摘 要：目標(biāo)訪問計(jì)算是指根據(jù)遙感衛(wèi)星軌道和待觀測(cè)目標(biāo)的位置，計(jì)算遙感衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)觀測(cè)的時(shí)刻和姿態(tài)，是遙感衛(wèi)星任務(wù)管控領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)技術(shù)之一。高效的目標(biāo)訪問計(jì)算方法可大幅提升衛(wèi)星任務(wù)管控的時(shí)效性，對(duì)后續(xù)大規(guī)模遙感星座任務(wù)管控具有重要意義。利用太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星交點(diǎn)地方時(shí)不變的特點(diǎn)，快速估算出衛(wèi)星經(jīng)過目標(biāo)的較短時(shí)間窗口，對(duì)時(shí)間窗口內(nèi)的星歷進(jìn)行逐點(diǎn)計(jì)算，獲取衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行訪問的最佳時(shí)刻。試驗(yàn)結(jié)果證明，該方法可大幅提升目標(biāo)訪問時(shí)間的計(jì)算效率。

關(guān)鍵詞：遙感衛(wèi)星；目標(biāo)訪問；太陽(yáng)同步軌道；地方時(shí)

中圖分類號(hào)：Ｖ４１２． ４＋２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（ＯＳＩＤ）：

文章編號(hào)：１００３－３１１４（２０２４）０４－０７３０－０９

０ 引言

遙感衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃主要分為３ 個(gè)步驟：目標(biāo)訪問計(jì)算、任務(wù)分解和任務(wù)規(guī)劃［１－２］，其中訪問分析是任務(wù)分解和任務(wù)規(guī)劃的前提，主要是依據(jù)衛(wèi)星運(yùn)行軌跡和地面上各個(gè)目標(biāo)位置，計(jì)算出衛(wèi)星對(duì)所有目標(biāo)的訪問時(shí)間窗口［３－５］，針對(duì)每一個(gè)目標(biāo)計(jì)算出衛(wèi)星在各訪問時(shí)刻對(duì)該目標(biāo)的觀測(cè)姿態(tài)角度信息［６］。根據(jù)衛(wèi)星訪問目標(biāo)的時(shí)間窗口對(duì)觀測(cè)任務(wù)進(jìn)行分解，得到一系列觀測(cè)元任務(wù)［７－９］，這些元任務(wù)都是由某顆衛(wèi)星在指定時(shí)間以指定姿態(tài)角度一次性完成觀測(cè)成像，是不可分割的原子任務(wù)［１０－１３］。計(jì)算衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)的最佳訪問時(shí)間是衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃、指令編制等后續(xù)工作的基礎(chǔ)［１４］，其中最佳訪問時(shí)間通常是指衛(wèi)星相對(duì)地面目標(biāo)空間距離最近的時(shí)刻。

計(jì)算最佳訪問時(shí)間的常規(guī)方法是針對(duì)星歷文件，逐一計(jì)算星歷中衛(wèi)星位置與目標(biāo)的空間距離，找到最小空間距離對(duì)應(yīng)的星歷記錄，該條記錄的時(shí)間即衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)訪問的最佳時(shí)間。星歷文件由若干條記錄組成，記錄了衛(wèi)星在每一時(shí)刻的實(shí)時(shí)位置。為保證計(jì)算精度，常采用１ ｓ 間隔的星歷文件，１ ｄ 的星歷文件包含８６ ４００ 條記錄。由于星歷數(shù)據(jù)量巨大，導(dǎo)致常規(guī)方法的計(jì)算量很大，計(jì)算效率低。

為了提高計(jì)算效率，通常采用多服務(wù)器或高性能ＧＰＵ 服務(wù)器并行計(jì)算，并行計(jì)算雖然能夠大幅提升計(jì)算效率，但計(jì)算成本也大幅上升；同時(shí)，還需要針對(duì)并行計(jì)算硬件架構(gòu)額外設(shè)計(jì)任務(wù)分配方法，算法設(shè)計(jì)難度較大。

