目标之间；或者，

所述第二轨道日标识在所述第一轨道日标识与所述第一目标之间；或者，所述第一目标在所述第一轨道日标识和所述第二轨道日标识之间。

可选地，获取卫星的最大可观测幅宽的步骤包括：

采集第二基础信息，所述第二基础信息包括卫星的轨道高度、最大侧摆角和视场角；

根据所述的第二基础信息，获得所述最大可观测幅宽根据。

可选地，所述卫星在一个完整轨道回归周期内所有的轨道日标识按次序排列。

本发明提供的一种基于卫星轨道特性的快速目标访问计算方法，包括如下步骤：根据卫星的轨道特性，得到卫星在一个完整轨道回归周期内的轨道分布规律；根据所述轨道分布规律，计算卫星在一个完整轨道回归周期内所有的轨道日标识；从所述所有的轨道日标识中选取第一轨道日标识；根据第一目标的位置，判断所述第一轨道日标识是否可以访问所述第一目标；获取卫星对第二目标的历史访问计算结果，得到所述历史访问计算结果对应的第二轨道日标识与所述历史访问计算结果的对应关系；根据所述第二轨道日标识与所述历史访问计算结果的关系，确定第一轨道日标识对应的访问计算结果。本发明方法极大地提高了可见目标的获取速度，可快速获取出卫星一个完整轨道回归周期内对目标的所有可访问获取结果，可实现多星对多目标的快速访问计算。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于卫星轨道特性的快速目标访问计算方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的判断第一轨道日标识是否可以访问第一目标的流程图；

图3是本发明实施例提供的获取第一距离的流程图；

图4是本发明实施例提供的获取第一基本子交点距的流程图；

图5是本发明实施例提供的获取最大可观测幅宽的流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1-5所示，本发明实施例提供的基于卫星轨道特性的快速目标访问计算方法，包括如下步骤：

步骤s101、根据卫星的轨道特性，得到卫星在一个完整轨道回归周期内的轨道分布规律；

步骤s102、根据轨道分布规律，计算卫星在一个完整轨道回归周期内所有的轨道日标识；

步骤s103、从所有的轨道日标识中选取第一轨道日标识；

步骤s104、根据第一目标的位置，判断第一轨道日标识是否可以访问第一目标；

步骤s105、获取卫星对第二目标的历史访问计算结果，得到历史访问计算结果对应的第二轨道日标识与历史访问计算结果的对应关系；

步骤s106、根据第二轨道日标识与历史访问计算结果的关系，确定第一轨道日标识对应的访问计算结果。

本发明实施例提供的基于卫星轨道特性的快速目标访问计算方法，通过卫星的轨道特性，得到卫星的轨道分布，再计算卫星在一个完整轨道回归周期内的所有轨道日标识，并将所有的轨道日标识列为一个集合，从而通过查询卫星访问第二目标的历史访问计算结果，查询得到轨道日标识与行星上的时刻的对应关系，进而得到判断出可以访问第一目标的轨道日标识所对应的时刻，即最终的访问计算结果。

在本实施例中，基于卫星轨道特性的快速目标访问计算方法的步骤还包括：步骤s107、根据卫星的回归周期和第一轨道日标识的访问计算结果，计算得到卫星可以访问第一目标的所有访问计算结果。将已经得到的一个完整的轨道回归周期内所有可以访问第一目标的访问计算结果，通过卫星的回归周期对应的天数，可以推导出卫星可以访问第一目标的所有时间。

在本实施例中，第一目标为待访问的目标，第二目标为有历史访问记录的目标；第一轨道日标识为一个完整轨道回归周期内任意一个轨道日标识，第二轨道日标识有历史访问记录的为对第二目标可见的轨道日标识。其中，第一目标和第二目标可以为相同目标也可以为不同目标。需要说明的是，当第一目标与第二目标为相同目标时，在本发明提供的基于卫星轨道特性的快速目标访问计算方法的步骤中可以省略步骤s103和步骤s104，根据卫星的轨道周期天数，利用历史访问计算结果推算得出可以访问第一目标的所有时间。

本实施例在具体应用中，需要重复执行步骤103和步骤104，直至将该完整轨道周期内可以访问第一目标的所有轨道日标识都判断出为止。需要说明的是，在执行上述步骤s104时，若选择的第一轨道日标识不能访问第一目标，则终止程序。

在本实施例中，步骤s104中判断第一轨道日标识是否可以访问第一目标的步骤包括：

步骤s201、获取第一轨道日标识与第二轨道日标识之间的第一距离。

上述步骤s201中的第一距离是指，卫星在第一轨道日标识时飞行的轨道与在第二轨道日标识时飞行的轨道之间的距离，获取第一轨道日标识与第二轨道日标识之间的第一距离的步骤包括：

