一种用于遥感卫星覆盖分析的倾斜可扩展网格构建方法与流程

本发明涉及遥感卫星对地覆盖分析，特别是涉及一种用于遥感卫星覆盖分析的倾斜可扩展网格构建方法。

背景技术：

1、地球观测卫星通过获取地球表面指定区域的图像在各行各业中发挥作用。卫星覆盖分析是区域覆盖任务的基本性能评估元素之一，主要涉及卫星条带的面积计算。条带面积计算方式会决定星座的覆盖能力，从而影响最终覆盖方案的质量。基于网格的方法将区域目标表征为由一定大小单元格组成的离散网格。由于其良好的特性，已成为目前卫星覆盖分析中使用最广泛的方法。

2、最常用的离散网格是直接在地理(经纬度)坐标系上构建，这种方法简单、易于操作，但最严重的问题是此类基于圆柱等距投影的方法既非等角也非等面积，随着从赤道向两极移动，单元格在面积和形状上都变得越来越扭曲，使其难以应用于卫星覆盖问题。而且，由于该方法构建的网格不具备等面积特性，因此导致条带面积计算受经纬度变化的影响。此外，在低轨光学遥感卫星星座中各卫星轨道倾角十分相近，这意味着星座中所有星下点轨迹在二维经纬度平面上具有相似的斜率，而采用现有方法构建的网格相对于星下点轨迹是非倾斜的，从而导致条带对地覆盖面积小，降低了卫星区域覆盖方案的质量。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种用于遥感卫星覆盖分析的倾斜可扩展网格构建方法，旨在为精准、快速地完成条带对地覆盖面积的计算而构建一个倾斜可扩展的网格，进而辅助制定合理的覆盖方案。

2、为实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：

3、一种用于遥感卫星覆盖分析的倾斜可扩展网格构建方法，包括以下步骤：

4、步骤一：根据基于圆柱等面积投影的局部区域目标网格构建方法构建得到局部区域目标网格，或者从全球区域网格中提取局部区域目标网格；

5、所述基于圆柱等面积投影的局部区域目标网格构建方法包括以下步骤：

6、步骤s110：在wgs84坐标系下，对待覆盖的局部区域目标的经纬度矢量进行圆柱等面积投影，得到投影后的区域目标；

7、步骤s111：对星座中卫星星下点轨迹进行与步骤s110相同参数下的圆柱等面积投影，得到轨迹投影后的坐标；

8、步骤s112：根据轨迹投影后的坐标及待覆盖的局部区域目标的纬度范围确定网格斜率k，使网格方向最接近平行于星下点轨迹方向；

9、步骤s113：找到投影后的区域目标的斜率为k的最紧外接矩形；

10、步骤s114：根据星座中卫星最小幅宽及拍摄任务类型确定一级网格单元格的边长a；

11、步骤s115：在最紧外接矩形中以边长a直接划分等面积正方形网格，得到局部区域目标网格；

12、从全球区域网格中提取局部区域目标网格的过程包括以下步骤：

13、步骤s120：对地球进行圆柱等面积投影，按照步骤s110至步骤s115构建全球区域网格；

14、步骤s121：计算投影后的全球区域的最紧外接矩形左上顶点的坐标(x1，y1)；

15、步骤s122：待覆盖的局部区域目标的任意经纬度点所对应的单元格位置索引(i，j)根据如下的公式检索得到：

16、

17、

18、其中，(x，y)是任意经纬度点投影后的坐标；

19、步骤s123：遍历待覆盖的局部区域目标中的全部经纬度点后，检索到对应的单元格位置索引，根据全部单元格位置索引提取出局部区域目标网格；

20、步骤二：根据步骤一得到的局部区域目标网格构建适用于具有不同幅宽的卫星的多级网格，包括步骤：

21、步骤s210：确定步骤s115或者步骤s123得到的局部区域目标网格的网格点坐标矩阵其中n和m分别是局部区域目标网格的行数和列数；

22、步骤s220：根据局部区域目标网格的网格点坐标矩阵对局部区域目标网格进行扩展，扩展后的网格点坐标矩阵由如下的公式(8)-(11)直接提取得到：

23、tempvar1＝x(1:n:n+1,:)  (8)

24、xn＝tempvar1(:,1:n:m+1)  (9)

25、tempvar2＝y(1:n:n+1,:)  (10)

26、yn＝tempvar2(:,1:n:m+1)  (11)

27、其中，tempvar1和tempvar2是临时变量，n＝2α-1是扩展倍数，α为扩展后的多级网格的级数。

28、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

29、(1)本发明通过基于圆柱等面积投影的局部区域目标网格构建方法构建的局部区域目标网格或者从全球区域网格中直接提取的局部区域目标网格均具有等面积特征，而网格的等面积特征能够提高空间统计分析的准确性和空间采样的合理性，在等面积网格下，条带面积计算可以简化为对覆盖的单元格求和并乘以单元格面积(常数)，而不受经纬度变化的影响，因此本发明的网格构建方法为卫星覆盖分析提供了一种更好的网格选择方法；

30、(2)为提高卫星资源的利用效率，本发明构建网格时考虑了星下点轨迹方向，使网格倾斜率最大程度上与星下点轨迹方向平行，利用这一特点，大部分条带的覆盖面积都比在非倾斜网格下的覆盖面积大，从而充分发挥每个条带效能，得到的覆盖方案也更加合理；

31、(3)通过本发明构建的局部区域目标网格的等面积特性赋予了网格良好的可扩展性，通过对局部区域目标网格的扩展能够允许星座中不同幅宽的卫星选择适配的网格尺寸，在保证覆盖精度的前提下提高算法运算速度。

技术特征：

1.一种用于遥感卫星覆盖分析的倾斜可扩展网格构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于遥感卫星覆盖分析的倾斜可扩展网格构建方法，其特征在于，一级网格单元格的边长a小于星座中卫星最小条带宽度的五分之一。

3.根据权利要求2所述的一种用于遥感卫星覆盖分析的倾斜可扩展网格构建方法，其特征在于，在步骤s114中，结合启发式算法确定一级网格单元格的边长a。

技术总结
本发明涉及一种用于遥感卫星覆盖分析的倾斜可扩展网格构建方法，该方法首先根据基于圆柱等面积投影的局部区域目标网格构建方法构建或从全球区域网格中提取局部区域目标网格，再根据局部区域目标网格构建适用于具有不同幅宽的卫星的多级网格。本发明构建的网格具有倾斜特性，网格方向在最大程度上平行于星下点轨迹方向，提高了单个条带的覆盖面积，从而充分发挥每个条带的效能，使得覆盖方案更加合理。此外网格具有等面积特征，在等面积网格下，不仅条带面积计算可以不受经纬度变化的影响，而且网格具有良好的可扩展性，通过对局部区域目标网格的扩展能够允许星座中不同幅宽的卫星选择适配的网格尺寸，在保证覆盖精度的前提下提高算法运算速度。

技术研发人员：何奇恩,李峰,钟兴,李达,温飞飞,张弛,梁楫坤,孙冰,高梦璘
受保护的技术使用者：长光卫星技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22