本文針對(duì)在遙感衛(wèi)星中占有很大比重的太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星的軌道特點(diǎn)，提出了一種衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)訪問時(shí)間的快速計(jì)算方法，基于常規(guī)的硬件條件，可將計(jì)算量降低至常規(guī)算法的１ ／４ 以下，大幅提高計(jì)算效率，對(duì)未來的大規(guī)模遙感星座任務(wù)規(guī)劃、大區(qū)域遙感拍攝任務(wù)規(guī)劃等任務(wù)場(chǎng)景［１５－１７］具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

１ 遙感衛(wèi)星目標(biāo)訪問計(jì)算方法概述

目標(biāo)訪問計(jì)算主要是根據(jù)衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)（固定時(shí)間間隔的衛(wèi)星空間位置、星下點(diǎn)地理位置信息等）、目標(biāo)地理位置信息以及衛(wèi)星的約束條件，包括衛(wèi)星側(cè)擺角范圍、衛(wèi)星俯仰角范圍、衛(wèi)星傳感器成像太陽(yáng)高度角要求等計(jì)算衛(wèi)星對(duì)地面目標(biāo)的訪問時(shí)段及對(duì)應(yīng)的姿態(tài)信息（側(cè)擺角、俯仰角等）。

傳統(tǒng)目標(biāo)訪問計(jì)算方法為純串行架構(gòu)，逐行讀取星歷文件，計(jì)算每行衛(wèi)星空間位置與目標(biāo)地理位置的空間關(guān)系是否滿足成像約束（主要包括是否可視、是否滿足側(cè)擺角／ 俯仰角／ 太陽(yáng)高度角約束），在滿足約束的星歷中，選擇側(cè)擺角度和俯仰角度最小的星歷時(shí)刻作為成像最佳時(shí)刻，處理流程如圖１所示。

由于星歷文件很大，串行處理過程針對(duì)每個(gè)目標(biāo)都要遍歷一遍星歷文件，當(dāng)面臨多星多目標(biāo)時(shí)，計(jì)算量巨大，計(jì)算時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)，難以滿足高時(shí)效性遙感任務(wù)的要求。

為了提高多星多目標(biāo)訪問時(shí)間的計(jì)算效率，楊紀(jì)偉等［１４］提出了一種雙層并行高速目標(biāo)訪問計(jì)算架構(gòu)，該計(jì)算架構(gòu)采用任務(wù)級(jí)并行和任務(wù)內(nèi)部線程級(jí)并行的雙層并行策略，任務(wù)級(jí)并行計(jì)算架構(gòu)如圖２ 所示。該架構(gòu)由一個(gè)并行計(jì)算調(diào)服服務(wù)器和若干目標(biāo)訪問計(jì)算節(jié)點(diǎn)組成，并行調(diào)度服務(wù)器接收多個(gè)業(yè)務(wù)軟件發(fā)送的計(jì)算申請(qǐng)（“目標(biāo)－衛(wèi)星”組合），將不同申請(qǐng)分配到不同的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)收到計(jì)算任務(wù)后，提取存儲(chǔ)在本節(jié)點(diǎn)的星歷文件進(jìn)行計(jì)算并將計(jì)算結(jié)果返回并行計(jì)算調(diào)度服務(wù)器，并行計(jì)算調(diào)度服務(wù)器將計(jì)算結(jié)果返回相應(yīng)的業(yè)務(wù)軟件。

任務(wù)內(nèi)部線程級(jí)并行架構(gòu)采用ＣＰＵ＋ＧＰＵ 異構(gòu)架構(gòu)［１８］，ＣＰＵ 負(fù)責(zé)進(jìn)行邏輯處理，ＧＰＵ 負(fù)責(zé)大數(shù)據(jù)量計(jì)算。ＣＰＵ 根據(jù)本節(jié)點(diǎn)的ＧＰＵ 核數(shù)，創(chuàng)建上百個(gè)線程（視ＧＰＵ 核數(shù)而定），將星歷拆成對(duì)應(yīng)的上百段，將目標(biāo)、星歷段、成像約束分配給每個(gè)線程進(jìn)行計(jì)算，每個(gè)線程計(jì)算結(jié)果再返回至ＣＰＵ 進(jìn)行合并處理，提升了單節(jié)點(diǎn)的計(jì)算效率。