步骤s301、获取第一目标所在维度对应的第一基本子交点距。

上述步骤s301中的第一基本子交点距是指第一目标所在纬度的基本子交点距，获取第一目标所在维度对应的第一基本子交点距的步骤包括：

步骤s401、采集第一基础信息。

其中，第一基础信息包括卫星每日绕行星飞行的圈数和行星的半径。

步骤s402、根据第一基础信息，获取卫星在纬度为零时的第二基本子交点距。

上述步骤402中的第二基本子交点距是指，卫星在经历一个回归周期后，轨道会与回归周期的第一天重合，即纬度为零时的基本子交点距。具体地，第二基本子交点距等于地球的周长除以卫星在一个完整回归周期绕地球飞行的圈数。

步骤s403、根据第二基本子交点距和第一目标所在的纬度，获取第一目标所在纬度对应的第一基本子交点距。

具体地，可以通过第二基本子交点距和第一目标所在的纬度之间的函数关系，通过三角函数公式计算得出。

步骤s302、根据第一轨道日标识、第二轨道日标识和第一基本子交点距获取第一距离。

上述步骤s302中的第一距离可以根据第一轨道日标识、第二轨道日标识和第一基本子交点距获得，即第一距离等于第一基本子交点距与第一轨道日标识和第二轨道日标识差值的乘积。

步骤s202、根据第一距离，获取第一轨道日标识与第一目标之间的第二距离；

在本实施例中，第二距离根据第一轨道日标识、第二轨道日标识和第一目标在轨道分布规律上的位置关系得出。

上述步骤s202中的第二距离根据卫星在第一轨道日标识的飞行轨迹、第二轨道日标识的飞行轨迹和目标之间的位置关系可以得出。查询历史访问记录时，可以得到卫星在第二轨道日标识的飞行轨迹与第一目标之间的第三距离。第一轨道日标识的飞行轨迹可以位于第二轨道日标识的飞行轨迹和第一目标之间，也可以是第一目标在第一轨道日标识的飞行轨迹和第二轨道日标识的飞行轨迹之间，此时，第一距离与第三距离差值的绝对值与第二距离相等；第二轨道日标识的飞行轨迹还可以在第一轨道日标识的飞行轨迹和第一目标之间，此时，第三距离和第一距离之和与第二距离相同。

步骤s203、判断第二距离是否在最大可观测幅宽内；

上述步骤203中获取卫星的最大可观测幅宽的步骤包括：

步骤s501、采集第二基础信息。

其中，第二基础信息包括卫星的轨道高度、最大侧摆角和视场角。

步骤s502、根据的第二基础信息，获得最大可观测幅宽根据。

具体地，可以根据第二基础信息中卫星的轨道高度、最大侧摆角和视场角之间的函数关系，通过三角函数公式，计算得到卫星单次的最大可观测幅宽。

步骤s204、根据判断结果，确定第一轨道日标识是否可以访问第一目标。

判断第二距离是否在最大可观测幅宽内可以确定第一轨道日标识是否可以访问第一目标；

若第二距离小于或者等于最大可观测幅宽的一半，则第一轨道日标识可以访问第一目标；

若第二距离大于最大可观测幅宽的一半，则第一轨道日标识不能访问第一目标。

本发明提供的基于卫星轨道特性的快速目标访问计算方法，通过卫星的轨道特性，得到卫星的轨道分布，再计算卫星在一个完整轨道回归周期内的所有轨道日标识，从而通过查询卫星访问第二目标的历史访问计算结果，查询得到轨道日标识与行星上的时刻的对应关系，进而得到判断出可以访问第一目标的轨道日标识所对应的时刻，即最终的访问计算结果。极大地提高了可见目标的获取速度，可快速获取出卫星一个完整轨道回归周期内对目标的所有可访问获取结果，同时，在卫星数目多、目标数目多的情况下，本发明提供的卫星可见目标的获取方法获取速度远优于常规获取方法。

为了验证本发明方法计算速度远优于常规计算方法，特进行测试试验的验证。

在测试实验中，分别设定卫星数目,10、20、30、40，目标个数为10，其中目标为全球均匀分布，对30天内的观测时间窗口进行获取，比较了本发明方法和传统跟踪传播法的获取速度。

经过获取，本发明提供的卫星可见目标的获取方法和传统算法获取出的可见时间窗口个数相同，经统计，两种算法获取出的各时间窗口中心时刻误差在15秒内。

由于传统跟踪传播算法获取量大，获取时间在几十秒到百秒量级，而随着卫星数目增多，执行曲线近似呈指数增长；而本发明提供的卫星可见目标的获取方法的执行时间基本上随着卫星数目的增长无明显变化，且获取时间一直在毫米级，因此本发明算法能够有效处理多星对地面目标观测时间窗口的获取，优势明显。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。