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基于多边形距离的卫星对地时间窗口快速计算方法

基于多边形距离的卫星对地时间窗口快速计算方法

!计算机测量与控制7"6",7,'$!%!-./012345367143/3829-.824.:!#"!6!#收稿日期 "6",60,'&!修回日期"6",6161'作者简介 石!习$'!!!%!男!硕士'通讯作者 冯占林$'!1,%!男!高级工程师!研究生导师'引用格式 石!习!冯占林!赵会朋!等7基于多边形距离的卫星对地时间窗口快速计算方法*V +7计算机测量与控制!"6",!,'$!%""!6"!17文章编号 '12'#0!@ "6", 6!6"!662!!$-U '67'10"1 K7M W O [7''P #21" Z :7"6",76!76#"!!中图分类号 +#2#7"2!!文献标识码 C 基于多边形距离的卫星对地时间窗口快速计算方法石!习 冯占林 赵会朋 秦晓珊$中国电子科技集团公司电子科学研究院!北京!'666"1%摘要 随着近地轨道上的卫星数量急剧上升(卫星之间通过组网以星座的方式协同工作!增加了对地监测的能力&,星链-是近年来低轨巨型星座的典范!,星链-星座卫星轨道高度低!周期短!重访率高&卫星携带传感器后对地球表面形成探测区域!星座不同卫星能够同时对重点区域实现多重覆盖!可对全球主要地区完成"#小时不间断侦察监视&将建模计算得到的覆盖区域和目标区域在二维平面表示为多边形$星下点表示为平面内一点%!可以把卫星对目标区域覆盖时间窗口计算问题转化为图形之间的几何关系判断问题&同时!针对固定步长耗时较长的问题!根据多边形之间的距离设计了求解时间窗口的快速计算方法&依据平面内多边形预测距离的变化率动态设置步长!一天内参与覆盖边界计算(与目标区域相交判断的采样点数目由@1066个减少为#02个!相比于固定步长方法效率提升约!!D 0k '关键词 低轨卫星&卫星对地覆盖建模&卫星对地时间窗口&动态步长U 672-6:?1:62@.8532A .B C .4(623::@232.>642AN @/3<@8B .K=673B.8H .:J G.86:*@7268?3*A Uc [!a H I Yb ^>W ;[W !b A C -A ][:<W T!_U I c [>9L ^>W $%^[W >C M >?<E [M 98H ;<M Z =9W [M L >W ?U W 89=E >Z [9W&<M ^W 9;9T N !4<[K [W T!'666"1!%^[W >%+I 7246?2"`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j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d <?L Z <:L [B <L !>8>L Z M >;M ];>Z [9WE <Z ^9?89=L 9;\[W T Z ^<Z [E <J [W ?9J[L ?<L [T W <?R >L <?9W Z ^<?[L Z >W M <R <Z J <<W :9;N T 9W L 7&^<L Z <:L [B <?N W >E [M >;;N [L L <Z R >L <?9W Z ^<M ^>W T <=>Z <98Z ^<:=<?[M Z <??[L Z >W M <98:9;N T 9W L [W Z ^<:;>W <!Z ^<W ]E R <=98L >E :;[W T:9[W Z L [W \9;\<?[W Z ^<M 9\<=>T <R 9]W ?>=N M >;M ];>Z [9W>W ?[W Z <=L <M Z [9W K ]?T E <W ZJ [Z ^Z ^<Z >=T <Z >=<>J [Z ^[W>?>N [L =<?]M <?8=9E@1066Z 9#02!M 9E :>=<?Z 9Z ^<8[d <?L Z <:L [B <E <Z ^9?!Z ^<<88[M [<W M N [L [E :=9\<?R N >R 9]Z !!D 0k7&3JK .4B 7";9J9=R [Z L >Z <;;[Z <&E 9?<;[W T 98L >Z <;;[Z <<>=Z ^M 9\<=>T <&L >Z <;;[Z <Z 9<>=Z ^Z [E <J [W ?9J &?N W >E [M L Z <:L [B <L !引言低轨卫星凭借重量小(成本低(通信时延低等优势!逐渐成为各国空间领域研究的热潮'成百上千颗的卫星按照预先设定的构型!以组网的形式分布在不同轨道平面以及相位上!协同完成通信(导航(侦察遥感等任务'其中最具代表性的当属,星链-低轨卫星星座',星链-卫星轨道高度低(周期短(重访率高!携带传感器后可对全球主要地区进行"#小时侦察监视'轨道高度为006O E 的,星链-卫星能够以最大##D @0Q 的半张角对地探测!覆盖半径可达02,D 0O E '覆盖分析是评估卫星对地侦察监视能力的基础!