雖然雙層并行計(jì)算架構(gòu)可大幅提升計(jì)算效率，但計(jì)算代價(jià)很大，一方面需要大量高端計(jì)算設(shè)備，硬件成本高；另一方面需要針對(duì)性的開發(fā)多節(jié)點(diǎn)調(diào)度系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、多線程并行調(diào)度等專用算法，系統(tǒng)復(fù)雜。

２ 太陽(yáng)同步軌道目標(biāo)訪問計(jì)算方法

２． １ 總體思路

２． １． １ 太陽(yáng)同步軌道特點(diǎn)

由于光學(xué)遙感衛(wèi)星的成像質(zhì)量與地面光照條件關(guān)系密切，光學(xué)對(duì)地觀測(cè)遙感衛(wèi)星多采用太陽(yáng)同步軌道［１９－２１］。太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星的軌道面與太陽(yáng)同步旋轉(zhuǎn)，軌道平面的進(jìn)動(dòng)角速度應(yīng)等于地球公轉(zhuǎn)角速度，從而保持軌道平面與太陽(yáng)光線之間夾角不變［２２］，即衛(wèi)星通過地球表面某一特定點(diǎn)時(shí)，軌道面與太陽(yáng)的角度關(guān)系保持不變，地面的光照條件也不變。太陽(yáng)同步軌道具有軌跡幾乎覆蓋所有緯度范圍、光照條件幾乎固定和軌道高度變化范圍廣等軌道特性［２３］，當(dāng)衛(wèi)星在幾天甚至幾周內(nèi)對(duì)同一地點(diǎn)觀測(cè)時(shí)，太陽(yáng)相對(duì)該地點(diǎn)的高度角不變。這種特性對(duì)某些遙感任務(wù)非常有用，可以更好地對(duì)地面或人造物的特性變化情況進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。

典型太陽(yáng)同步軌道高度為４００ ～ ８００ ｋｍ，周期為９６ ～１００ ｍｉｎ，根據(jù)不同的偏心率，傾角大約９８°，軌道高度增加傾角也會(huì)相應(yīng)地增加［２４］。

此外，太陽(yáng)同步軌道的另一個(gè)重要特性是衛(wèi)星經(jīng)過降交點(diǎn)（衛(wèi)星由北向南飛行經(jīng)過赤道時(shí)，衛(wèi)星軌道與赤道面的交點(diǎn)）或升交點(diǎn)（衛(wèi)星由南向北飛行經(jīng)過赤道時(shí)，衛(wèi)星軌道與赤道面的交點(diǎn)）的地方時(shí)基本保持不變［２５］。在地面跟蹤監(jiān)測(cè)活動(dòng)中，利用太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星的兩大特點(diǎn)，可為遙感任務(wù)部署提供理論依據(jù)。

２． １． ２ 地方時(shí)的相關(guān)概念

本文與地方時(shí)相關(guān)的３ 個(gè)概念分別是：

① 地方時(shí)。是指一個(gè)特定地理位置所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，它由地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)規(guī)律決定，并且會(huì)因經(jīng)度的不同而有所差異。在地球不同的地方，由于經(jīng)度不同，太陽(yáng)經(jīng)過各地子午線的時(shí)間也會(huì)有所不同，因此將太陽(yáng)針對(duì)某地子午線的時(shí)間定為該地中午１２：００：００，這樣定出來的時(shí)間就是地方時(shí)。地方時(shí)是按本地經(jīng)度測(cè)定的時(shí)刻，地球表面經(jīng)度每隔１５°，地方時(shí)相差１ ｈ，如北京和西安的經(jīng)度分別是東經(jīng)１１６°１９′和東經(jīng)１０８°５５′，兩地經(jīng)度差是７°２４′，則兩地的地方時(shí)相差２９ ｍｉｎ３６ ｓ，即當(dāng)北京地方時(shí)為正午１２：００：００ 時(shí)，西安的地方時(shí)則為１１：３０：２４［２６］。

