本發(fā)明涉及在軌評估星載測雨雷達(dá)對極端天氣事件探測能力的研究領(lǐng)域，具體地，涉及一種在軌評估星載測雨雷達(dá)探測臺風(fēng)有效性的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、西太平洋是全球范圍內(nèi)熱帶氣旋的高頻發(fā)海域之一，其臺風(fēng)活動對東亞地區(qū)國家的天氣和氣候具有深遠(yuǎn)影響，臺風(fēng)天氣帶來次生災(zāi)害，例如強(qiáng)風(fēng)天氣和暴雨，常常造成局部區(qū)域的極端氣象災(zāi)害，嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全，給國家造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。及時準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)并且觀測臺風(fēng)活動強(qiáng)度和路徑是防范和降低其影響的最有效手段。

2、臺風(fēng)是指生成于熱帶或者副熱帶洋面并且具備暖心結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈氣旋性渦旋，因其特定的活動區(qū)域，使得對其了解因觀測欠缺而不夠深刻。利用靜止衛(wèi)星上搭載的可見光和紅外遙感探測儀器，可以對臺風(fēng)云系頂部進(jìn)行有效觀測，了解臺風(fēng)云系外觀，對其活動路徑進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測和預(yù)警。但是對于臺風(fēng)云系下的其他天氣系統(tǒng)細(xì)節(jié)的刻畫能力有限，此方面則需利用極軌衛(wèi)星上搭載的微波遙感儀器進(jìn)行彌補(bǔ)。中國首顆降水測量衛(wèi)星已成功發(fā)射，風(fēng)云三號降水星通過對星載主、被動微波載荷，例如降水測量雷達(dá)和微波成像儀，結(jié)合地基天氣雷達(dá)的協(xié)同觀測，利用融合觀測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)觀測區(qū)域內(nèi)大氣、云和降水結(jié)構(gòu)探測，提升對于臺風(fēng)等極端災(zāi)害性天氣的監(jiān)測預(yù)報(bào)能力。

3、星載測雨雷達(dá)搭載于降水星上，運(yùn)行于低傾角非太陽同步傾斜軌道，雖然可以提供臺風(fēng)系統(tǒng)的降水三維結(jié)構(gòu)等特征，但是探測儀器掃描幅寬有限，相比較靜止衛(wèi)星上搭載儀器而言成像幅寬小。有時需要衛(wèi)星機(jī)動增加有效觀測范圍輔助進(jìn)行探測，但是衛(wèi)星收到機(jī)動指令直到姿態(tài)到位的過程復(fù)雜、時間長、代價較大。因此在進(jìn)行動作之前，需驗(yàn)證機(jī)動的必要性以盡量降低整星的資源消耗。在星載測雨雷達(dá)觀測臺風(fēng)系統(tǒng)的過程中，對于一些無法判定臺風(fēng)位置是否處于測雨雷達(dá)有效探測區(qū)域的情況，最常見的處理方法是將衛(wèi)星狀態(tài)下傳至地面，由地面對于目前狀態(tài)進(jìn)行分析判斷，發(fā)出機(jī)動指令，星上收到指令之后開始動作，直到姿態(tài)到位后對待測臺風(fēng)進(jìn)行有效觀測。

4、公開號為cn118393611a的中國專利文獻(xiàn)，公開了一種基于測雨雷達(dá)的降水估計(jì)方法、裝置、終端設(shè)備及介質(zhì)，該方法包括獲得第一雷達(dá)數(shù)據(jù)和第二雷達(dá)數(shù)據(jù)；對第一雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類獲得第一聚類結(jié)果并確定第一數(shù)據(jù)狀態(tài)和對第二雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類獲得第二聚類結(jié)果并確定第二數(shù)據(jù)狀態(tài)；在第一數(shù)據(jù)狀態(tài)和第二數(shù)據(jù)狀態(tài)滿足條件下，根據(jù)第一雷達(dá)數(shù)據(jù)對第一降水估計(jì)模型進(jìn)行更新獲得第三降水估計(jì)模型和根據(jù)第二雷達(dá)數(shù)據(jù)對第二降水估計(jì)模型進(jìn)行更新獲得第四降水估計(jì)模型；獲得第三雷達(dá)數(shù)據(jù)和第四雷達(dá)數(shù)據(jù)，根據(jù)第三降水估計(jì)模型對第三雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)獲得第一降水結(jié)果；根據(jù)第四降水估計(jì)模型對第四雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)獲得第二降水結(jié)果；對第一降水結(jié)果和第二降水結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)融合獲得目標(biāo)降水結(jié)果。該方法采用多雷達(dá)預(yù)測降水，而無法確認(rèn)預(yù)測的有效性。

