[发明专利]一种月基对地观测图像模拟的方法

说明书

本发明公开了一种月基对地观测图像模拟的方法，针对在月球上布设光电传感器对地球进行观测获得地表图像进行模拟，该方法包括：选择需要进行模拟的时间，将地球表面分成网格目标，基于星历、月基传感器在月球上的位置及地球上的网格目标的位置信息，计算地心地固参考系下的月基传感器、地球网格目标以及太阳的位置；基于被观测的网格目标以及太阳的位置获得网格目标的光照情况，根据观测目标的太阳光照设定目标光照属性；基于被观测网格目标的位置和光照属性以及传感器的位置获得模拟图像像元的位置和光照属性，生成月基对地观测模拟图像。本发明模拟精度高、结果直观明了，在空天对地观测信息领域具有实用价值。

技术领域

本发明属于空天对地观测信息领域，涉及模拟在月球上布设的光电传感器对地球上进行观测时候获得的地表图像的模拟方法。

背景技术

月球是地球唯一的自然卫星，也是人类目前唯一能够到达且已经到达的地外星体，月球与太阳、地球之间的相互关系为在月球上布设传感器开展对地观测带来了独特的优势。月球是地球的天然卫星，寿命达到几十亿年，可以实施长期的地球观测；月球与地球距离三十余万公里，小型望远镜就可以获得地球全盘的观测；月球直径远远大于人造卫星，表面可以布设多种传感器。这些特点可以为全球尺度多圈层集成研究提供支持，有可能实现从地球系统科学的角度对全球多圈层相互耦合包括全球海气相互作用、陆气相互作用和边界层大气过程、海陆关联变化和海岸带过程、全球能量平衡等现象的科学解释。

利用在月球上布设的传感器对地球进行观测主要与日地月三者位置关系以及在月球上布设的传感器及其位置有关。2011年，何飞在“月基地球等离子体层极紫外观测与图像反演方法研究”中提出一种模拟从月球观测地球等离子体极紫外辐射光强的方法，对地球外层的大气辐射进行积分得到辐射强度，由于等离子体分布在10个地球半径范围，模拟要求的精度很低，因此该模拟方法没有使用精确的月球轨道信息，也没有考虑地球的姿态信息；2012年，张道卫在“面向全球变化的月基对地观测方法研究”中提出一种基于星历数据，并利用OpenGL图形库在将在三维空间运行的地球变换为二维投影成像的方法，不过这种方法没有考虑月球姿态变化对传感器姿态的影响，只是利用了传感器本身位置的信息来观测地球。

在月球上布设的光电传感器对地球进行观测是开展月基对地观测的重要组成部分，对其进行模拟是了解和发挥月基对地观测优势所需要的重要内容，在精确的模拟过程中不仅仅需要考虑到地球的姿态同时还需要考虑月球的姿态，因此设计一种准确的而且高精度的月基对地观测图像模拟方法是必要的。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是针对在月球上布设的光电传感器对地球进行观测时可获得的地表图像进行模拟的问题。

本发明通过以下步骤实现：

步骤一：选择需要进行月基对地观测图像模拟的时间t，将地球表面分成N个网格目标，各个目标在地心地固参考系下的位置为基于星历数据、月心月固参考系下的月基传感器的位置通过坐标变换，得到此时地心地固参考系下的传感器坐标以及太阳的坐标位置在月球上布设的月心月固参考系下坐标为的月基传感器转变到地心地固参考系下的传感器坐标的变换过程中，首先需将月基传感器月心月固三维坐标变换到月心天球参考系坐标，进一步将月心天球参考系坐标变换到地心天球参考系坐标，再根据国际天文学联合会(IAU)决议和国际地球自转服务(IERS)规范变换到地心地固参考系下；

步骤二：基于被观测的网格目标的位置以及太阳的位置获得网格目标的光照情况，根据网格目标的坐标以及太阳坐标计算两个矢量之间的夹角θ_i，所述的计算公式为：

如果θ_i小于90度，那么被观测目标处于太阳光照下，设为1，否则设为0；

步骤三：基于被观测网格目标的位置和属性以及传感器的位置首先将月基对地观测传感器的几何成像模型：