实现卫星雷达波范围在地图上展示的方法、装置及设备

摘要

本申请公开了一种实现卫星雷达波范围在地图上展示的方法、装置及设备，以实现对卫星仿真结果进行展示，该方法包括：获取卫星的轨道六根数参数，计算卫星在J2000坐标系下的实时位置及实时速度；根据实时位置、实时速度及朝向参数，计算在J2000坐标系下的欧拉角并转换为在WGS84坐标系下的第二向量坐标；根据实时位置计算卫星的经纬度；根据第二向量坐标以及经纬度，计算卫星在北东地坐标系下的第三向量坐标，从而计算卫星在北东地坐标系下的欧拉角；根据第三向量坐标、卫星在北东地坐标系下的欧拉角及卫星对应的雷达在北东地坐标系下的欧拉角，获得以雷达为起点，预设角度为圆周角度的射线；计算射线与地球的交点坐标；将交点坐标对应的区域在地图上展示。

说明书

技术领域

本申请涉及装备仿真技术领域，具体涉及一种实现卫星雷达波范围在地图上展示的方法、装置及设备。

背景技术

雷达卫星是载有合成孔径雷达的对地观测遥感卫星的统称。在现有技术中，可以通过对雷达卫星进行仿真，以模拟得到雷达卫星的观测范围。一般由于雷达卫星涉及的参数较多，在对雷达卫星进行仿真的过程中，缺乏一种可以直观对仿真得到的雷达卫星观测范围进行展示的方法。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种实现卫星雷达波范围在地图上展示的方法、装置及设备，以实现对仿真得到的卫星雷达波范围在地图上进行展示。