计算方法主要有网格点法和基于几何运算的方法'常用来分析卫星覆盖性能的指标主要有"覆盖时间(重访时间(覆盖面积以及"重覆盖等等'覆盖分析的经典算法网格点法由.9==[L 9W !V D V 于'!2,年首次提出*'+'该方法基于特定的规则将目标区域划分为一系列网格!通过对网格点的覆盖性能统计表述卫星对区域的覆盖性能'划分规则决定着计算结果精度和计算量'文献*"#+分别对网!投稿网址 J J J7K L K M ;NO B 7M 9E Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第!期石!习!等"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""基于多边形距离的卫星对地时间窗口快速计算方法#"!'!#格点法做出了改进'基于几何运算的方法就是在经纬度平面上利用多边形交(并运算来计算覆盖性能*0+'文献*12+也通过多边形计算覆盖相关性能'本文关注卫星对地覆盖性能中的覆盖时间这一指标!也即卫星对地面目标的可见时间窗口!需要计算卫星在未来特定时间内对于该目标的入境(出境时间'传统的时间窗口计算方法主要是跟踪传播模型!该模型需要对卫星位置连续采样!即对卫星进行轨道预报!并判断当前位置卫星与地面目标的可见关系!如果可见则记录当前时刻!最后形成的可见时间段即为卫星对地可见时间窗口'该模型采取固定步长的方式!当预报周期增加!此方法耗时严重'针对覆盖时间窗口传统模型计算量大(所耗时间长的问题!解决方法大致可分以下几种"'%通过轨道过滤(数学模型简化等近似方法'U D C ;[等利用球面几何计算了圆形低地球轨道卫星对地面终端的可见性时间函数!其迭代计算方法速度快!但算法精度较低且只能针对点目标区域*@+'李冬等通过大圆近似星下点轨迹!通过求解关于偏近点角的超越方程从而计算时间窗口*!+'该方法误差主要来自于岁差!章动以及地球形状等'a <]<=L Z <[W/等首先过滤掉不可见的轨道周期!减少了星地链路可见性时间窗口的计算量*'6+'宋志明等首先在不考虑地球自转的情况下计算卫星对地可见时间窗口!然后根据地球自转特征迭代修正!从而得到整个周期内的时间窗口*''+'该模型未加入地球非球形引力等其他摄动因素!且无法对区域目标进行计算'"%通过分布式!实时服务(查询方法'张玮等将区域目标时间窗口计算分离成提前计算并编码的预存储阶段和遍历查询的检索获取阶段*'"+'卢万杰等提出了星地可见时间窗口计算的实时服务方法*',+!首先通过地面目标区域与星下点的空间关系!从而决定是否计算当前时刻覆盖'在此基础上构建时间窗口计算流程!根据系统%/5核数设置计算并行的任务数!并基于*Z 9=E 实现实时数据处理!保证了计算与服务的实时性',%通过动态设置步长的方法!即通过由粗略到精细的搜索方式'张众等通过空间几何关系把区域目标的边界描述为圆弧!判定边界是否相交&针对卫星视场得出可见性的解析判断条件!最后用二分搜索方法计算卫星对区域目标可见窗口*'#+'鄂智博等首先使用较大的步长!得到卫星对地面点目标的低精度可见时间窗口!然后使用二分搜索方法得到精确窗口计算结果'对于区域目标而言!则通过统计边界点的可见时间窗口的上下界得到*'0+'汪荣峰等定义,预测距离-的概念*'1+!分别将卫星与地下点距离和距离的一半作为预测距离!计算动态步长下卫星对点目标区域的可见时间窗口!大大减少了采样点数目!提高了效率'最后针对地面区域目标!给出预测距离的计算方法'本文提出了一种基于经纬度平面上多边形距离的覆盖时间窗口快速计算方法'算法流程是"以观测矢量和地球的位置情况$包括相交(相切(不相交三种情况%计算卫星对地球覆盖边界坐标!将其转化为二维平面内的点或多边形!通过与目标区域多边形位置关系判断从而计算卫星对目标区域的出(入境时间'在此基础上!重新定义,预测距离-的概念!将多边形的距离作为动态调整算法步长的依据!避免了传统跟踪传播模型采样点多(计算慢的问题!实现了对地覆盖时间窗口的快速计算'#!卫星对地覆盖建模卫星携带传感器后会对地形成一个探测区域!如图'所示'传统的基于球面三角形的覆盖模型是一种探测区域的近似求解方法'如果要考虑传感器的形状(姿态以及半张角等因素!则可以使用观测矢量模型*'2+'使用观测矢量模型进行覆盖范围边界计算的步骤是"首先根据传感器形状设置传感器边界点个数!建立卫星对地观测矢量!在地心固定坐标系下联立观测矢量和地球椭球方程!求解观测矢量在地球表面的映射位置!从而实现覆盖边界计算'图'!卫星对地覆盖示意图对于观测矢量和地球不相交的情况!需要计算相切时的观测矢量和地球的交点位置!作为不相交情况下的卫星对地覆盖边界!具体推导参考文献*'@+'在卫星工具软件*&(中生成一颗卫星!设置传感器半张角(姿态角等参数后生成会对地球表面的覆盖区域'利用卫星对地覆盖模型计算出的边界点坐标生成*&(中的C =<>&>=T <Z 对象$记作.N C =<>&>=T<Z %!从图"中可以看出!两区域几乎重合'图"!对地覆盖仿真二维图!投稿网址 J J J7K L K M ;NO B 7M 9E Copyright ©博看网. All Rights Reserved.!!