卫星星座接入地面站

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这个例子演示了如何在一个地面站和一个卫星星座上的锥形传感器之间建立访问分析。如果地面站位于圆锥传感器的视场内，且圆锥传感器相对于地面站的仰角大于或等于后者的最小仰角，则称地面站和属于卫星的圆锥传感器可以相互访问。该方案涉及一个由40颗近地轨道卫星组成的星座和一个地理站点。每颗卫星都有一个90度视野的照相机。整个卫星星座的任务是拍摄这个地理位置，它位于北纬42.3001度和西经71.3504度。照片需要在2020年5月12日国际标准时间下午1:00至2020年5月12日国际标准时间下午7:00之间拍摄，此时现场有充足的阳光。为了以最小的大气失真来拍摄高质量的照片，卫星相对于该地点的仰角应至少为30度(请注意，30度是为了说明目的而随意选择的)。在这6小时的间隔期间，需要确定每颗卫星拍摄该场址的时间。还需要确定在这一间隔期间至少有一颗卫星的照相机能看到场址的时间百分比。这个百分比数量称为系统范围访问百分比。

创建卫星场景

使用创建一个附属场景satelliteScenario．使用datetime将开始时间设置为UTC时间12:5-5-2020下午1:00:00，停止时间设置为UTC时间12:5-5-2020下午7:00:00。将模拟采样时间设置为30秒。

开始时间= datetime(2020、5、12、13日,0,0);stopTime = startTime + hours(6);sampleTime = 30;%秒sc = satelliteScenario(开始时间、stopTime sampleTime)

sc = satitescenario具有如下属性:StartTime: 12-May-2020 13:00:00 StopTime: 12-May-2020 19:00:00 SampleTime: 30 AutoSimulate: 1 satellite: [1×0 matlabshare . satitescenario .]卫星]地面站:[1×0 matlabshared. Satellite escenario.]观众:[0×0 matlabshare .satellite itescenario.]查看器]汽车展:1

在卫星场景中添加卫星

使用卫星将卫星添加到TLE文件中的场景中leoSatelliteConstellation.tle．TLE文件定义了40颗近圆形低地球轨道卫星的平均轨道参数，其高度和倾角分别约为500公里和55度。

tleFile =“leoSatelliteConstellation.tle”；tleFile坐=卫星(sc)

sat = 1x40卫星阵列，属性:名称ID ConicalSensors Gimbals发射器接收机访问地面轨道轨道轨道传播器MarkerColor MarkerSize ShowLabel LabelFontColor LabelFontSize

在卫星上添加摄像头

使用conicalSensor为每颗卫星增加一个锥形传感器。这些圆锥形传感器代表摄像机。指定他们MaxViewAngle等于90度，这就定义了视野。

names = sat.Name +“相机”；凸轮= conicalSensor(坐,“名称”、名称、“MaxViewAngle”, 90)

Name ID MountingLocation MountingAngles MaxViewAngle访问FieldOfView . cam = 1x40 ConicalSensor阵列

定义卫星场景中要拍摄的地理位置

使用groundStation添加一个地面站，表示要拍摄的地理位置。指定其MinElevationAngle等于30度。如果纬度和经度未指定，则默认为北纬42.3001度和西经71.3504度。

name =“地理网站”；minElevationAngle = 30;%度geoSite = groundStation (sc,.．.“名称”、名称、.．.“MinElevationAngle”minElevationAngle)

名称:地理站点ID: 81纬度:42.3度经度:-71.35度海拔:0米MinElevationAngle: 30度ConicalSensors: [1x0 matlabshare . satitescenario .][1x0 matlabshare .satellite escenario.]万向节]发射机:[1x0 satcom.satellite escenario.]发射机]接收器:[1x0卫星。接收端]访问:[1x0 matlabshare .satellite escenario.]Access] MarkerColor: [1 0.4118 0.1608] MarkerSize: 6 ShowLabel: true LabelFontColor: [1 11] LabelFontSize: 15

增加摄像机与地理站点之间的访问分析

使用访问添加每个摄像机和地理站点之间的访问分析。访问分析将用于确定每个相机何时可以拍摄该地点。

ac =访问(凸轮,geoSite);%访问分析对象属性交流(1)

ans = Access with properties: Sequence: [41 81] LineWidth: 3 LineColor: [0.3922 0.8314 0.0745]

想象这个场景

使用satelliteScenarioViewer发射卫星场景查看器并将场景可视化。隐藏卫星和地面站的轨道和标签ShowDetails名称-值对假．显示地理位置和卫星4的标签，并将卫星居中。

v = satelliteScenarioViewer (sc,“ShowDetails”、假);(4)坐着。ShowLabel = true;geoSite。ShowLabel = true;显示(坐(4));

当ShowDetails属性设置为假，只会显示卫星和地面站。标签、轨道、视野和地面轨道将被隐藏。鼠标悬停在卫星和地面站上以显示它们的标签。点击卫星或地面站可以显示其标签、轨道和其他隐藏图形。再次点击卫星或地面站解散他们。

查看器可以用来作为场景已经正确设置的视觉确认。紫色线表示卫星4上的摄像机和地理站点可以相互访问。这意味着地理位置在相机的视场内，并且相机相对于该位置的仰角大于或等于30度。就本场景而言，这意味着摄像机可以成功地拍摄现场。

视觉化相机的视野

使用fieldOfView将卫星4号上每个摄像机的视野可视化。

fov = fieldOfView (cam([凸轮。名称]= =“卫星相机4”）)

LineColor: [1 0.0745 0.6510] visbilitymode: 'inherit'