为解决上述问题，本申请实施例提供的技术方案如下：

一种实现卫星雷达波范围在地图上展示的方法，所述方法包括：

获取卫星的轨道六根数参数，根据所述轨道六根数参数计算所述卫星在J2000坐标系下的实时位置以及实时速度；

根据所述实时位置、所述实时速度以及所述卫星的朝向参数，计算所述卫星在J2000坐标系下的欧拉角；

将所述卫星在J2000坐标系下的欧拉角转换为在J2000坐标系下的第一向量坐标；

将所述第一向量坐标转换为在WGS84坐标系下的第二向量坐标；

根据所述实时位置计算所述卫星对应的经纬度；

根据所述第二向量坐标以及所述经纬度，计算所述卫星在北东地坐标系下的第三向量坐标；

根据所述第三向量坐标，计算所述卫星在北东地坐标系下的欧拉角；

根据所述第三向量坐标、所述卫星在北东地坐标系下的欧拉角以及所述卫星对应的雷达在北东地坐标系下的欧拉角，获得以所述雷达为起点，预设角度为圆周角度的多条射线；

计算所述射线与地球的交点坐标；

将所述交点坐标对应的区域在地图上进行展示。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

如果所述交点坐标对应的区域经过经度180度，将所述交点坐标对应的区域沿所述经度180度进行切割，将切割后的区域在地图上进行展示。

在一种可能的实现方式中，所述将所述卫星在J2000坐标系下的欧拉角转换为在J2000坐标系下的第一向量坐标，包括：

利用以下公式，将所述卫星在J2000坐标系下的欧拉角转换为在J2000坐标系下的第一向量坐标：

X

Y

Z

其中，yaw

在一种可能的实现方式中，所述根据所述实时位置计算所述卫星对应的经纬度，包括：

利用以下公式，根据所述实时位置计算所述卫星对应的经纬度：

L＝arctan(Y/X)；

H

其中，X、Y和Z为所述实时位置，N为法截弧的曲率半径，e为自然常数，L为所述卫星对应的经度、B为所述卫星对应的纬度、H

在一种可能的实现方式中，所述根据所述第二向量坐标以及所述经纬度，计算所述卫星在北东地坐标系下的第三向量坐标，包括：

利用以下公式，根据所述第二向量坐标以及所述经纬度，计算所述卫星在北东地坐标系下的第三向量坐标：

X

Y

Z

其中，X

在一种可能的实现方式中，所述根据所述第三向量坐标，计算所述卫星在北东地坐标系下的欧拉角，包括：

利用以下公式，根据所述第三向量坐标，计算所述卫星在北东地坐标系下的欧拉角：

roll

yaw

其中，X

一种实现卫星雷达波范围在地图上展示的装置，所述装置包括：

获取单元，用于获取卫星的轨道六根数参数，根据所述轨道六根数参数计算所述卫星在J2000坐标系下的实时位置以及实时速度；

第一计算单元，用于根据所述实时位置、所述实时速度以及所述卫星的朝向参数，计算所述卫星在J2000坐标系下的欧拉角；

第一转换单元，用于将所述卫星在J2000坐标系下的欧拉角转换为在J2000坐标系下的第一向量坐标；

第二转换单元，用于将所述第一向量坐标转换为在WGS84坐标系下的第二向量坐标；

第二计算单元，用于根据所述实时位置计算所述卫星对应的经纬度；

第三计算单元，用于根据所述第二向量坐标以及所述经纬度，计算所述卫星在北东地坐标系下的第三向量坐标；

第四计算单元，用于根据所述第三向量坐标，计算所述卫星在北东地坐标系下的欧拉角；

获得单元，用于根据所述第三向量坐标、所述卫星在北东地坐标系下的欧拉角以及所述卫星对应的雷达在北东地坐标系下的欧拉角，获得以所述雷达为起点，预设角度为圆周角度的多条射线；

第五计算单元，用于计算所述射线与地球的交点坐标；

展示单元，用于将所述交点坐标对应的区域在地图上进行展示。

在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：

切割单元，用于如果所述交点坐标对应的区域经过经度180度，将所述交点坐标对应的区域沿所述经度180度进行切割；

所述展示单元，具体用于将切割后的区域在地图上进行展示。

一种实现卫星雷达波范围在地图上展示的设备，包括：存储器，处理器，及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述的实现卫星雷达波范围在地图上展示的方法。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行上述的实现卫星雷达波范围在地图上展示的方法。

由此可见，本申请实施例具有如下有益效果：

本申请实施例可以根据卫星的实时位置、实时速度以及朝向参数等，计算出卫星在J2000坐标系下的欧拉角，并通过在各个坐标系下的向量坐标最终转换为在北东地坐标系下的欧拉角。同时，结合卫星挂载的雷达在北东地坐标系下的欧拉角，可以计算得到雷达波的发射方向，从而计算出雷达波与地球的交点，将雷达波与地球的交点对应的区域在地图上进行展示，从而直观对雷达波的扫描范围在地图上进行展示。

附图说明

图1为本申请实施例提供的实现卫星雷达波范围在地图上展示的方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的一种卫星雷达波范围在地图上展示的效果图；

图3为本申请实施例提供的另一种卫星雷达波范围在地图上展示的效果图；

图4为本申请实施例提供的实现卫星雷达波范围在地图上展示的装置的示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。

为了便于理解和解释本申请实施例提供的技术方案，下面将先对本申请的背景技术进行说明。

发明人在对传统的对雷达卫星进行仿真的方法进行研究后发现，可以通过对雷达卫星进行仿真，以模拟得到雷达卫星的观测范围。一般由于雷达卫星涉及的参数较多，在对雷达卫星进行仿真的过程中，缺乏一种可以直观对仿真得到的雷达卫星观测范围进行展示的方法。

基于此，本申请实施例提供了实现卫星雷达波范围在地图上展示的方法，可以根据卫星等装备的姿态参数、以及雷达相对挂载卫星等装备的姿态参数，使用向量法计算出雷达波发射波的向量方向。从而计算出静态的雷达投影效果，可以在地图上相对准确地画出雷达波效果，对雷达波扫描范围进行展示。进一步的，为了让工程师可以更加直观的可以在二维地图上查看雷达波探测范围，根据探测范围还可以调整装备挂载雷达的参数，来提高卫星实际使用的准确性和可靠性，对工程师能够完成仿真中装备的使用提供了更加直观和准确的依据。

