專利名稱：一種衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器觀測能力的評(píng)價(jià)方法，特別涉及一種衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法，屬于地球空間信息領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
2009年，美國“關(guān)注科學(xué)家聯(lián)盟”組織公布的全世界衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫顯示，目前正在環(huán)繞地球飛行的共有795顆各類衛(wèi)星，美國擁有413顆，中國只有50余顆，我國到2020年預(yù)計(jì)也只有80多顆。如何更加有效的利用相對(duì)稀缺的衛(wèi)星資源進(jìn)行大量的災(zāi)害監(jiān)測，是目前在衛(wèi)星遙感災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域面臨的主要問題。為了有效的利用相對(duì)稀缺的衛(wèi)星資源，首先需要一種可以科學(xué)、動(dòng)態(tài)、定量的對(duì)不同衛(wèi)星傳感器的觀測能力進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。依據(jù)此方法，評(píng)價(jià)在不同對(duì)地觀測任務(wù)中，不同衛(wèi)星傳感器的能力大小，以此供決策者評(píng)估衛(wèi)星傳感器具有的一種動(dòng)態(tài)的觀測能力，這樣就可達(dá)到衛(wèi)星資源的最大效率的使用。相反的，如果我們不對(duì)已有的衛(wèi)星資源的動(dòng)態(tài)觀測能力進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)，任意規(guī)劃衛(wèi)星任務(wù)，在應(yīng)對(duì)重大自然災(zāi)害時(shí)，就會(huì)面臨盲目性，進(jìn)而影響衛(wèi)星災(zāi)害監(jiān)測的效果。所謂衛(wèi)星傳感器的動(dòng)態(tài)觀測能力，指的是衛(wèi)星傳感器對(duì)于具體任務(wù)需求的具體完成能力。也就是在一定的時(shí)空條件下，針對(duì)某類觀測主題，評(píng)估衛(wèi)星傳感器滿足觀測任務(wù)的程度。其中，動(dòng)態(tài)區(qū)別于靜態(tài)，強(qiáng)調(diào)的是衛(wèi)星傳感器的觀測能力不是一個(gè)固定的能力，是會(huì)隨著觀測時(shí)間、觀測空間、觀測主題、觀測環(huán)境而發(fā)生變化，是一個(gè)可變的能力。基于這個(gè)概念，動(dòng)態(tài)的觀測能力評(píng)價(jià)在災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)中便有著重要的作用。因?yàn)闉?zāi)害的突發(fā)性、地域性和主題性決定了觀測任務(wù)的可變性，對(duì)應(yīng)于可變的觀測任務(wù)，不同的衛(wèi)星傳感器也將會(huì)有可變的觀測能力。因而，提出一種傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法是非常有必要的。目前已有的評(píng)價(jià)方法要么集中在衛(wèi)星能力參數(shù)的簡單描述上[1]，或模糊的定性對(duì)比上，不具有定量性，要么沒有考慮到傳感器能力和具體任務(wù)需求是密切相關(guān)的，只是單方面的集中在傳感器成像質(zhì)量的評(píng)價(jià)上[2 5]，或只依據(jù)傳感器本身參數(shù)確定一個(gè)靜態(tài)的評(píng)價(jià)結(jié)果[6 7]，忽視了在不同的應(yīng)用需求下，同一傳感器的觀測能力是不同的，即忽視了傳感器觀測能力的動(dòng)態(tài)性。綜合分析，目前傳感器觀測能力的評(píng)價(jià)方法存在以下問題:I)缺乏有效的定量評(píng)價(jià)。為了更加深刻的認(rèn)識(shí)傳感器的動(dòng)態(tài)觀測能力，需要對(duì)影響傳感器觀測效果的多種因素進(jìn)行定量分析?，F(xiàn)階段一些定性的能力描述、簡單的參數(shù)模型，并不能精確有效的刻畫傳感器的觀測能力，在一些重大災(zāi)害應(yīng)急場景中，缺乏定量的評(píng)價(jià)會(huì)造成決策結(jié)果的不確定性增加，不能最大效率地利用有限的對(duì)地觀測資源。2)對(duì)傳感器能力的動(dòng)態(tài)性認(rèn)識(shí)不足?，F(xiàn)有技術(shù)未綜合考慮用戶需求和傳感器性能的相關(guān)性，往往孤立的、片面的只從傳感器固有的能力入手，這與實(shí)際的應(yīng)用情況是不相符的，因而也不可能在實(shí)際的評(píng)價(jià)中使用。僅針對(duì)傳感器的成像質(zhì)量進(jìn)行靜態(tài)評(píng)價(jià)，忽略不同任務(wù)需求的不同要求，不同時(shí)空的環(huán)境變化，就不會(huì)對(duì)傳感器，尤其是衛(wèi)星光學(xué)傳感器的觀測能力有深入全面的認(rèn)識(shí)。文中涉及如下參考文獻(xiàn):[I]冷猛.衛(wèi)星對(duì)地觀測需求分析方法及其應(yīng)用研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué).2011，15-17.