5、考慮到星上數(shù)據(jù)處理技術(shù)日漸成熟，能夠縮短遙感數(shù)據(jù)處理鏈路，顯著提高數(shù)據(jù)應(yīng)用效率。所以根據(jù)衛(wèi)星和待測臺風(fēng)相對位置的預(yù)判識，可以大致判斷待測臺風(fēng)是否處于測雨雷達(dá)的有效觀測區(qū)域，確保在星上完成衛(wèi)星機(jī)動前的必要性判識，若判斷此時衛(wèi)星可以對待測臺風(fēng)進(jìn)行有效探測，則衛(wèi)星進(jìn)行機(jī)動，減少衛(wèi)星資源消耗，提高對于臺風(fēng)等極端天氣事件進(jìn)行有效探測的幾率。因此有必要提出一種在軌評估星載測雨雷達(dá)探測臺風(fēng)有效性的方法和系統(tǒng)，確保提高測雨雷達(dá)對于極端天氣事件的有效探測能力，拓寬星上數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用領(lǐng)域廣度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種在軌評估星載測雨雷達(dá)探測臺風(fēng)有效性的方法和系統(tǒng)。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的一種在軌評估星載測雨雷達(dá)探測臺風(fēng)有效性的方法，包括：

3、步驟s1：獲取待探測臺風(fēng)的中心位置參數(shù)，同時獲取衛(wèi)星的動態(tài)參數(shù)以及星載測雨雷達(dá)的探測角度范圍和掃描軌道刈幅；

4、步驟s2：根據(jù)獲取的參數(shù)，計(jì)算當(dāng)前時刻衛(wèi)星星下點(diǎn)在地心坐標(biāo)系中的位置和速度，并形成衛(wèi)星星下點(diǎn)與臺風(fēng)位置的位置連線；

5、步驟s3：根據(jù)衛(wèi)星星下點(diǎn)位置與待探測臺風(fēng)的中心位置，計(jì)算當(dāng)前時刻位置連線的距離和夾角；

6、步驟s4：根據(jù)位置連線的距離和夾角，令位置連線投影到星載測雨雷達(dá)的跨軌掃描方向，得到投影距離；

7、步驟s5：通過比較投影距離和星載測雨雷達(dá)的掃描軌道刈幅，評估星載測雨雷達(dá)對待探測臺風(fēng)探測的有效性。

8、優(yōu)選的，所述步驟s1包括：

9、根據(jù)衛(wèi)星平臺工作狀態(tài)參數(shù)獲取衛(wèi)星位置、衛(wèi)星速度和衛(wèi)星姿態(tài)參數(shù)，根據(jù)測雨雷達(dá)工作狀態(tài)參數(shù)獲取星載測雨雷達(dá)的探測角度范圍和掃描軌道刈幅；

10、所述當(dāng)前時刻待測臺風(fēng)位置參數(shù)，為臺風(fēng)中心位置的經(jīng)緯度參數(shù)。

11、優(yōu)選的，所述步驟s2包括：

12、步驟s2.1：星載測雨雷達(dá)處于在軌工作狀態(tài)時，通過載荷安裝矩陣和坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣將雷達(dá)初始探測視軸轉(zhuǎn)換到探測波位視軸上，根據(jù)衛(wèi)星星下點(diǎn)探測角度得到視向量；

13、步驟s2.2：通過對多周期衛(wèi)星速度、衛(wèi)星位置和衛(wèi)星姿態(tài)進(jìn)行插值，計(jì)算視向量與地球表面的交點(diǎn)，得到當(dāng)前時刻衛(wèi)星星下點(diǎn)在地心坐標(biāo)系中的位置和速度；

14、步驟s2.3：令衛(wèi)星星下點(diǎn)與臺風(fēng)的位置進(jìn)行連線，形成位置連線。

15、優(yōu)選的，所述步驟s3包括：

16、步驟s3.1：通過待測臺風(fēng)中心經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換得到待測臺風(fēng)中心在地心坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，計(jì)算公式如下：

17、

18、式中(xt,yt,zt)表示待測臺風(fēng)中心在地心坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，表示待測臺風(fēng)中心緯度和經(jīng)度坐標(biāo)，re表示地球半徑；

19、步驟s3.2：計(jì)算位置連線距離，計(jì)算公式如下：

20、

21、式中d表示連線距離，(xs,ys,zs)表示衛(wèi)星星下點(diǎn)坐標(biāo)；

22、步驟s3.3：根據(jù)衛(wèi)星星下點(diǎn)坐標(biāo)、待測臺風(fēng)中心位置坐標(biāo)、位置連線距離以及當(dāng)前時刻的衛(wèi)星速度矢量，計(jì)算當(dāng)前時刻衛(wèi)星速度矢量與位置連線的夾角，計(jì)算公式如下：