为了便于理解本申请，下面结合附图对本申请实施例提供的一种实现卫星雷达波范围在地图上展示的方法进行说明。

参见图1，该图为本申请实施例提供的一种实现卫星雷达波范围在地图上展示的方法，如图2所示，该方法可以包括以下步骤：

步骤S101：获取卫星的轨道六根数参数，根据轨道六根数参数计算卫星在J2000坐标系下的实时位置以及实时速度。

卫星的轨道六根数参数，是描述在牛顿运动定律和牛顿万有引力定律的作用下的卫星在其开普勒轨道上运动时，确定其轨道所必要的六个参数。一般包括：半长轴、轨道离心率、轨道倾角、近地点辐角、升交点赤经、真近点角。

在实际应用中，用户可以根据仿真需求输入卫星的轨道六根数参数。同时还可以输入仿真开始时间以及仿真步长。则在获取卫星的轨道六根数参数、仿真开始时间以及仿真步长后，可以根据二体理论计算得到卫星在J2000坐标系下的实时位置以及实时速度。其中，J2000坐标系是根据世界协调时间UTC时间为2000年1月1日11:58：55.816时刻平赤道作为参考平面，平春分点作为主方向，组成的坐标系，即J2000平赤道平春分点坐标系，简称J2000坐标系。

步骤S102：根据实时位置、实时速度以及卫星的朝向参数，计算卫星在J2000坐标系下的欧拉角。

根据步骤S101计算得到的实时位置、实时速度，以及输入的卫星的朝向参数，例如对地，对日，对月，还是切向地等，可以求出卫星在J2000坐标系下的欧拉角。欧拉角是物体绕坐标系三个坐标轴的旋转角度，一般包括偏航角、俯仰角以及翻滚角。

步骤S103：将卫星在J2000坐标系下的欧拉角转换为在J2000坐标系下的第一向量坐标。

为了便于后续计算，可以将卫星在J2000坐标系下的欧拉角转换为在J2000坐标系下的第一向量坐标，第一向量坐标具有方向，利用向量坐标进行计算比直接使用欧拉角计算更为快速、准确。

在一种可能的实现方式中，可以利用以下公式，将卫星在J2000坐标系下的欧拉角转换为在J2000坐标系下的第一向量坐标：

X

Y

Z

其中，yaw

步骤S104：将第一向量坐标转换为在WGS84坐标系下的第二向量坐标。

在步骤S103将卫星在J2000坐标系下的欧拉角转换为卫星在J2000坐标系下的第一向量坐标后，可以进一步将卫星在J2000坐标系下的第一向量坐标转换为WGS84坐标系下的第二向量坐标。其中，WGS84坐标系是一种国际上采用的地心坐标系。其坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向BIH(国际时间服务机构)1984.0定义的协议地球极(CTP)方向，X轴指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系统。

步骤S105：根据实时位置计算卫星对应的经纬度。

根据步骤S101计算得到的实时位置还可以计算卫星对应的经纬度，卫星对应的经纬度包括卫星对应的经度、纬度以及大地高度。

在一种可能的实现方式中，可以利用以下公式，根据实时位置计算卫星对应的经纬度：

L＝arctan(Y/X)；

H

其中，X、Y和Z为实时位置，即X、Y和Z分别为卫星在J2000坐标系下实时位置对应于三个坐标轴的坐标。N为法截弧的曲率半径，e为自然常数，L为卫星对应的经度、B为卫星对应的纬度、H