计算机测量与控制!第,'""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""卷#"!"!#如果模型中传感器边界点个数较大!那么生成的覆盖区域边界点数目也会较多!手动添加边界点经纬度坐标至*&(中的步骤就会愈加繁琐'为了避免这种重复性软件设置操作!接下来介绍将覆盖模型得到的一系列点坐标生成*&(中C =<>&>=T <Z 对象的简单方法!具体通过*&(提供的.C &F C 4接口发出控制指令实现'具体代码如下'代码'"建立卫星覆盖区域][S >M Z d Y <Z 3]W W [W T *<=\<=$5*&(''7>::;[M >Z [9W 6%&=99ZS ][7/<=L 9W >;[Z N "&L MS =99Z 7%]==<W Z *M <W >=[9&>S L M 7%^[;?=<W 7I <J $5<C =<>&>=T <Z 6!5.N C =<>&>=T <Z 6%&=99Z 74<T [W 5:?>Z <$%&R 9]W ?>=N S ."170@!!'"#7"1"@71,'"17,#777777"17"!'"@76'"#7'@'"1712&/>7%9E E 9W &>L O L 7*<Z C =<>&N :</>Z Z <=W $R 9]W ?>=N%&=99Z 7H W ?5:?>Z <$%&$!卫星对地时间窗口计算方法求解空间目标在一定周期内对目标区域覆盖时间窗口的集合!是地面目标预警和干预的基础'预报结果基于卫星对地覆盖范围求解结果!计算卫星对地面目标区域的可见性弧段!求解卫星在一定时间内经过目标区域的时间!可以为空间预警和航天侦察规避提供数据信息'卫星是否携带传感器以及传感器的形状和参数都会直接影响时间窗口的计算结果'计算过程中!对未携带传感器或传感器半张角为6的情况!卫星对地的覆盖为星下点!卫星是否经过目标区域!可以理解为经纬度平面上星下点是否在目标区域之内!即判断点和多边形的平面位置关系'其他情况下!卫星对地球表面形成一个覆盖区域!此时需要判断其与目标区域之间是否存在重叠'$"#!位置关系判断"D 'D '!点和多边形位置关系判断点与多边形的位置关系判断有多种方法!本文使用射线法'射线法的核心思想是"沿目标点任意方向做一条射线!通过射线与多边形边的交点数量判断点是否包含在多边形内部'交点数量为奇数表示在多边形内!偶数表示不在多边形内部'对于几种特殊情况的规定与处理!可以参考文献*'!+'这里为简化计算!取射线方向为2轴负方向!此时射线法示意图如下'本文将多边形边界点作为内部点处理'此时的计算流程如图#所示'"D 'D "!多边形位置关系判断若覆盖区域和目标区域有重合部分!则认为卫星对目标区域进行了覆盖!重合的情况应该包括相交和包含关系'对于相交情况!可以通过.C &F C 4的/-F X c /-F X 函数图,!射线法示意图图#!射线法计算流程图实现!该函数返回平面笛卡尔坐标系中两个多边形的交点$注意这里的多边形也可以是线段!说明可以满足线阵式传感器的情况%'这里利用该函数返回值是否为空作为两个多边形是否有交点的判断依据'将卫星覆盖区域抽象为二维坐标系下多边形时!需要对以下两种特殊情况进行处理"当卫星对地覆盖区域包含极点时!需要添加极点作为多边形顶点辅助生成覆盖区域多边形&当卫星对地覆盖区!投稿网址 J J J7K L K M ;NO B 7M 9E Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第!期石!习!等"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""基于多边形距离的卫星对地时间窗口快速计算方法#"!,!#域穿过'@6Q 经线时!需要添加'@6Q经线上的一系列点将覆盖区域划分为两块!分别生成两个多边形'此时需要分别对这两个多边形与目标区域多边形进行位置关系判断!可参考文献*"6+'$"$!时间窗口计算依据卫星轨道预报结果和传感器对地覆盖计算结果!可以实现对卫星是否经过目标区域的出(入境时间'算法流程如图0所示'图0!时间窗口计算流程图分析模型的误差主要来自于卫星对地覆盖模型的计算结果!对于简单圆锥形传感器而言!由于实际覆盖区域是一个圆形区域!因此可以通过增加多边形的顶点数来减小覆盖区域实际区域的误差!从而降低最后算法时间窗口结果的误差'由观测矢量模型可知!多边形的顶点可以通过传感器边界点的个数进行修改'将模型中传感器圆边界点个数增加!此时对覆盖区域的拟合效果更好!算法计算的时间窗口精度越高!但算法耗时也随之增加'同时!固定步长'L 下!对卫星位置的采样点数目与计算周期成正比!算法时间耗时也随之增加'因此!需要对计算时间进行优化'!!动态步长的快速计算方法跟踪传播模型以一定步长连续计算预报周期内卫星对地覆盖区域边界点'当步长过大!卫星位置采样数量减少!相邻采样点对应覆盖多边形间隔越大!可能导致错过某些时刻对于卫星是否过境的判断!造成卫星过境预报的,漏警-!