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發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明綜合考慮了衛(wèi)星和傳感器的固有指標(biāo)、傳感器成像環(huán)境的復(fù)雜性、傳感器平臺(tái)的動(dòng)態(tài)性、觀測任務(wù)的主題性和觀測指標(biāo)的可變性，全面系統(tǒng)的分析了影響衛(wèi)星光學(xué)傳感器觀測能力的各項(xiàng)因素，并基于此提出了一種衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:一種衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法，包括步驟:步驟SlOO:獲取衛(wèi)星光學(xué)傳感器過境時(shí)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋率，并根據(jù)所得覆蓋率獲得衛(wèi)星光學(xué)傳感器的時(shí)空覆蓋能力值，所述的覆蓋率為衛(wèi)星光學(xué)傳感器過境時(shí)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的有效觀測面積和目標(biāo)區(qū)域總 面積的比值，所述的有效觀測面積為衛(wèi)星光學(xué)傳感器過境時(shí)覆蓋的區(qū)域和目標(biāo)區(qū)域交集的面積；步驟S200:判斷觀測任務(wù)涉及的觀測主題是否為衛(wèi)星光學(xué)傳感器的潛在應(yīng)用，并根據(jù)判斷結(jié)果獲取衛(wèi)星光學(xué)傳感器的主題觀測能力值；步驟S300:根據(jù)太陽、云和地形對(duì)衛(wèi)星光學(xué)傳感器觀測效果的影響，獲得衛(wèi)星光學(xué)傳感器過境時(shí)的觀測環(huán)境值，所述的太陽、云和地形對(duì)衛(wèi)星光學(xué)傳感器觀測效果的影響即為:太陽、云和地形對(duì)地物輻射傳輸過程的影響；步驟S400采用模糊綜合評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)衛(wèi)星光學(xué)傳感器性能指標(biāo)對(duì)觀測任務(wù)需求的滿足程度，并獲得衛(wèi)星光學(xué)傳感器的模糊綜合評(píng)價(jià)值；步驟S500綜合考慮衛(wèi)星光學(xué)傳感器的時(shí)空覆蓋能力值、主題觀測能力值、觀測環(huán)境值和模糊綜合評(píng)價(jià)值，獲得衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)結(jié)果。步驟SlOO中，所述的根據(jù)所得覆蓋率獲得衛(wèi)星光學(xué)傳感器的時(shí)空覆蓋能力值具體為:當(dāng)衛(wèi)星光學(xué)傳感器過境時(shí)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋率不小于設(shè)定值時(shí)，則衛(wèi)星光學(xué)傳感器的時(shí)空覆蓋能力值為該設(shè)定值；否則，衛(wèi)星光學(xué)傳感器的時(shí)空覆蓋能力值為覆蓋率。步驟S200具體為:判斷觀測任務(wù)涉及的觀測主題是否為衛(wèi)星光學(xué)傳感器的潛在應(yīng)用，若觀測任務(wù)涉及的觀測主題為衛(wèi)星光學(xué)傳感器的潛在應(yīng)用，則衛(wèi)星光學(xué)傳感器的主題觀測能力值為I ;否則，衛(wèi)星光學(xué)傳感器的主題觀測能力值為O。步驟S300進(jìn)一步包括一下子步驟:S301在衛(wèi)星光學(xué)傳感器過境時(shí)刻，根據(jù)太陽常數(shù)、太陽高度角、大氣透明度和大氣質(zhì)量參數(shù)獲取目標(biāo)區(qū)域地面接收的太陽直接輻射值和太陽散射輻射值；S302在衛(wèi)星光學(xué)傳感器過境時(shí)刻，根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的地形和太陽高度角獲取地表起伏對(duì)太陽輻射的影響值；S303在衛(wèi)星光學(xué)傳感器過境時(shí)刻，根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的地面氣象觀測或遙感觀測獲取光學(xué)傳感器過境時(shí)的云量覆蓋率，所述的云量覆蓋率為目標(biāo)區(qū)域內(nèi)云覆蓋的面積與目標(biāo)區(qū)域總面積的比值；S304根據(jù)所得太陽直接輻射、太陽散射輻射、地表起伏對(duì)太陽輻射的影響和云量覆蓋率獲取目標(biāo)區(qū)域的太陽輻射值，基于太陽輻射值獲得衛(wèi)星光學(xué)傳感器的觀測環(huán)境值。所述的觀測環(huán)境值為太陽輻射值與理想太陽輻射值的比值。這里，理想太陽輻射值為環(huán)境影響程度最小情況下的輻射值，即太陽高度角為90°、大氣質(zhì)量為1、云量覆蓋率為O、大氣透明度為0.63、地形起伏影響值為I時(shí)的太陽輻射值。