需要注意的是，本申请实施例不限定步骤S103-S104与步骤S105之间的顺序，可以先执行步骤S102-S104再执行步骤S105，也可以先执行步骤S105再执行步骤S102-S104，还可以步骤S102-S104与步骤S105并行执行。

步骤S106：根据第二向量坐标以及经纬度，计算卫星在北东地坐标系下的第三向量坐标。

在得到卫星在WGS84坐标系下的第二向量坐标以及卫星对应的经纬度之后，可以计算得到卫星在北东地坐标系下的第三向量坐标。其中，北东地坐标系简称为n坐标系，也叫做导航坐标系，是在导航时根据导航系统工作的需要而选取的用于导航解算的参考坐标系。北轴指向地球北；东轴指向地球东；地轴垂直于地球表面并指向下。

在一种可能的实现方式中，可以利用以下公式，根据第二向量坐标以及经纬度，计算卫星在北东地坐标系下的第三向量坐标：

X

Y

Z

其中，X

步骤S107：根据第三向量坐标，计算卫星在北东地坐标系下的欧拉角。

由于卫星搭载的雷达一般使用北东地坐标系，则将卫星的相关参数最终均转换到北东地坐标系下。在步骤S106计算得到卫星在北东地坐标系下的第三向量坐标，可以进一步求出卫星在北东地坐标系下的欧拉角。

在一种可能的实现方式中，可以利用以下公式，根据第三向量坐标，计算卫星在北东地坐标系下的欧拉角，包括：

roll

yaw

其中，X

步骤S108：根据第三向量坐标、卫星在北东地坐标系下的欧拉角以及卫星对应的雷达在北东地坐标系下的欧拉角，获得以雷达为起点，预设角度为圆周角度的多条射线。

根据卫星在北东地坐标系下的位置(即第三向量坐标)，卫星在北东地坐标系下的欧拉角，以及输入的雷达在北东地坐标系下的欧拉角等参数，以卫星雷达位置为发射点，预设角度为圆周角度，发射多条射线。本申请实施例对预设角度不进行限定，可以根据实际情况设定，例如设定为0.2度。

步骤S109：计算射线与地球的交点坐标。

进一步可以根据线段与椭圆交点的求解方式，求得仿真发射的射线与地球的相交点，得到交点坐标。可以理解的是，多个交点坐标可以围成一个区域。

步骤S110：将交点坐标对应的区域在地图上进行展示。

本申请实施例则将交点坐标对应的区域在地图上进行展示。参见图2所示，示出了卫星雷达波范围在地图上展示的效果图。在实际应用中，可以根据交点坐标，以QGIS为工具向二维地图画矢量图层。从而实现雷达波对地面投影的可见性。对于装备仿真、工业仿真领域中，雷达波在二维地图的可见性展示效果有重要意义，本申请实施例提供了一种相对简单的二维地图雷达波投影成像方法，降低了计算雷达波的复杂度。

另外，在交点坐标对应的区域越过二维地图边界，即交点坐标对应的区域经过经度180度时，还可以优化雷达波范围的形状。

在一种可能的实现方式中，如果交点坐标对应的区域经过经度180度，将交点坐标对应的区域沿经度180度进行切割，将切割后的区域在地图上进行展示。

参见图3所示，示出了交点坐标对应的区域经过经度180度时，卫星雷达波范围在地图上展示的效果图。通过切割交点坐标对应的区域，将切割后的两个区域在二维地图的两侧分别显示。

这样，本申请实施例可以根据卫星的实时位置、实时速度以及朝向参数等，计算出卫星在J2000坐标系下的欧拉角，并通过在各个坐标系下的向量坐标最终转换为在北东地坐标系下的欧拉角。同时，结合卫星挂载的雷达在北东地坐标系下的欧拉角，可以计算得到雷达波的发射方向，从而计算出雷达波与地球的交点，将雷达波与地球的交点对应的区域在地图上进行展示，从而直观对雷达波的扫描范围在地图上进行展示。另外，本申请还可以在雷达波范围穿过经度180度时，优化雷达波形状，在地图上准确展示雷达波的扫描范围。