② 時(shí)區(qū)。為了按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)分區(qū)計(jì)時(shí)，１８８４ 年國(guó)際經(jīng)度會(huì)議制定的《世界時(shí)區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)》將全球劃分為２４ 個(gè)時(shí)區(qū)，以本初子午線（０°經(jīng)線）為基準(zhǔn)，規(guī)定西經(jīng)７． ５° ～ 東經(jīng)７． ５°為中時(shí)區(qū)（也叫零時(shí)區(qū)），中時(shí)區(qū)以東依次為東１ 區(qū)～ 東１２ 區(qū)（也可以表示為１ 區(qū)～１２ 區(qū)），中時(shí)區(qū)以西依次為西１ 區(qū)～ 西１２ 區(qū)（也可以表示為－１ 區(qū)～ －１２ 區(qū)），每個(gè)時(shí)區(qū)跨越經(jīng)度均為１５°，需要注意的是東１２ 區(qū)和西１２ 區(qū)各跨越經(jīng)度７． ５°［２７－２８］。為了計(jì)算方便，西半球的時(shí)區(qū)可用負(fù)數(shù)表示。

根據(jù)經(jīng)度計(jì)算時(shí)區(qū)的方法為：經(jīng)度的絕對(duì)值除以１５°，當(dāng)余數(shù)小于７． ５°時(shí)，商即所在時(shí)區(qū)，當(dāng)余數(shù)大于７． ５°時(shí)，商＋１ 為所在時(shí)區(qū)，如果經(jīng)度為正，則為東半球時(shí)區(qū)，如果經(jīng)度為負(fù)，則為西半球時(shí)區(qū)。

③ 區(qū)時(shí)。劃分時(shí)區(qū)后，各時(shí)區(qū)需要有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間來代表整個(gè)時(shí)區(qū)的時(shí)間，將各時(shí)區(qū)中央經(jīng)線的地方時(shí)作為該時(shí)區(qū)的統(tǒng)一時(shí)間，該統(tǒng)一時(shí)間稱為本時(shí)區(qū)的區(qū)時(shí)，在一個(gè)時(shí)區(qū)內(nèi)，任意一點(diǎn)的地方時(shí)與區(qū)時(shí)的最大時(shí)差為０． ５ ｈ。

２． １． ３ 處理流程

本計(jì)算方法包括３ 個(gè)步驟：目標(biāo)訪問地方時(shí)計(jì)算、目標(biāo)訪問時(shí)間窗口計(jì)算、最佳訪問時(shí)間確定，如圖３ 所示。各步驟功能具體描述如表１ 所示。

２． ２ 目標(biāo)訪問地方時(shí)計(jì)算

目標(biāo)訪問地方時(shí)計(jì)算的處理流程如圖４ 所示，具體包括：① 根據(jù)衛(wèi)星軌道半長(zhǎng)軸計(jì)算衛(wèi)星軌道周期；② 根據(jù)衛(wèi)星軌道周期和衛(wèi)星軌道傾角計(jì)算衛(wèi)星跨越單位緯度的平均時(shí)間；③ 根據(jù)目標(biāo)緯度、升／ 降交點(diǎn)地方時(shí)計(jì)算衛(wèi)星在升／ 降軌段經(jīng)過目標(biāo)所在緯度時(shí)的地方時(shí)。

具體計(jì)算步驟和方法如下。

① 計(jì)算衛(wèi)星在緯度方向每經(jīng)過１°的平均時(shí)間，首先計(jì)算衛(wèi)星軌道周期：

式中：Ｐ 為衛(wèi)星軌道周期（單位ｓ）；μ 為地球引力常量，值為３． ９８６ ００４ ４１５×１０１４（單位ｍ３ ／ ｓ２）；ａ 為衛(wèi)星軌道半長(zhǎng)軸（單位ｍ）。

衛(wèi)星軌道星下點(diǎn)最大緯度約等于衛(wèi)星軌道傾角ｉ，太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星的軌道傾角ｉ 均大于９０°，約為９８°（與衛(wèi)星軌道高度相關(guān)），太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星運(yùn)行一圈跨域的緯度范圍：

