卫星探测全球电磁环境可视化描述方法

摘要

本发明涉及一种卫星探测全球电磁环境可视化描述方法，该方法包括下列顺序的步骤：定义时间信息，将时间轴作为电磁环境可视化系统的基准；根据时间信息和卫星运行轨道信息，判断卫星探测地面覆盖范围，并将该地球覆盖区域在二维平面进行可视化显示；根据卫星探测地面覆盖范围信息和地面电磁辐射源信息，判断地球覆盖区域内电磁辐射源情况；根据电磁辐射源情况进行卫星探测全球电磁环境可视化显示。本发明以时间信息作为电磁环境描述的基准，将时间信息存于数据库中，在电磁环境要素参数的基础上加入时间信息记录，以判定卫星探测区域电磁环境情况，达到卫星探测全球电磁环境的实时可视化描述。

主权项

一种卫星探测全球电磁环境可视化描述方法，该方法包括下列顺序的步骤：(1)定义时间信息，将时间轴作为电磁环境可视化系统的基准；所述的时间信息是指时间轴、成员、成员时间和消息，以下对各个时间信息进行定义：时间轴：是一个单调有序的时间值序列，在电磁环境可视化描述中，以系统总模型的时间为时间轴，仿真时间沿着时间轴向前流动；成员：是指被仿真的对象；成员时间：是指一个指定的成员在时间轴上的当前值，它是成员的仿真时间；消息：卫星探测全球电磁环境可视化描述系统中协调时间的方式是通过相互发送“消息”来进行的；(2)根据时间信息和卫星运行轨道信息，判断卫星探测地面覆盖范围，并将该地球覆盖区域在二维平面进行可视化显示：在地球覆盖区域坐标转换的过程中采用等距圆柱投影，在等距圆柱投影中，经距和纬距相等，经纬线成正方形网格，等距圆柱投影的关系为：在实际地球上随着纬度的增加，经度上每一度所代表的实际距离将减小，在纬度为90°时，所有纬线汇聚于南北极点，经度代表的实际距离0；在纬度为时，每一经度间隔所代表地球球面上的实际距离为：其中，x,y为投影平面坐标，R_e为卫星探测地球覆盖区域椭圆的长轴距离，λ为星下点地心经度，a_E为地球半径；由于卫星覆盖椭圆的长轴与卫星瞬时运动方向一致，在进行等距圆柱投影中的形变计算时以卫星覆盖椭圆的长轴为基准，沿经线方向两边延长变形；设卫星星下点为卫星运行速度方向角为θ，则当卫星侦察地球覆盖区域边缘上的点a为时，设该点的纬线交卫星侦察覆盖椭圆的长轴于点则有：则a点坐标在等距圆柱投影中应变为：另外，式中还应考虑变形后经度范围应在[‑2π,2π]内；所述的步骤(2)中的地球覆盖区域平面显示，按如下过程进行：根据航天器轨道六要素，星下点的地心纬度和经度λ可表示为：其中，$\left\{\begin{array}{c}{x}_e=r({\mathrm{cos\mu cos\lambda }}_B-{\mathrm{sin\mu cosisin\lambda }}_B)\\ y_e=r({\mathrm{cos\mu sin\lambda }}_B+{\mathrm{sin\mu cosicos\lambda }}_B)\\ z_e=r\sin \mu \sin i\end{array}\right.---\left(7\right)$式中，μ＝ω+θ，λ_B＝Ω‑α_G，α_G(t)是当时的赤经，航天器轨道六要素包括：a：椭圆轨道的半长轴；e：椭圆轨道的偏心率；i：轨道平面的倾角；Ω：升交点的赤经；ω：近心点辐角；t_p：过近心点的时间；根据(6)式中得到的星下点轨迹信息，结合卫星轨道高度信息计算卫星探测地面覆盖范围信息，设卫星探测有效载荷的视场为FOV，则有效载荷相对地心和有效地平线的夹角为β_FOV＝FOV/2，相应的有效地平覆盖角d_FOV满足：$d_{FOV}=\arcsin ({\mathrm{sin\beta }}_{FOV}·\frac{a_E+h}{a_E})-{\beta }_{FOV}---\left(8\right)$则卫星探测地面覆盖范围的形状表达式为：即其中，d_b为垂直探测距离，d_a为水平探测距离，a_E为地球半径，α为卫星与地面夹角，x,y为投影平面坐标，R_e为卫星探测地球覆盖区域椭圆的长轴距离；(3)根据卫星探测地面覆盖范围信息和地面电磁辐射源信息，判断地球覆盖区域内电磁辐射源情况，即根据卫星探测地面覆盖范围进行点的包含性检验；(4)根据电磁辐射源情况，进行卫星探测全球电磁环境可视化显示，其步骤如下：(a)读取数据库中环境想定代号和卫星基本参数信息，卫星通过消息向可视化仿真系统发送运行轨迹信息；(b)根据卫星发送的运行轨迹信息及卫星的基本参数计算当前时刻卫星探测视场角范围内的地面覆盖模型；(c)根据地面覆盖模型查询数据库，查找t‑△t₁时刻地面覆盖模型内处于工作状态的电磁实体；(d)根据电磁实体地理位置信息计算电波传播路径信息，通过电离层接口、气象信息接口、其它影响因素接口，得到t‑△t₂时刻的电波传播条件；(e)地面覆盖模型范围内所有电磁实体产生的电磁辐射经过传播条件在空间构成的电磁环境和当前时刻宇宙背景电磁辐射共同组成了卫星探测电磁环境；(f)计算并显示该时刻空间电磁环境，并将数据保存到分析结果数据库中。