基于幾何拓?fù)涞倪b感衛(wèi)星高精度對(duì)地覆蓋分布式算法研究與應(yīng)用
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【摘要】：遙感衛(wèi)星覆蓋特性在航天遙感各方面的應(yīng)用中非常重要。雖然目前針對(duì)遙感衛(wèi)星對(duì)地覆蓋特性方面的研究非常多,但仍存在三個(gè)問題:(1)應(yīng)用范圍受限,目前大部分研究方向偏向于如何準(zhǔn)確的獲得遙感衛(wèi)星的瞬時(shí)地面覆蓋帶,而針對(duì)如何應(yīng)用到任意幾何區(qū)域的研究較少。(2)高效性與高精度性不能兼顧,雖然基于網(wǎng)格對(duì)地覆蓋法的應(yīng)用范圍很廣,也被多數(shù)學(xué)者認(rèn)可,但是由于該方法的網(wǎng)格特性,如果想要快速計(jì)算仿真,網(wǎng)格勢(shì)必會(huì)設(shè)置得較大,此時(shí)計(jì)算出來的衛(wèi)星對(duì)地覆蓋情況則不精確。如果想要獲取最為精確的衛(wèi)星對(duì)地覆蓋情況,則需要將網(wǎng)格設(shè)置的足夠的小,以彌補(bǔ)網(wǎng)格造成的誤差,此時(shí)計(jì)算的效率就比較差。(3)大數(shù)據(jù)量使串行算法遇到“瓶頸”,當(dāng)面對(duì)大量的遙感衛(wèi)星時(shí),尤其是需要眾多的星座同時(shí)對(duì)某一區(qū)域進(jìn)行仿真分析時(shí),單機(jī)執(zhí)行大量遙感衛(wèi)星對(duì)地覆蓋算法,會(huì)非常耗時(shí),甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。針對(duì)以上三個(gè)問題,本文提出了一種“基于幾何拓?fù)涞倪b感衛(wèi)星高精度對(duì)地覆蓋分布式算法”,該算法設(shè)計(jì)了三個(gè)解決方案:(1)“面向任意幾何區(qū)域?qū)Φ馗采w法”,在面向矩形對(duì)地覆蓋法的基礎(chǔ)上,將適用的區(qū)域?qū)ο笥山?jīng)緯度范圍等規(guī)則區(qū)域改為任意幾何區(qū)域,在構(gòu)建目標(biāo)區(qū)域網(wǎng)格上增加了目標(biāo)區(qū)域網(wǎng)格的篩選算法,在衛(wèi)星過境覆蓋分析上,通過設(shè)置閾值來處理由于區(qū)域特性導(dǎo)致衛(wèi)星過境不連續(xù)的問題。(2)“基于幾何拓?fù)鋵?duì)地覆蓋法”,利用衛(wèi)星過境過程中的過境軌跡幾何圖形與目標(biāo)分析區(qū)域幾何圖形做交集運(yùn)算,求得每次的過境范圍,交集運(yùn)算出來的幾何圖形的面積,為每次過境覆蓋區(qū)域的面積,利用每次過境運(yùn)算出來的幾何圖形做并集運(yùn)算求得最終的過境范圍,過境范圍幾何區(qū)域的面積即為最終的過境面積,從而獲得到高精度的對(duì)地覆蓋特性。(3)“遙感衛(wèi)星分布式對(duì)地覆蓋應(yīng)用”,以單機(jī)遙感衛(wèi)星對(duì)地覆蓋作為重要的計(jì)算節(jié)點(diǎn),以計(jì)算節(jié)點(diǎn)為計(jì)算單元,根據(jù)調(diào)度中心所分配的訂單任務(wù)進(jìn)行計(jì)算。以上三個(gè)解決方案均取得了令人滿意的成果:(1)通過對(duì)以中國(guó)行政區(qū)劃為例的中國(guó)大部分省、市、縣及美國(guó)、日本等行政區(qū)劃進(jìn)行大量的覆蓋特性分析實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了“面向任意幾何區(qū)域?qū)Φ馗采w法”可以針對(duì)任意復(fù)雜的幾何區(qū)域進(jìn)行覆蓋特性分析,這為以后針對(duì)任意區(qū)域的覆蓋分析應(yīng)用打下了研究基礎(chǔ)。(2)由于在多邊形求交集、并集運(yùn)算等方面的研究已經(jīng)比較成熟,“基于幾何拓?fù)鋵?duì)地覆蓋法”將會(huì)在不增加計(jì)算量的情況下,極大的提高衛(wèi)星對(duì)地覆蓋特性的精度。以中國(guó)行政區(qū)劃為目標(biāo)分析區(qū)域,高分1號(hào)為過境衛(wèi)星,與“基于網(wǎng)格對(duì)地覆蓋法”進(jìn)行大量的覆蓋特性對(duì)比分析實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,“基于幾何拓?fù)鋵?duì)地覆蓋法”在效率普遍提升6倍的情況下,精度仍提升了接近1%;(3)“遙感衛(wèi)星分布式對(duì)地覆蓋應(yīng)用”在合理利用計(jì)算資源的前提下,加快了仿真效率,通過與“單機(jī)遙感衛(wèi)星對(duì)地覆蓋”進(jìn)行大量對(duì)比分析實(shí)驗(yàn),節(jié)點(diǎn)數(shù)為5時(shí),該方案效率提升了3倍左右,當(dāng)增加計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)量時(shí),效率近似線性提升。同時(shí)將該方案應(yīng)用到多星組網(wǎng)覆蓋分析仿真項(xiàng)目中,滿足了當(dāng)前遙感衛(wèi)星對(duì)地覆蓋在多衛(wèi)星性、實(shí)時(shí)性、可視化性、高效性及高精度性等方面的要求。
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V443.5
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