23、

24、式中θ表示當(dāng)前時刻衛(wèi)星速度矢量與位置連線的夾角，(vx,vy,vz)表示當(dāng)前時刻衛(wèi)星速度矢量。

25、優(yōu)選的，所述步驟s4包括：

26、根據(jù)位置連線距離與夾角θ，令位置連線在星載測雨雷達(dá)的跨軌掃描方向上進(jìn)行投影，得到當(dāng)前時刻位置連線在雷達(dá)跨軌掃描方向的投影距離，計(jì)算公式如下：

27、d⊥＝d×sinθ

28、

29、式中d⊥表示當(dāng)前時刻位置連線在星載測雨雷達(dá)跨軌掃描方向的投影距離。

30、優(yōu)選的，所述步驟s5包括：

31、步驟s5.1：令當(dāng)當(dāng)前時刻位置連線在星載測雨雷達(dá)跨軌掃描方向的投影距離d⊥和星載測雨雷達(dá)掃描軌道刈幅比較；

32、步驟s5.2：評估星載測雨雷達(dá)對待探測臺風(fēng)探測的有效性，若d⊥大于星載測雨雷達(dá)掃描軌道刈幅，則在當(dāng)前星載測雨雷達(dá)工作模式下，無法對待探測臺風(fēng)進(jìn)行有效觀測，令衛(wèi)星機(jī)動，增大有效觀測范圍；

33、若d⊥小于星載測雨雷達(dá)掃描軌道刈幅，則當(dāng)前星載測雨雷達(dá)能夠?qū)ε_風(fēng)進(jìn)行有效觀測，令星載測雨雷達(dá)繼續(xù)觀測。

34、根據(jù)本發(fā)明提供的一種在軌評估星載測雨雷達(dá)探測臺風(fēng)有效性的系統(tǒng)，包括：

35、模塊m1：獲取待探測臺風(fēng)的中心位置參數(shù)，同時獲取衛(wèi)星的動態(tài)參數(shù)以及星載測雨雷達(dá)的探測角度范圍和掃描軌道刈幅；

36、模塊m2：根據(jù)獲取的參數(shù)，計(jì)算當(dāng)前時刻衛(wèi)星星下點(diǎn)在地心坐標(biāo)系中的位置和速度，并形成衛(wèi)星星下點(diǎn)與臺風(fēng)位置的位置連線；

37、模塊m3：根據(jù)衛(wèi)星星下點(diǎn)位置與待探測臺風(fēng)的中心位置，計(jì)算當(dāng)前時刻位置連線的距離和夾角；

38、模塊m4：根據(jù)位置連線的距離和夾角，令位置連線投影到星載測雨雷達(dá)的跨軌掃描方向，得到投影距離；

39、模塊m5：通過比較投影距離和星載測雨雷達(dá)的掃描軌道刈幅，評估星載測雨雷達(dá)對待探測臺風(fēng)探測的有效性。

40、優(yōu)選的，所述模塊m1包括：

41、根據(jù)衛(wèi)星平臺工作狀態(tài)參數(shù)獲取衛(wèi)星位置、衛(wèi)星速度和衛(wèi)星姿態(tài)參數(shù)，根據(jù)測雨雷達(dá)工作狀態(tài)參數(shù)獲取星載測雨雷達(dá)的探測角度范圍和掃描軌道刈幅；

42、所述當(dāng)前時刻待測臺風(fēng)位置參數(shù)，為臺風(fēng)中心位置的經(jīng)緯度參數(shù)；

43、所述模塊m2包括：

44、模塊m2.1：星載測雨雷達(dá)處于在軌工作狀態(tài)時，通過載荷安裝矩陣和坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣將雷達(dá)初始探測視軸轉(zhuǎn)換到探測波位視軸上，根據(jù)衛(wèi)星星下點(diǎn)探測角度得到視向量；

45、模塊m2.2：通過對多周期衛(wèi)星速度、衛(wèi)星位置和衛(wèi)星姿態(tài)進(jìn)行插值，計(jì)算視向量與地球表面的交點(diǎn)，得到當(dāng)前時刻衛(wèi)星星下點(diǎn)在地心坐標(biāo)系中的位置和速度；

46、模塊m2.3：令衛(wèi)星星下點(diǎn)與臺風(fēng)的位置進(jìn)行連線，形成位置連線。

47、優(yōu)選的，所述模塊m3包括：

48、模塊m3.1：通過待測臺風(fēng)中心經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換得到待測臺風(fēng)中心在地心坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，計(jì)算公式如下：