计算得到的出入境时间精度越低'当步长过小!容易造成整个预报周期内很多,无意义-的计算和判断'例如!一天内,星链-对乌克兰地区的单个覆盖时间窗口通常在几分钟内!其他大部分时间内!卫星覆盖区域与目标区域没有重合!甚至相距较远'对一天时间的预报周期!如果按以'秒为步长的采样方法!无疑会进行多次不必要的操作!导致算法计算量大(效率低'卫星对地时间窗口算法耗时与卫星采样点的个数呈正相关'因此!实际有意义的计算只发生在相交时间及相交边界的领域'如何避免无意义的计算!使采样时间尽快,收敛-到相交时刻附近!是本文研究的重点'以编号为##",@的,星链-卫星为例!下载该卫星某天的&F H 数据!解析出卫星历元时刻为2-M Z "6"'''"#6"6#D #2,$5&%%!计算一天内该卫星对地面某目标区域的可见时间窗口'将一段时间内卫星对地覆盖区域的多边形投影到二维平面上!截取部分时刻的覆盖区域和目标区域多边形位置关系如图1和图2'当覆盖区域接近目标区域或者覆盖区域与目标区域相交时!此时步长应该设置较小!避免漏掉其他相交时刻的判断!导致过境时间精度低'图1!覆盖区域与目标区域位置图某时刻卫星覆盖区域和目标区域相距较远!位置关系如图2所示'此时步长应该设置较大!避免很多不必要的计算与判断!导致计算耗时严重'图2!覆盖区域与目标区域位置图$相距较远%至此!本文定义二维平面内覆盖区域和目标区域的预测距离为动态选取步长的因素!并做出如下定义"当两区域有重合时!预测距离为6&当两区域没有重合时!预测距!投稿网址 J J J7K L K M ;NO B 7M 9E Copyright ©博看网. All Rights Reserved.!!计算机测量与控制!第,'""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""卷#"!#!#离为平面内两多边形的最短距离'计算二维平面内覆盖区域和目标区域的瞬时预测距离的函数如下"算法"多边形预测距离输入"二维平面内覆盖多边形(目标区域多边形输出"覆盖区域和目标区域的瞬时预测距离)9[8$3与2相交%)9S 6<;L <!!对3的第E 条边!计算各顶点2S 与该边的最小距离$S !!对2的第S 条边!计算3各顶点3E 与该边的最小距离$S !!)9SE [W $$E !$S %!<W ?计算上文两种不相交情况下的多边形预测距离!最短距离如图@和图!所示'图@!不相交情况最小距离示意图$一%图!!不相交情况最小距离示意图$二%按照定义!此时预测距离分别为6D '1@6和1D #@@2'选取预报周期内一段时间$包含覆盖时间%!计算预测距离随时间变化!结果如图'6所示!其中横坐标表示距离预报起始时间$卫星历元时刻%过去的秒数'在该时间段内!随着卫星位置的变化!预测距离先由26下降至6后再次上升'由前文预测距离的定义可知!预测距离为6即表示覆盖区域多边形和目标区域多边形有重合!也即卫星对目标区域可见'图'6!预测距离随时间变化图$部分%于是!计算卫星出入境时间的问题转化为预测距离的函数等于最小值的优化问题'由图可见!在选取的这段时间内!预测距离下降呈现一定的规律性!梯度较为平稳'依据预测距离的变化率动态设置步长!其中步长最小取'秒!即当预测距离接近6时!卫星采样步长为'秒&预测距离较大时!卫星采样步长可达几至几十分钟'计算预报周期内卫星对地可见时间窗口!对比固定步长为'秒的算法!结果如表'所示'表'!两种方法计算结果对比采样点数目入境时间出境时间固定步长@1#662-M Z "6"'',"#!"002-M Z "6"'',"0"""0@-M Z "6"'60"',"#,@-M Z "6"'60"'2"6,动态设置步长#022-M Z "6"'',"#!"002-M Z "6"'',"0"""0@-M Z "6"'60"',"#,@-M Z "6"'60"'2"6,对比结果可知!两种方法计算卫星对地可见性时间窗口完全一致!动态设置步长后!参与覆盖边界计算(与目标区域相交判断的采样点数目由@1066个减少为#02个'算法耗时与采样点数目成正比!故动态设置步长后!相比于固定步长方法效率提升约!!D 0k '卫星对地可见时间窗口结果同时取决于卫星轨道(传感器参数和目标区域位置等因素'选取,星链-卫星中轨道倾角更高的极地轨道卫星!编号#@@2!!计算固定步长和动态设置步长两种方法下卫星对目标区域的可见时间窗口相关结果如表"所示'表"!两种方法计算结果对比$##@2!%采样点数目入境时间出境时间固定步长@1#66@-M Z "6"''2",'""1@-M Z "6"''2",,"02动态设置步长""!@-M Z "6"''2",'""1@-M Z "6"''2",,"02!投稿网址 J J J7K L K M ;NO B 7M 9E Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第!期石!习!等"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""基于多边形距离的卫星对地时间窗口快速计算方法#"!0!