遥感卫星的应用分析与仿真国内外研究现状及发展动态.docx
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2022-10-23
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一、遥感卫星对地覆盖分析与仿真国内外研究的历史与现状
通常意义上的覆盖，即目标在卫星有效载荷的观测视场之内，这是遥感卫星系统完成其
任务的必要条件。地面覆盖特性作为遥感卫星系统最为重要的性能/效能，国内外的学者在
这一方面做了大量的研究工作。
1、国外研究历史与现状
国外现有对卫星覆盖的研究主要是基于卫星轨道设计、卫星星座设计的目的，集中在连
续 全 球 覆 盖 分 析 (Continuous global coverage) 连 续 区 域 性 覆 盖 分 析 (continuous zonal
coverage)，间歇性区域覆盖分析(Intermittent local coverage)三大类上。
在连续全球覆盖分析方面，J.C.Walker 于 1970 给出了一种由圆轨道卫星组成的星座，
提供连续的全球覆盖，在这个领域做出了奠基性和开创性的工作，这就是现在著名的
Walker-delta星座。1978 年 ，D.C.Beste 给出了另外一种全球连续覆盖的卫星星座构型，1980
年，A.H.Ballard 提出了玫瑰星座(Rosette Constellation)提供连续的全球覆盖。二者在连续全
球覆盖分析领域也做出了杰出的贡献。1985 年， John E. Draim 提出一种由三颗或四颗星组
成的椭圆轨道星座，提供全球连续覆盖，这是首次提出采用椭圆轨道卫星星座的概念。1986
年，John E. Draim 又给出了一种具有相同周期的四星椭圆轨道卫星星座，提供全球连续覆
盖。
1974 年， R..David Luders 和 Lawrence J. Ginsberg 对连续区域覆盖卫星的轨道特性做
了一般性的研究工作。
1966 年，R. D. Rider 提出了卫星星下点轨迹参数 Q(The Satellite Trace Parameter Q)的概
念，Q 的含义就是星下点地面轨迹每天回归的次数，通过对参数 Q 的选择，可以使卫星对
地面目标的覆盖特性达到较优的水平。S.S. Bayliss 和 A.Y.Haygen于 1983 年发表文章，给
出了一种算法使间歇性覆盖卫星的最大回访时间最小。在同年， T.J. Lange 和 J.M. Hansen
给出了一种算法，通过搜索轨道倾角使星座对某地地面回访时间最小。1998 年，Elizabeth .W.
Haves 给出了一种算法，通过计算权重系数 (weighting factor)的方法，计算单个卫星对地面
一点或区域的平均访问时间。同年， Elizabeth .W. Haves又给出了一种选择星座对地面最小
回访时间的方法。
在覆盖分析方法上 1989 年，J. Middour 采用多边形视场技术 (Polygon Field of View
Technique)给出了一种不同于传统网格点技术 (Grid Technique)的高效卫星对地覆盖计算方
法。2000 年，Yuri Ulybyshev 采用覆盖函数(Covering Functions)的概念给出了低轨卫星通信
系统覆盖特性的近似解。
目前，卫星仿真系统的典型产品是美国 Analytical Graphics 公司(AGI)开发的卫星工具
包 Satellite Tool Kit(STK)，由于功能强大、可视化程度高，问世不久便迅速占领航天与国
防领域市场，目前己经拥有全球 25000 个用户，几乎成为国际航天领域统一的标准工具包。
其 COVERAGE 模块是覆盖分析仿真模块，可以对任意轨道的卫星和复杂传感器的地面覆盖
情况进行仿真和分析，并提供多项修改功能如卫星参数、传感器参数、报表输出方式等。但
是软件价格十分昂贵，因此需要开发我国拥有自主知识产权的卫星仿真系统。
2、国内研究历史与现状
国内学者在卫星对地覆盖问题上也进行了大量的研究和探索。在覆盖边界算法研究方
面李大耀提出了卫星对地面覆盖区域的通用求解方法和卫星沿轨道运动对地面覆盖带外沿
轨迹求解方法。都晓宁等从卫星轨道设计入手，对卫星覆盖边界算法进行了讨论。王永刚、
刘玉文结合军事卫星的特点，研究了卫星及卫星网对地面覆盖边界的算法。
关于卫星覆盖问题已有成熟的理论研究，更多的研究都是结合具体的轨道设计、星座
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