Ｒｌａｔ≈（１８０－ｉ）×２。（２）

則衛(wèi)星在緯度方向每經(jīng)過１°的平均時(shí)間：

Ｔｐｅｒｌａｔ≈Ｐ／ Ｒｌａｔ。（３）

② 太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星的降交點(diǎn)地方時(shí)為ｌｔＤｅｓｃＮｏｄｅ，升交點(diǎn)地方時(shí)為ｌｔＡｓｃＮｏｄｅ，目標(biāo)的緯度為ｌａｔＴａｒｇｅｔ（北半球?yàn)檎龜?shù)，南半球?yàn)樨?fù)數(shù)），目標(biāo)的經(jīng)度為ｌｏｎＴａｒｇｅｔ（東半球?yàn)檎龜?shù)，西半球?yàn)樨?fù)數(shù)），則衛(wèi)星經(jīng)過目標(biāo)所在緯度與降交點(diǎn)或升交點(diǎn)的時(shí)差為：

Δｔ＝ｌａｔＴａｒｇｅｔ ／ Ｔｐｅｒｌａｔ。（４）

因此，如果目標(biāo)在北半球，Cｔ 為正數(shù)；如果目標(biāo)在南半球，Cｔ 為負(fù)數(shù)。

③ 在降軌（衛(wèi)星從北向南飛行）段對(duì)目標(biāo)進(jìn)行訪問時(shí)，如果目標(biāo)在北半球，衛(wèi)星經(jīng)過目標(biāo)所在緯度的地方時(shí)會(huì)早于降交點(diǎn)地方時(shí)；如果目標(biāo)在南半球，衛(wèi)星經(jīng)過目標(biāo)所在緯度的地方時(shí)會(huì)晚于降交點(diǎn)地方時(shí)，衛(wèi)星經(jīng)過目標(biāo)所在緯度的地方時(shí)ｄｔｌｏｃａｌ 應(yīng)為降交點(diǎn)地方時(shí)減去時(shí)差Cｔ，即：

ｄｔｌｏｃａｌ ＝ｌｔＤｅｓｃＮｏｄｅ －Δｔ 。（５）

④ 在升軌（衛(wèi)星自南向北飛行）段對(duì)目標(biāo)進(jìn)行訪問時(shí)，如果目標(biāo)在北半球，衛(wèi)星經(jīng)過目標(biāo)所在緯度的地方時(shí)會(huì)晚于升交點(diǎn)地方時(shí)；如果目標(biāo)在南半球，衛(wèi)星經(jīng)過目標(biāo)所在緯度的地方時(shí)會(huì)早于升交點(diǎn)地方時(shí)，則衛(wèi)星經(jīng)過目標(biāo)所在緯度的地方時(shí)ａｔｌｏｃａｌ 應(yīng)為升交點(diǎn)地方時(shí)加上時(shí)差Cｔ，即：

ａｔｌｏｃａｌ ＝ｌｔＡｓｃＮｏｄｅ ＋Δｔ。（６）

⑤ 至此，估算出了衛(wèi)星經(jīng)過目標(biāo)所在緯度的地方時(shí)，之所以是估算值是因?yàn)樾l(wèi)星并非絕對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)，ｔｐｅｒｌａｔ 為平均值，Cｔ 存在一定誤差，導(dǎo)致ｄｔｌｏｃａｌ 與ａｔｌｏｃａｌ 也存在誤差。

２． ３ 目標(biāo)訪問時(shí)間窗口計(jì)算

目標(biāo)訪問時(shí)間窗口計(jì)算的處理流程如圖５ 所示。衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)訪問的時(shí)區(qū)關(guān)系如圖６ 所示。

① 根據(jù)目標(biāo)的經(jīng)度ｌｏｎＴａｒｇｅｔ 計(jì)算出目標(biāo)所在的時(shí)區(qū)，需要注意的是，絕大多數(shù)情況下，目標(biāo)不在衛(wèi)星運(yùn)行軌道的正下方，而是分布在衛(wèi)星軌道左右，衛(wèi)星需要向左或向右側(cè)擺對(duì)目標(biāo)進(jìn)行訪問，所以衛(wèi)星經(jīng)過目標(biāo)附近的軌道有可能和目標(biāo)不在一個(gè)時(shí)區(qū)，如圖６ 所示，因此還需要考慮時(shí)區(qū)的左右相鄰時(shí)區(qū)，分別為時(shí)區(qū)＋１ 和時(shí)區(qū)－１。