#对于极地轨道卫星#@@2!而言!预报周期内对地覆盖时间较短!动态设置步长方法所采样点数目更少!算法效率提升更高'%!计算结果对比*&(是个功能强大的仿真分析软件!而且兼具场景(模型逼真的特点(在卫星(导弹等领域应用广泛'但软件逻辑能力较差!无法通过编程实现循环计算(嵌套等复杂过程'通常情况下!航天应用场景规模庞大!需要进行手动重复性操作时便不再方便'为此!*&(提供了编程接口便于其他应用程序调用*&(!借助接口可以编程实现复杂任务的自动化实现'为了验证算法的准确性!可以和*&(结果对比'利用*&(创建仿真场景!导入'66颗,星链-卫星的&F H 数据!并设置仿真周期为一天'卫星对地时间窗口算法的相关参数设置如下"传感器边界点数目设置为'66!半锥角为##7@0Q !姿态角均为6'在*&(中需要对每颗卫星添加和算法相同参数的传感器!这里依然使用*&(提供的.C &F C 4接口编程实现'本文在向*&(导入卫星对象时获取添加路径!通过创建M 9W L Z <;;>Z [9W 集合$记作.N%9W L Z %存放所有的传感器!利用卫星路径和集合元素的简单映射关系!循环为每个卫星添加传感器'以下是.C &F C 4实现的关键代码'代码""自动为卫星添加传感器M LS=99Z 7%]==<W Z *M <W >=[97%^[;?=<W 7I <J $5<%9W L Z <;;>Z [9W 6!5.N%9W L Z 6%&k 创建星座集合k 循环给卫星添加传感器89=[S '"M 9]W ZL >Z S =99Z 7Y <Z -R K <M Z a =9E />Z ^$M ^>=$L >Z />Z ^L $[%%%&k 获取卫星路径*<W S L >Z 7%^[;?=<W 7I <J $5<*<W L 9=6!5*<W6%&*<W 7%9E E 9W &>L O L 7*<Z />Z Z <=W *[E :;<%9W [M $##7@0!67'%&M L 7-R K <M Z L 7C ??$*<W L 9=7/>Z ^%&k 添加传感器路径<W ?分析,星链-星座对区域的覆盖性能需要使用*&(的覆盖模块$*&()%9\<=>T <%!分析对象主要是%9\<=>T<$<8[W [Z [9W !利用该模块可以设置,覆盖资源-$比如卫星或者传感器%(覆盖区域$指定经纬度区域或者全球%(覆盖网格$Y =[?%以及各种约束条件'覆盖对象设置具体步骤如下"$'%在场景中添加%9\)<=>T <$<8[W [Z [9W 对象M 9\$<8&$"%设置Y =[?"本文使用%]L Z 9E 3<T[9W L 自定义区域类型!关联场景中建立好的C =<>&>=T <Z !并设定/9[W ZY =>W ];>=[Z N $网格点间隔%为F >Z )F 9W S 6D 0Q &$,%设置C L L <Z L $覆盖资源%"选择预先建立的.N %9W L Z 星座!添加至覆盖资源'以下是.C &F C 4设置覆盖对象的部分代码'代码,"覆盖对象设置M 9\$<8S L M 7%^[;?=<W 7I <J $5<%9\<=>T<$<8[W [Z [9W 6!5%9\$<86%&M 9\$<87Y =[?749]W ?L &N :<S 5<49]W ?L %]L Z 9E 3<T [9W L 6&M 9\Y =[?S M 9\$<87Y =[?&R 9]W ?L S M 9\Y =[?749]W ?L&R 9]W ?L 7C =<>&>=T <Z L 7C ??$5C =<>&>=T <Z )6.N C =<>&>=T <Z %&3<L S M 9\Y =[?73<L 9;]Z [9W&3<L 7F >Z F 9W S70&k 网格点经纬度大小M 9\$<87C L L <Z F [L Z 7C ??$M 9W L Z <;;>Z [9W 7/>Z ^%&至此!'66颗携带传感器的,星链-卫星覆盖场景建立完毕'为了验证本文卫星对地时间窗口算法的准确性!将*&(分析结果中的覆盖起始时间和结束时间与算法结果中的入境时间和出境时间取差的绝对值作为误差!如果某颗卫星对目标区域不止有一个覆盖时间窗口!则取多个窗口误差的均值作为最终误差!入境时间和出境时间的误差结果如图''和图'"所示'图''!入境时间误差图图'"!出境时间误差图从计算结果和误差比较图可以看出!本文算法获得的时间窗口准确性较高!结果与*&(仿真结果之间的误差多在'L 以内',!结束语本章首先构建了卫星对地覆盖模型!借助该模型可精确求解卫星对地瞬时覆盖区域的边界点!并利用*&(软件验证了模型的正确性'本文模型考虑了传感器形状(视场角和姿态角因素!适用于观测矢量与地球表面相交(相切(不相交三种情况'卫星对地覆盖模型计算卫星当前位置下!传感器对地球表面探测区域的覆盖边界点坐标'计算一段时间内的覆!投稿网址 J J J7K L K M ;NO B 7M 9E Copyright ©博看网. 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海洋卫星星地链路时间窗口快速计算方法