基于上述方法实施例提供的实现卫星雷达波范围在地图上展示的方法，本申请实施例还提供了一种实现卫星雷达波范围在地图上展示的装置，下面将结合附图对该实现卫星雷达波范围在地图上展示的装置进行说明。

参见图4，该图为本申请实施例提供的一种实现卫星雷达波范围在地图上展示的装置的结构示意图。如图4所示，该实现卫星雷达波范围在地图上展示的装置可以包括：

获取单元401，用于获取卫星的轨道六根数参数，根据所述轨道六根数参数计算所述卫星在J2000坐标系下的实时位置以及实时速度；

第一计算单元402，用于根据所述实时位置、所述实时速度以及所述卫星的朝向参数，计算所述卫星在J2000坐标系下的欧拉角；

第一转换单元403，用于将所述卫星在J2000坐标系下的欧拉角转换为在J2000坐标系下的第一向量坐标；

第二转换单元404，用于将所述第一向量坐标转换为在WGS84坐标系下的第二向量坐标；

第二计算单元405，用于根据所述实时位置计算所述卫星对应的经纬度；

第三计算单元406，用于根据所述第二向量坐标以及所述经纬度，计算所述卫星在北东地坐标系下的第三向量坐标；

第四计算单元407，用于根据所述第三向量坐标，计算所述卫星在北东地坐标系下的欧拉角；

获得单元408，用于根据所述第三向量坐标、所述卫星在北东地坐标系下的欧拉角以及所述卫星对应的雷达在北东地坐标系下的欧拉角，获得以所述雷达为起点，预设角度为圆周角度的多条射线；

第五计算单元409，用于计算所述射线与地球的交点坐标；

展示单元410，用于将所述交点坐标对应的区域在地图上进行展示。

在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：

切割单元，用于如果所述交点坐标对应的区域经过经度180度，将所述交点坐标对应的区域沿所述经度180度进行切割；

所述展示单元，具体用于将切割后的区域在地图上进行展示。

在一种可能的实现方式中，所述第一转换单元具体用于：

利用以下公式，将所述卫星在J2000坐标系下的欧拉角转换为在J2000坐标系下的第一向量坐标：

X

Y

Z

其中，yaw

在一种可能的实现方式中，所述第二计算单元具体用于：

利用以下公式，根据所述实时位置计算所述卫星对应的经纬度：

L＝arctan(Y/X)；

H

其中，X、Y和Z为所述实时位置，N为法截弧的曲率半径，e为自然常数，L为所述卫星对应的经度、B为所述卫星对应的纬度、H

在一种可能的实现方式中，所述第三计算单元具体用于：

利用以下公式，根据所述第二向量坐标以及所述经纬度，计算所述卫星在北东地坐标系下的第三向量坐标：

X

Y

Z

其中，X

在一种可能的实现方式中，所述第四计算单元具体用于：

利用以下公式，根据所述第三向量坐标，计算所述卫星在北东地坐标系下的欧拉角：

roll

yaw

其中，X

另外，本申请实施例还提供了一种实现卫星雷达波范围在地图上展示的设备，包括：存储器，处理器，及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述实施例所述的实现卫星雷达波范围在地图上展示的方法。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如上述实施例所述的实现卫星雷达波范围在地图上展示的方法。

由此可见，本申请实施例可以根据卫星的实时位置、实时速度以及朝向参数等，计算出卫星在J2000坐标系下的欧拉角，并通过在各个坐标系下的向量坐标最终转换为在北东地坐标系下的欧拉角。同时，结合卫星挂载的雷达在北东地坐标系下的欧拉角，可以计算得到雷达波的发射方向，从而计算出雷达波与地球的交点，将雷达波与地球的交点对应的区域在地图上进行展示，从而直观对雷达波的扫描范围在地图上进行展示。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。