式中：ｔ０ 為星歷的開始時(shí)間，ｔｓｐａｃｅ 為星歷時(shí)間間隔，通常為１ ｓ。如果Ｓｔａｒｔ＜０（星歷索引從０ 開始），則令Ｓｔａｒｔ ＝ ０，如果Ｅｎｄ 大于星歷最大索引值，則令Ｅｎｄ 等于星歷最大索引值。

③ 在星歷搜索范圍（Ｓｔａｒｔ，Ｅｎｄ）內(nèi)按順序逐一計(jì)算星下點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)的球面距離Ｌｉ （ｉ ∈ ［Ｓｔａｒｔ，Ｅｎｄ］），當(dāng)Ｌｉ－ １ ＞Ｌｉ ＜Ｌｉ＋１ 時(shí)，如圖７ 所示，判斷Ｌｉ 是否小于衛(wèi)星最大觀測(cè)范圍。如果Ｌｉ 小于衛(wèi)星最大觀測(cè)范圍，則Ｌｉ 對(duì)應(yīng)星歷的時(shí)刻即是目標(biāo)訪問最佳時(shí)刻，反之，表明衛(wèi)星在本軌道圈次內(nèi)不能訪問目標(biāo)。

④ 針對(duì)ＤＴＷ２ ～ ＤＴＷ６，分別執(zhí)行步驟① ～ ③，搜索衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)的訪問時(shí)間。

２． ５ 計(jì)算效率提升預(yù)估

針對(duì)一個(gè)目標(biāo)，考慮升軌段目標(biāo)訪問和降軌段目標(biāo)訪問兩種情況，每種情況再考慮３ 個(gè)相鄰時(shí)區(qū)，每個(gè)時(shí)區(qū)搜索窗口為１ ｈ，１ ｄ 之內(nèi)全部搜索范圍為６ ｈ，相對(duì)于傳統(tǒng)算法２４ ｈ 搜索范圍，計(jì)算效率提升優(yōu)于４ 倍。

３ 試驗(yàn)分析與評(píng)價(jià)

３． １ 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與試驗(yàn)環(huán)境

本節(jié)基于１０ 個(gè)觀測(cè)目標(biāo)和４８ ｈ 的星歷，與傳統(tǒng)串行計(jì)算方法進(jìn)行對(duì)比。觀測(cè)目標(biāo)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表２ 所示。衛(wèi)星軌道及載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表３ 所示。衛(wèi)星軌道及目標(biāo)分布如圖８ 所示。

試驗(yàn)環(huán)境為通用臺(tái)式計(jì)算機(jī)，配置為：處理器Ｉｎｔｅｌ - Ｃｏｒｅ（ＴＭ）ｉ５－６５００ ＣＰＵ＠３．２０ ＧＨｚ ３．２０ ＧＨｚ，內(nèi)存８． ００ ＧＢ（７． ８９ ＧＢ 可用），硬盤１ ＴＢ，操作系統(tǒng)Ｗｉｎｄｏｗ ７ ６４ 位。

３． ２ 目標(biāo)所在時(shí)區(qū)計(jì)算

以目標(biāo)ＴＡＲＧＥＴ１（－２３． ７９８ ９°，０． ５０２ ７°）為例，計(jì)算目標(biāo)所處時(shí)區(qū)：｜ －２３． ７９８ ９ ｜ ／１５ ＝１……８． ７９８ ９，因?yàn)橛鄶?shù)大于７． ５ 且目標(biāo)經(jīng)度為負(fù)，所以目標(biāo)所在時(shí)區(qū)為西２ 區(qū)，也可以表達(dá)為－２ 區(qū)，該區(qū)地方時(shí)（ＬＴ）比ＵＴＣ 晚２ ｈ，即：ＬＴ ＝ ＵＴＣ－２，則衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)訪問時(shí)所處的可能時(shí)區(qū)包括－１ 區(qū)、－２ 區(qū)、－３ 區(qū)，計(jì)算出所有目標(biāo)的可能訪問時(shí)區(qū)，如表４ 所示。

