[發明專利]一種赤道軌道衛星大氣層邊界觀測面積的計算方法

在審

• 申請號: 202010101607.4
• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN111324851A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 劉廣;沈國狀;葉罕霖;郭華東
• 申請（專利權）人: 中國科學院遙感與數字地球研究所
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 陳霽

本發明屬于空天信息領域，具體涉及一種赤道軌道衛星大氣層邊界觀測面積的計算方法。本發明提出的赤道軌道衛星大氣層邊界觀測面積的計算方法針對位于地球赤道面的衛星在觀測地球大氣層的過程中所能觀測到的大氣層邊界的面積進行計算，通過衛星星歷數據獲得衛星傳感器在地心坐標系下的位置信息后，選擇地球橢球模型并獲得地球赤道半徑和地球極半徑，最后根據積分公式進行觀測面積的計算。本發明實施方便、結果直觀明了，同時，由于積分公式占用內存很小，具有快速高效的優點。可應用于地球觀測領域。

技術領域

本發明屬于地球觀測領域應用技術領域，涉及一種赤道軌道衛星大氣層邊界觀測面積的計算方法。

背景技術

地球觀測通過在人造衛星或自然衛星上布設傳感器對地球進行觀測，利用空間觀測的優勢更全面地觀測地球系統并加深對地球系統變化的理解。大氣層觀測是地球系統中大氣圈相關科學觀測的重要組成，利用軌道衛星對地球進行觀測時的可以觀測到的大氣邊界的面積是衛星觀測能力的體現，也是大氣層觀測包括通量、輻射觀測的重要參量。按照軌道傾角的大小，衛星的軌道可以分為赤道軌道、極地軌道和傾斜軌道衛星三種，始終在赤道上空飛行的軌道衛星稱為赤道軌道衛星，靜止軌道衛星就是一種常見的赤道軌道衛星。對于赤道軌道衛星大氣層邊界觀測面積的計算主要采用數值網格計算的方法，需要進行網格劃分并且進行數值迭代以獲得一定的精度，尤其是在觀測邊界觀測的視線向和大氣層表面法線接近九十度，此時的網格劃分精度要求更高，同時需要占用大量的運算內存，計算量很大。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是如何提供一種赤道軌道衛星大氣層邊界觀測面積的計算方法，針對位于地球赤道面的衛星在觀測地球大氣層的過程中所能觀測到的大氣層邊界的面積進行計算，突破現有技術大都只能采用數值網格計算的方法的局限。

為了解決上述技術問題，本發明提供了赤道軌道衛星大氣層邊界觀測面積的計算方法，其特征在于首先通過衛星的星歷數據獲得赤道軌道衛星離地心的距離，再基于地球橢球體模型并根據外太空與地球大氣層的界線的分界線高度構建新的橢球體模型，然后計算出地球赤道面的衛星在觀測地球大氣層的過程中所能觀測到的大氣層邊界的面積，本發明通過以下步驟實現：

步驟一：選擇需要計算的時間t，基于赤道軌道衛星的星歷數據得到t時刻的地心坐標系下的衛星傳感器的坐標地心坐標系可以選擇地心地固坐標系，也可以選擇地心慣性坐標系，一般用直角坐標系下的x，y，z三個坐標分量來表示，進而得到赤道軌道衛星傳感器離地心的距離為衛星傳感器坐標的模

步驟二：選擇地球橢球體模型并獲得模型對應的地球赤道半徑a和地球極半徑b，根據外太空與地球大氣層的界線的分界線高度h構建新的橢球體模型E，其中橢球體模型E的幾何參數為長軸為A＝a+h，短軸為B＝b+h；

步驟三：基于赤道軌道衛星離地心的距離r和新的橢球體模型E，計算地球赤道面的衛星在觀測地球大氣層的過程中所能觀測到的大氣層邊界的面積，計算方法如下：

其中S為觀測到的大氣層邊界的面積，EllipticE為采用模角為參數的第二類完全橢圓積分，為橢球體E的偏心率。

本發明提出的赤道軌道衛星大氣層邊界觀測面積的計算方法針對位于地球赤道面的衛星在觀測地球大氣層的過程中所能觀測到的大氣層邊界的面積進行計算，占用內存很小，具有快速高效的優點，同時不需要進行網格的劃分從而避免了劃分網格帶來的誤差，實施方便，結果直觀明了。

附圖說明

上述僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，以下結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。

圖1是本發明的一種赤道軌道衛星大氣層邊界觀測面積的計算方法示意圖。

具體實施方式