49、

50、式中(xt,yt,zt)表示待測臺風(fēng)中心在地心坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，表示待測臺風(fēng)中心緯度和經(jīng)度坐標(biāo)，re表示地球半徑；

51、模塊m3.2：計(jì)算位置連線距離，計(jì)算公式如下：

52、

53、式中d表示連線距離，(xs,ys,zs)表示衛(wèi)星星下點(diǎn)坐標(biāo)；

54、模塊m3.3：根據(jù)衛(wèi)星星下點(diǎn)坐標(biāo)、待測臺風(fēng)中心位置坐標(biāo)、位置連線距離以及當(dāng)前時刻的衛(wèi)星速度矢量，計(jì)算當(dāng)前時刻衛(wèi)星速度矢量與位置連線的夾角，計(jì)算公式如下：

55、

56、式中θ表示當(dāng)前時刻衛(wèi)星速度矢量與位置連線的夾角，(vx,vy,vz)表示當(dāng)前時刻衛(wèi)星速度矢量；

57、所述模塊m4包括：

58、根據(jù)位置連線距離與夾角θ，令位置連線在星載測雨雷達(dá)的跨軌掃描方向上進(jìn)行投影，得到當(dāng)前時刻位置連線在雷達(dá)跨軌掃描方向的投影距離，計(jì)算公式如下：

59、d⊥＝d×sinθ

60、

61、式中d⊥表示當(dāng)前時刻位置連線在星載測雨雷達(dá)跨軌掃描方向的投影距離。

62、優(yōu)選的，所述模塊m5包括：

63、模塊m5.1：令當(dāng)當(dāng)前時刻位置連線在星載測雨雷達(dá)跨軌掃描方向的投影距離d⊥和星載測雨雷達(dá)掃描軌道刈幅比較；

64、模塊m5.2：評估星載測雨雷達(dá)對待探測臺風(fēng)探測的有效性，若d⊥大于星載測雨雷達(dá)掃描軌道刈幅，則在當(dāng)前星載測雨雷達(dá)工作模式下，無法對待探測臺風(fēng)進(jìn)行有效觀測，令衛(wèi)星機(jī)動，增大有效觀測范圍；

65、若d⊥小于星載測雨雷達(dá)掃描軌道刈幅，則當(dāng)前星載測雨雷達(dá)能夠?qū)ε_風(fēng)進(jìn)行有效觀測，令星載測雨雷達(dá)繼續(xù)觀測。

66、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

67、1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)通過比較當(dāng)前時刻衛(wèi)星星下點(diǎn)-待測臺風(fēng)連線在星載測雨雷達(dá)跨軌方向投影距離和星載測雨雷達(dá)掃描軌道刈幅，在軌對星載測雨雷達(dá)觀測臺風(fēng)的有效性進(jìn)行評估。相比于現(xiàn)有的評估方式，多將衛(wèi)星在軌工作狀態(tài)下傳至地面，經(jīng)地面分析判斷后，對于衛(wèi)星機(jī)動觀測待測臺風(fēng)的必要性進(jìn)行評估。根據(jù)地面評估結(jié)果向衛(wèi)星發(fā)送機(jī)動指令，衛(wèi)星接收指令后開始動作，直到姿態(tài)到位對臺風(fēng)進(jìn)行觀測。該方法存在星地?cái)?shù)據(jù)處理鏈路長，難以具備對臺風(fēng)活動進(jìn)行實(shí)時性監(jiān)測的缺陷，導(dǎo)致衛(wèi)星資源不合理消耗的后果；

68、2、本發(fā)明用于在軌評估星載測雨雷達(dá)探測極端天氣事件能力的研究領(lǐng)域，是衛(wèi)星機(jī)動探測之前進(jìn)行預(yù)判識的一種不可或缺的技術(shù)手段；

69、3、本發(fā)明中根據(jù)當(dāng)前時刻衛(wèi)星星下點(diǎn)與臺風(fēng)連線在投影后的距離和測雨雷達(dá)掃描軌道刈幅的相對關(guān)系，即衛(wèi)星和待測臺風(fēng)的相對位置，在星上直接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和衛(wèi)星機(jī)動的必要性判識。縮短遙感數(shù)據(jù)星地處理鏈路，確保衛(wèi)星機(jī)動對于觀測待測臺風(fēng)的有效性，為星載測雨雷達(dá)探測臺風(fēng)活動及臺風(fēng)系統(tǒng)三維降水結(jié)構(gòu)等特征提供新思路和新方法。