步驟S400進(jìn)一步包括以下子步驟:步驟S401以衛(wèi)星光學(xué)傳感器的觀測能力為評(píng)價(jià)對(duì)象，以衛(wèi)星光學(xué)傳感器的性能指標(biāo)作為評(píng)價(jià)其觀測能力的因素集中的元素，定義評(píng)價(jià)集并對(duì)其中的“優(yōu)，良，中，差”四個(gè)元素賦值；所述的因素集U中的元素為不確定度、水平空間分辨率、觀測重訪周期、垂直空間分辨率、星上存儲(chǔ)量中的至少一種，其中，不確定度為衛(wèi)星觀測中系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差造成的總誤差；步驟S402基于因素集中的元素與觀測任務(wù)需求的模糊隸屬度函數(shù)，通過模糊合成獲得衛(wèi)星光學(xué)傳感器的性能指標(biāo)與上一步定義的評(píng)價(jià)集的模糊關(guān)系矩陣；步驟S403采用層次分析法獲得衛(wèi)星光學(xué)傳感器各性能指標(biāo)的權(quán)重并形成權(quán)重向量;步驟S404將模糊關(guān)系矩陣和權(quán)重向量合成為模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量；步驟S405將綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量映射為具體的模糊評(píng)價(jià)值，從而得到衛(wèi)星光學(xué)傳感器的模糊綜合評(píng)價(jià)值。上述步驟S403具體為:采用成對(duì)比較法對(duì)因素集中各性能指標(biāo)之間的相對(duì)重要性進(jìn)行評(píng)分，基于評(píng)分獲得性能指標(biāo)的權(quán)重，根據(jù)各性能指標(biāo)的權(quán)重得到因素集的權(quán)重向量。上述步驟S404中采用加權(quán)平均型算子進(jìn)行模糊合成。上述步驟S405具體為:采用如下公式將模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量映射為具體的模糊綜合評(píng)價(jià)值u*:
權(quán)利要求
1.種衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法，其特征是，包括步驟: 步驟SlOO:獲取衛(wèi)星光學(xué)傳感器過境時(shí)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋率，并根據(jù)所得覆蓋率獲得衛(wèi)星光學(xué)傳感器的時(shí)空覆蓋能力值； 步驟S200:判斷觀測任務(wù)涉及的觀測主題是否為衛(wèi)星光學(xué)傳感器的潛在應(yīng)用，并根據(jù)判斷結(jié)果獲取衛(wèi)星光學(xué)傳感器的主題觀測能力值； 步驟S300:根據(jù)太陽、云和地形對(duì)衛(wèi)星光學(xué)傳感器觀測效果的影響，獲得衛(wèi)星光學(xué)傳感器的觀測環(huán)境值； 步驟S400:基于模糊綜合評(píng)價(jià)法分析衛(wèi)星光學(xué)傳感器性能指標(biāo)對(duì)觀測任務(wù)需求的滿足程度，并獲得衛(wèi)星光學(xué)傳感器的模糊綜合評(píng)價(jià)值； 步驟S500:綜合考慮衛(wèi)星光學(xué)傳感器的時(shí)空覆蓋能力值、主題觀測能力值、觀測環(huán)境值和模糊綜合評(píng)價(jià)值，獲得衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)結(jié)果。
2.權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法，其特征是: 步驟SlOO中根據(jù)所得覆蓋率獲得衛(wèi)星光學(xué)傳感器的時(shí)空覆蓋能力值具體為: 當(dāng)衛(wèi)星光學(xué)傳感器過境時(shí)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋率不小于設(shè)定值時(shí)，則衛(wèi)星光學(xué)傳感器的時(shí)空覆蓋能力值為該設(shè)定值；否則，衛(wèi)星光學(xué)傳感器的時(shí)空覆蓋能力值為覆蓋率。
3.權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法，其特征是: 步驟S200中根據(jù)判斷結(jié)果獲取衛(wèi)星光學(xué)傳感器的主題觀測能力值具體為: 若觀測任務(wù)涉及的觀測主題為衛(wèi)星光學(xué)傳感器的潛在應(yīng)用，則衛(wèi)星光學(xué)傳感器的主題觀測能力值為I ;否則，衛(wèi)星光學(xué)傳感器的主題觀測能力值為O。
4.權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法，其特征是: 步驟S300進(jìn)一步包括以下子步驟: S301:在衛(wèi)星光學(xué)傳感器過境時(shí)刻，根據(jù)太陽常數(shù)、太陽高度角、大氣透明度和大氣質(zhì)量參數(shù)獲取目標(biāo)區(qū)域地面接收的太陽直接輻射值和太陽散射輻射值； S302:在衛(wèi)星光學(xué)傳感器過境時(shí)刻，根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的地形和太陽高度角獲取地表起伏對(duì)太陽輻射的影響值； S303:在衛(wèi)星光學(xué)傳感器過境時(shí)刻，根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的地面氣象觀測或遙感觀測獲取光學(xué)傳感器過境時(shí)的云量覆蓋率； S304:根據(jù)所得太陽直接輻射、太陽散射輻射、地表起伏對(duì)太陽輻射的影響和云量覆蓋率獲取目標(biāo)區(qū)域的太陽輻射值I; 5305:獲取理想太陽輻射值Jbest,所述的理想太陽輻射值Jbest為太陽高度角為90°、大氣質(zhì)量為1、云量覆蓋率為O、大氣透明度為0.63、地形起伏影響值為I的情況下的太陽輻射值； 5306:目標(biāo)區(qū)域的太陽輻射值/和理想太陽輻射值八est的比值即為衛(wèi)星光學(xué)傳感器的觀測環(huán)境值。