海洋卫星星地链路时间窗口快速计算方法

海洋卫星星地链路时间窗口快速计算方法
刁宁辉;吴奎桥;车志胜;郭振宇
【期刊名称】《航天器工程》
【年(卷),期】2024(33)2
【摘要】针对现有计算海洋卫星星地链路时间窗口方法存在的计算效率低或结果精度低的问题,文章提出了一种基于轨道过滤的星地链路时间窗口快速计算方法。

该方法通过快速过滤掉任务周期内不可能进入地面对卫星可视范围的轨道弧段,来计算剩余弧段的星地链路时间窗口。

在保证高精度计算结果的同时,避免了冗余计算,提升了计算效率。

经专业仿真软件验证,结果表明:该方法的星地链路时间窗口计算精度为毫秒量级,计算效率提高了99.4%,可以有效解决传统方法计算效率和结果精度无法兼顾的问题,可应用于数传资源调度和任务规划等航天任务中。

【总页数】7页(P55-61)
【作者】刁宁辉;吴奎桥;车志胜;郭振宇
【作者单位】自然资源部空间海洋遥感与应用重点实验室;国家卫星海洋应用中心【正文语种】中文
【中图分类】V19
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各行星逆行的时间算法

各行星逆行的时间算法
要计算各行星逆行的时间,可以使用以下算法:
1. 确定观测起点和终点时间,以及观测地点的经纬度。

2. 对于每个行星,根据其轨道参数和观测起点和终点时间,计算行星在该时间段内的位置和速度。

3. 使用牛顿定律和万有引力定律,模拟行星的运动轨迹。

根据行星的位置和速度,可以计算行星相对于地球的视角和速度。

4. 根据行星的运动轨迹和视角,观察行星在天空中的运动。

当行星的视角和速度从东向西变为西向东时,表示行星开始逆行。

5. 记录行星逆行的开始时间和结束时间。

当行星的视角和速度从西向东变为东向西时,表示行星结束逆行。

6. 重复步骤2到步骤5,计算其他行星的逆行时间。

需要注意的是,行星的运动是非线性的,并且受到其他行星和天体的引力影响。

因此,计算行星逆行时间可能需要使用数值模拟或精确的天体力学算法。

延时星轨速度计算公式图解

延时星轨速度计算公式图解

延时星轨速度计算公式图解在摄影领域中,星轨摄影是一种非常具有挑战性和吸引力的摄影技术。

通过长时间曝光拍摄,可以捕捉到星空中星星的移动轨迹,呈现出壮观的星轨效果。

而要拍摄出理想的星轨照片,除了良好的拍摄设备和技巧外,还需要对星轨速度进行准确的计算。

在星轨摄影中,延时拍摄是一种常用的技术手段。

通过延时拍摄,摄影师可以在一定时间内连续拍摄多张照片,然后将这些照片叠加在一起,得到更加绚丽的星轨效果。

而要实现延时拍摄,就需要准确计算星轨的移动速度,以便确定每张照片的曝光时间和间隔时间。

在计算星轨速度时,可以利用以下的公式:V = 15 cos(Φ) cos(α)。

其中,V表示星轨速度,Φ表示观察者的纬度,α表示星星的赤经。

这个公式可以帮助摄影师准确地计算出星轨的移动速度,从而确定合适的曝光时间和间隔时间,实现理想的星轨效果。

下面我们来详细解释一下这个公式的含义和计算方法。

首先,V表示星轨速度。

在这个公式中,星轨速度是一个关键的参数,它决定了星轨照片的效果。

通过计算星轨速度,摄影师可以确定每张照片的曝光时间和间隔时间,从而实现理想的星轨效果。

其次,15是一个常数,代表了地球的自转速度。

地球自转一周的时间大约是24小时,因此平均自转速度约为15°/小时。

这个常数在计算星轨速度时起到了重要的作用。

接下来,cos(Φ)表示观察者的纬度。

在星轨摄影中,观察者的纬度对星轨速度有着重要的影响。

观察者的纬度越高,星轨速度就越快;反之,纬度越低,星轨速度就越慢。

因此,在计算星轨速度时,需要准确地确定观察者的纬度。

最后,cos(α)表示星星的赤经。

赤经是星空中的一种坐标系统,用来表示星星在天空中的位置。

在计算星轨速度时,需要准确地测量星星的赤经,从而确定星轨的移动速度。

通过以上的公式和计算方法,摄影师可以准确地计算出星轨的移动速度,从而确定合适的曝光时间和间隔时间,实现理想的星轨效果。

在实际的拍摄过程中,摄影师还可以根据具体的情况对公式进行调整,以获得更加理想的星轨效果。

卫星对区域目标的时间窗口快速计算方法

卫星对区域目标的时间窗口快速计算方法

卫星对区域目标的时间窗口快速计算方法
宋志明;戴光明;王茂才;彭雷
【期刊名称】《计算机仿真》
【年(卷),期】2014(31)9
【摘要】为了提高卫星对区域目标时间窗口的计算效率,并兼顾结果的精确性,提出一种基于迭代修正的时间窗口计算方法.利用问题特性将卫星对区域的时间窗口计算化为对区域每条边界的时间窗口计算,首先在不考虑地球自转下得到每条边界的时间窗口,然后根据地球自转特征对计算结果进行迭代修正,最后对所有的边界的时间窗口进行综合得到区域目标时间窗口.该算法充分利用卫星轨道的基本特性,实现了对区域目标时间窗口的快速和精确计算.数值计算结果表明,改进算法计算效率高,计算结果精确.
【总页数】6页(P61-66)
【作者】宋志明;戴光明;王茂才;彭雷
【作者单位】中国地质大学计算机学院,湖北武汉430074;中国地质大学计算机学院,湖北武汉430074;中国地质大学计算机学院,湖北武汉430074;中国地质大学计算机学院,湖北武汉430074
【正文语种】中文
【中图分类】V474
【相关文献】
1.对地观测卫星访问区域目标时间窗口快速算法 [J], 李冬;唐容富;易东云
2.卫星对地面目标时间窗口快速预报算法 [J], 宋志明;戴光明;王茂才;彭雷
3.卫星过顶与成像区域时间的快速预报算法研究 [J], 张锦绣;曹喜滨;林晓辉
4.一种基于网格的卫星访问区域目标的时间窗口快速计算方法 [J], 张玮;王守斌;程承旗;陈波;李海东
5.卫星时间窗口计算的动态步长快速算法 [J], 汪荣峰
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教你学会天星择日