３． ３ 計(jì)算衛(wèi)星經(jīng)過該目標(biāo)所在緯度的時(shí)刻

根據(jù)式（１）太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星軌道周期計(jì)算如下：

衛(wèi)星軌道傾角為９７． ０３４ ６°，在南北緯８２． ９６５ ４°范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，緯度方向每運(yùn)行１°的時(shí)間長(zhǎng)度約為５ ５５３ ／ （８２． ９６５ ４×２）≈３３． ５ ｓ。衛(wèi)星降交點(diǎn)地方時(shí)為１２：００：００，升交點(diǎn)地方時(shí)為００：００：００，據(jù)此計(jì)算衛(wèi)星經(jīng)過每個(gè)目標(biāo)所在緯度的地方時(shí)，如表５所示。

３． ４ 目標(biāo)訪問窗口計(jì)算

以衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)ＴＡＲＧＥＴ１（－２３． ７９８ ９，０． ５０２ ７）在－３ 區(qū)降軌段訪問時(shí)間窗口計(jì)算為例，依據(jù)式（８）計(jì)算衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)訪問的時(shí)間窗口：ＴＷ１ ＝ ［ｄｔＬｏｃａｌ －ＴｉｍｅＺｏｎｅ－τ， ｄｔＬｏｃａｌ －ＴｉｍｅＺｏｎｅ＋τ］＝ ［１１：５９：４４ －（－３：００：００）－ ００：３０：００，１１：５９：４３－（－３：００：００）＋００：３０：００］＝［１４：２９：４４，１５：２９：４４］；依據(jù)式（９），為時(shí)間窗口添加日期信息：ＤＴＷ１ ＝ ＴＷ１ ＋ｄ ＝ ［２０２４ ／２ ／１６ ＋１４：２９：４４，２０２４ ／２ ／１６＋１５：２９：４４］＝ ［２０２４ ／２ ／１６１４：２９：４４，２０２４ ／２ ／１６ １５：２９：４４］。

如此計(jì)算出每個(gè)目標(biāo)的６ 個(gè)訪問時(shí)間窗口，如1表６ 所示。

３． ５ 目標(biāo)訪問時(shí)間確定

針對(duì)表６ 中每個(gè)目標(biāo)的６ 個(gè)可能的訪問時(shí)間窗口，逐點(diǎn)計(jì)算該時(shí)間窗口內(nèi)各星下點(diǎn)與目標(biāo)的距離，最小距離如果滿足衛(wèi)星觀測(cè)約束，則該星下點(diǎn)的對(duì)應(yīng)時(shí)間即為目標(biāo)訪問最佳時(shí)間，１０ 個(gè)目標(biāo)訪問時(shí)間計(jì)算結(jié)果如圖９ 所示，可以看出本方法與傳統(tǒng)方法的耗時(shí)比為１７１ ∶ ７３３≈１ ∶ ４． ３，與前文預(yù)估的效率提升結(jié)果相符。

在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又分別針對(duì)５、１０、１００、１ ０００ 個(gè)目標(biāo)分別在２４ ｈ 星歷時(shí)長(zhǎng)、４８ ｈ 星歷時(shí)長(zhǎng)的情況下，對(duì)計(jì)算效率進(jìn)行了比較，計(jì)算效率均提升４ 倍以上，如表７ 所示。

４ 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種太陽(yáng)同步軌道遙感衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)訪問時(shí)間進(jìn)行快速計(jì)算的方法，根據(jù)衛(wèi)星軌道參數(shù)和目標(biāo)位置，快速計(jì)算出衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)可能訪問的６ 個(gè)時(shí)間窗口，每個(gè)窗口長(zhǎng)度為１ ｈ，然后在６ 個(gè)窗口內(nèi)搜索計(jì)算衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)訪問的最佳時(shí)間，相對(duì)于傳統(tǒng)串行計(jì)算方法，計(jì)算效率提升４ 倍以上，相對(duì)于并行計(jì)算方法，大幅效降低計(jì)算硬件成本，簡(jiǎn)化開發(fā)方法，具有較大的工程應(yīng)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：

彭會(huì)湘 男，（１９７３—），碩士，研究員。

劉 剛 男，（１９８６—），博士，高級(jí)工程師。

陳金勇 男，（１９７０—），碩士，研究員。

陳韜亦 男，（１９８４—），博士，研究員。

李 爍 男，（１９９９—），碩士研究生。