5.權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法，其特征是: 步驟S400進(jìn)一步包括以下子步驟: S401:以衛(wèi)星光學(xué)傳感器的觀測能力為評(píng)價(jià)對(duì)象，以衛(wèi)星光學(xué)傳感器的性能指標(biāo)作為因素集的元素，定義評(píng)價(jià)集并對(duì) 其中元素賦值； S402:基于因素集中的元素與觀測任務(wù)需求的模糊隸屬度函數(shù)，采用模糊合成運(yùn)算獲得因素集和評(píng)價(jià)集的模糊關(guān)系矩陣； 5403:采用層次分析法確定因素集中各元素對(duì)應(yīng)的權(quán)重，并得到權(quán)重向量； 5404:將步驟S403所得權(quán)重向量與步驟S402所得模糊關(guān)系矩陣合成為模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量； 5405:將模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量映射為具體的模糊綜合評(píng)價(jià)值。
6.權(quán)利要求5所述的衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法，其特征是: 所述的因素集U中的元素為不確定度、水平空間分辨率、觀測重訪周期、垂直空間分辨率、星上存儲(chǔ)量中的至少一種，其中，不確定度為衛(wèi)星觀測中系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差之和。
7.權(quán)利要求5所述的衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法，其特征是: 步驟S403中采用層次分析法確定因素集中各元素對(duì)應(yīng)的權(quán)重具體為: 采用成對(duì)比較法對(duì)因素集中各元素之間的相對(duì)重要性進(jìn)行評(píng)分，基于評(píng)分獲得各元素的權(quán)重，根據(jù)各元素的權(quán)重得到因素集的權(quán)重向量。
8.權(quán)利要求5所述的衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法，其特征是: 步驟S404中是采用加權(quán)平均型算子對(duì)權(quán)重向量與模糊關(guān)系矩陣進(jìn)行合成。
9.權(quán)利要求5所述的衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法，其特征是: S405中基于采用加權(quán)平均原則將模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量映射為具體的模糊綜合評(píng)價(jià)值。
10.權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法，其特征是: 步驟S500中所述的衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)結(jié)果為時(shí)空覆蓋能力值、主題觀測能力值、 觀測環(huán)境值和模糊綜合評(píng)價(jià)值的乘積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法，本發(fā)明解決了現(xiàn)有的衛(wèi)星光學(xué)傳感器觀測能力評(píng)價(jià)方法中存在的無法進(jìn)行定量和動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)的問題，提出了一種綜合考慮了衛(wèi)星和傳感器的固有指標(biāo)、傳感器成像環(huán)境的復(fù)雜性、傳感器平臺(tái)的動(dòng)態(tài)性、觀測任務(wù)的主題性和觀測指標(biāo)的可變性的動(dòng)態(tài)觀測能力的定量評(píng)價(jià)方法。和現(xiàn)有的傳感器評(píng)價(jià)方法相比，本發(fā)明方法定量、全面地計(jì)算了影響衛(wèi)星光學(xué)傳感器動(dòng)態(tài)觀測能力的四項(xiàng)因素時(shí)空覆蓋能力值、主題觀測能力值、觀測環(huán)境值和模糊綜合評(píng)價(jià)值，具有定量和動(dòng)態(tài)的特點(diǎn)，有助于在發(fā)生各類自然災(zāi)害時(shí)，對(duì)現(xiàn)有的各類衛(wèi)星光學(xué)傳感器進(jìn)行定量、動(dòng)態(tài)的評(píng)價(jià)，區(qū)分觀測能力的大小，更好的做出決策。
文檔編號(hào)G06F19/00GK103093098SQ20131002092
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者陳能成, 張翔, 鄭重 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)