教你学会天星择日

教你学会天星择日1:天星择日特点天星是指天上的星球。

择日也称择吉,即选择吉利的时间。

天星择日法,又称七政四余择日法,是利用天上星体变化来选择用事时间的方法。

一、最正宗在古代,择日方法非常杂乱,百二十家渺无诀,公说公有理,婆说婆有理。

普通百姓知之甚少,因此无所适从。

一些民间师傅选日子就看自己哪天有空就选哪天。

要不翻开老黄历,捡一个现成的日子。

也许这并不是他们的错,他们也很无奈。

因为正宗而高深的择日法他们根本就不会。

的确难为他们了。

众多的择日法中,风水宗师杨筠松非常重视天星择日,他认为这是最正宗的择日法。

在他的《千金造命歌》中曾提到了该择日法的部分概念和内容。

目前他的《千金造命歌》有好几种版本,这是我所选择的一个:天机妙诀值千金,不用行年与姓音。

专看山龙并命位,五行旺相好推寻。

一要阴阳不混杂,二要坐山逢三合。

三要明星入向来,四要帝星当六甲。

四中失一还无碍,若还平分便非法。

煞上山头怎耐何,贵人禄马喜相过。

三奇诸德能降煞,吉制凶神发福多。

二位尊星宜值日,一气堆干为第一。

拱禄拱贵喜到山,飞马临宫为愈吉。

三元合格最为上,四柱喜见财官旺。

用支不可有损伤,取干最宜逢健旺。

生旺得合喜相逢,须避克破与刑冲。

吉星有气小成大,凶曜休囚不降凶。

山家造命既合局,更喜金水来相逢。

日光照处自光辉,周天度数看緾伏。

六个太阳三个紧,中间历数第一亲。

前后照临扶山脉,不可坐下空气脉。

更得玉兔照坐处,能使生人沾福泽。

既解天机字字金,精妙选择可追寻。

不然背理庸师术,执着浮文枉用心。

字字千金实可夸,泄露天机井上花。

不得真龙得年月,也应富贵旺人家。

歌中提到了“贵人、禄马、日光照、看躔伏、玉兔照坐”等概念。

这些皆是天星择日中的概念。

杨筠松是唐朝国师,是一代风水大宗师,后世风水学者皆尊称“杨公”。

有他此歌,天星择日法便被认为是最正宗的择日法。

杨公之后,明末清初的风水大家蒋大鸿在《天元五歌》中更加明确地指出了天星择日法是最正宗的择日法。

这是其中的部分内容:诸家选择最纷纭,拘忌多端误杀人。

星座科普 - 星空观测活动

 星座科普 - 星空观测活动

星座科普 - 星空观测活动随着城市化的不断发展,人们的生活越来越离不开高楼大厦、车水马龙和不断闪亮的霓虹灯。

因此,很多人很少有机会看到夜空中闪烁的星星。

但是,在乡村地区或者远离城市的地方,天空中的星星依然清晰可见,这时候就是进行星空观测活动的最佳时机了。

星空观测活动通常被组织在远离城市的地方,比如郊区或者自然保护区。

这样能够避免城市光污染,让参与者能够更清晰地观测到星星。

星空观测活动能够让人们更深入地了解宇宙,并且也是一种非常浪漫和放松的活动。

以下是一些在星空观测活动中十分有用的技巧和知识:1. 星空观测的最佳时间星空观测活动最好选择在没有月光或者月亮较小的时候,这样能够让星空更为明亮和清晰,也更容易观测到星星。

通常来说,每个月的新月或者月初的时候是参与星空观测活动的最佳时间。

2. 如何选择观测地点选择远离光污染的地点非常重要,这样才能够看到最清晰的星空。

最好选择在郊区或者自然保护区,或者在没有城市光污染的地点进行星空观测。

另外,不要忘记检查天气预报,选择晴朗的天气进行观测。

3. 注意观测工具观测星空的工具非常重要,最基本的就是望远镜。

一般情况下,普通的望远镜就可以满足星空观测的需要。

另外,也可以携带一些星图、望远镜的支架和手电筒等工具。

4. 认识常见星座在进行星空观测的时候,认识一些常见的星座非常重要。

常见的星座包括北斗七星、天狼星、猎户座等等。

了解这些星座的位置和形状,能够帮助观测者更容易地找到它们。

5. 导游员的引导如果是第一次进行星空观测活动,最好能够有有经验的导游员带领。

导游员能够帮助观测者更容易地找到星座、行星、星系和其他天体,也能够向观测者解释天体的特点和背后的故事。

星空观测活动不仅可以让人们更好地观测到星星,同时也能够让人们更深入地了解宇宙和天文知识。

通过星空观测活动,人们能够感受到宇宙的神秘和壮丽,也能够更深刻地认识到我们所处的宇宙的辽阔和浩瀚。

因此,星空观测活动是一种非常有意义和有趣的活动,值得人们去尝试和体验。

天星择日最详细的方法

天星择日最详细的方法

天星择日最详细的方法天星择日是中国古代的一种传统方法,用于确定每件重大事件的适宜日期。

它基于天文学和卜筮学的原理,通过观测天体运行和推算宇宙变化,以确定最佳日期来迎接吉利的气场。

下面将详细介绍天星择日的方法。

一、观测天体运行观测天体运行是天星择日的基础。

首先需要确定事件所在经纬度的地点,然后根据当地的经纬度和事件发生的时间,观测太阳、月亮、五大行星和二十八宿星的位置和运动,计算它们的升起、穿越和落下的时间。

通过研究宇宙运行的规律,可以找到吉利的组合和日期。

二、宇宙变化推算宇宙变化推算是天星择日的核心。

根据观测到的天体位置和运动,和历代积累下来的经验数据,运用卜筮学的原理,通过推算宇宙变化来确定最佳的日期。

这包括推算吉利的天时、地利和人和的组合,以及八字、苦短、冲煞等因素的考虑。

通过计算和比对,找到吉利的日期并排除不利的因素。

三、吉凶天干天支在天星择日中,天干和地支的吉凶也是需要考虑的因素。

吉凶天干天支是根据六十甲子纪年法和五行学说来确定的。

根据事件发生的年份和时间,找到对应的天干地支组合,比对八字的五行和六亲关系,判断是否吉利。

通过对各种可能组合的分析和对比,以确定最佳的天干地支组合。

四、吉利方位与色彩吉利方位与色彩是天星择日中的辅助因素。

根据事件的性质和需求,找到合适的方位和色彩来增加吉祥的气场。

比如,婚礼常用红色,开业常用黄色,考试常用蓝色。

通过选择合适的色彩和方位,让整个事件更具吉利和繁荣的气氛。

总的来说,天星择日是一门复杂而古老的学问,需要对天文学、历史纪年、卜筮学和五行学说等进行综合运用。

它的目的是通过观测天体运行,推算宇宙变化,找出最佳的日期和吉凶组合,来增加事件的吉利和成功的机会。

在实际操作中,需要考虑很多因素,比如事件的性质、地点、时间和个人八字等,才能得出最佳的择日结果。

需要指出的是,天星择日只是一种参考,不能完全决定一个事件的成败,真正的成败在于个人的努力和智慧。

但通过天星择日,可以营造一个良好的气场和心态,提高成功的机会。

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计算最佳对星时间
由于受太阳、月球、地球引力的影响,同步卫星在其轨道上以24小时为一周期呈“8”字形轨迹不停地运动着(相对于同步卫星的定点而言)。

“8”字的两个“0”的交叉点就是同步卫星的定点(为了便于叙述,把8看做是由两个0组成的)。

卫星在这个定点的时间就是该星地下经度的时间0点或12点。

24小时的前12个小时卫星的运动轨迹是上面那个“0”,后12个小时的运动轨迹是下面那个“0”。

从定点运动至“8”字的上或下顶点的时间是6个小时。

由上述不难看出,当卫星处在两个“0”的交点上时的那个时间就是最佳的调星时间。

您如果你有兴趣,不妨在纸上画一下,就更明白了。

可以想象出,当卫星处于“8”字的上顶点或下顶点时去调整天线会产生什么样的结果。

这就是有些烧友在自己的接收机上观察到的信号质量或信杂比在不同的时间db值不一的原因(排除雨衰、干扰、下行信号功率降低及其它因素)。

也是很多烧友白天能收到信号,晚上收不到信号(反之也然)的原因之一(尤其是处于接收机门限临界值左右时)。

差值最大时可达3—5db。

以下使用北京时间,仅适用于中国境内。

最佳调星时间取决于欲接收卫星的地下经度(即我们常说的卫星所在经度)。

不能一概而论,随星而异。

下面是调星最佳时间的计算公式:
公式一: T=4*(120°—X)
公式二: 最佳时间=12(0)—T
公式说明:
T:时间。

单位为“分钟”。

4:常数。

X:欲接收卫星的地下经度。

单位为“度”。

12(0):北京时间的12点或0点。

采用12小时制,午夜12点采用0点。

公式应用说明:
第一步:利用公式一计算T
第二步:用公式二得出调星最佳时间
注意:当欲接收卫星的经度大于北京时间的经度(116.45)时,T取正值。

反之则设为负值!!!特提示!T的单位换算!!!
举例说明:计算亚太2R的最佳调星时间。

第一步 T=4*(120°—76.5°) =174(分钟) 第二步 最佳时间=12-(-174) =12+2:54 =14:54
亚太2R的最佳调星时间是下午14:54或凌晨2:54。

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