在轮廓线内的地理位置的存在是一种视觉上的确认，即它在卫星4号上的摄像机的视野范围内。

自定义可视化

将访问可视化的颜色更改为红色。

ac.LineColor =“红色”；

确定相机可以拍摄地理地点的时间

使用accessIntervals确定每个相机和地理位置之间的访问时间。这是相机可以拍摄现场的时间。

accessIntervals (ac)

ans =30×8表源目标IntervalNumber开始时间EndTime时间StartOrbit EndOrbit  _____________________ ___________________ ______________ ____________________ ____________________ ________ __________ ________ " 卫星1照相机”“地理网站“1 12 - 2020年5月——13:36:00 12 - 210年5月- 2020年13:39:30 1 1”卫星相机1”“地理网站“2 12 - 2020年5月——15:23:00 12 - 120年5月- 2020年15:25:00 2 2”卫星2相机”“地理网站“1 12 - 2020年5月——14:30:30 12 - 240年5月- 2020年14:34:30 1 1”卫星31 1“卫星4号相机”“地理位置”1 12-May-2020 13:00:00 12-May-2020 13:02:30 150 1 1“卫星4号相机”“地理位置”2 12-May-2020 14:46:00 12-May-2020 14:48:30 150 2 2“卫星5号相机”“地理位置”1 12-May-2020 16:28:30 12-May-2020 16:33:00 270 33“卫星6号相机”“地理位置”1 12-May-2020 17:05:30 12-May-2020 17:09:30 240 33“卫星7号相机”“地理位置”1 12-May-2020 13:00:002 3“卫星8号摄像机”“地理位置”1 12-May-2020 15:18:00 12-May-2020 15:20:00 120 2 2“卫星8号摄像机”“地理位置”2 12-May-2020 17:03:30 12-May-2020 17:07:00 210 3 3“卫星9号摄像机”“地理位置”1 12-May-2020 17:55:30 12-May-2020 17:57:00 90 3 3“卫星10号摄像机”“地理位置”1 12-May-2020 18:44:30 12-May-2020 18:49:00 270 44“卫星11号摄像机”“地理位置”1 12-May-2020 18:39:30 12-May-202018:44:00 270 44“卫星12摄像机”“地理位置”1 12- may-2020 17:58:00 12- may-2020 18:01:00 180 3 3“卫星29摄像机”“地理位置”1 12- may-2020 13:09:30 12- may-2020 13:13:30 240 1 1

上表包括某一相机拍摄该地点的每个间隔的开始和结束时间。每个间隔的持续时间以秒为单位报告。StartOrbit和EndOrbit是访问开始和结束时摄像机所连接的卫星的轨道计数。从场景开始时间开始计数。

使用玩从开始时间到结束时间对场景进行可视化模拟。可以看到，每当相机拍摄地理位置时，就会出现绿色的线条。

玩(sc);

计算全系统访问百分比

除了确定每个照相机可以拍摄地理地点的时间外，还需要确定全系统的访问百分比，即从方案开始时间到停止时间，至少有一颗卫星可以拍摄地点的时间百分比。计算方法如下:

对于每个摄像头，计算访问站点的历史状态使用accessStatus．对于给定的相机，这是逻辑的行向量，其中向量中的每个元素表示与给定时间样本对应的访问状态。的值真正的表示相机可以拍摄现场在该特定时间的样本。
执行逻辑或在所有这些行向量上对应于每个摄像头对站点的访问。这将产生一个逻辑的单行向量，如果至少有一台相机可以在一个场景采样时间为30秒的情况下，在对应的时间样本中拍摄站点，则其中给定的元素为真。
计算vector中值为的元素个数真正的．用这个量乘以30秒的采样时间，以确定至少一台相机可以拍摄现场时的总时间(秒)。
将这个数量除以6小时的场景持续时间，再乘以100，就得到了系统范围的访问百分比。

为idx = 1:numel(ac) [s,time] = accessStatus(ac(idx));如果idx = = 1在第一次迭代中初始化系统范围的访问状态向量systemWideAccessStatus = s;其他的通过执行逻辑或更新系统范围的访问状态向量%，为当前摄像机站点访问设置访问状态%的分析systemWideAccessStatus =或(systemWideAccessStatus s);结束结束

使用情节绘制与时间相关的系统范围的访问状态。

情节(时间、systemWideAccessStatus“线宽”2);网格在；包含(“时间”）;ylabel (“系统范围的访问状态”）;

图中包含一个axes对象。axis对象包含一个类型为line的对象。

每当系统范围的访问状态为1 (真正的)，至少有一台摄影机可以拍摄该地点。

使用nnz确定元素的数量systemWideAccessStatus的值是真正的．

n = nnz (systemWideAccessStatus)

n = 203

确定至少一台相机可以拍摄现场的总时间。这是通过乘以的数目来完成的真正的元素的示例时间。

systemWideAccessDuration = n * sc。SampleTime%秒

systemWideAccessDuration = 6090

使用秒计算场景总持续时间。

scenarioDuration =秒(sc。StopTime - sc.StartTime)

scenarioDuration = 21600

计算全系统访问百分比。

systemWideAccessPercentage = (systemWideAccessDuration / scenarioDuration) * 100

systemWideAccessPercentage = 28.1944

通过摄像头跟踪地理站点，提高全系统访问百分比

卫星的默认姿态配置是，它们的偏航轴垂直向下指向最低点(卫星正下方的地球点)。由于相机默认与偏航轴对齐，它们也指向垂直向下。因此，地理位置在其仰角低于30度之前就超出了相机的视野范围。因此，累积访问百分比受限于相机的视场。

相反，如果相机总是指向地理位置，那么后者总是在相机的视野内，只要地球不挡住视线。因此，系统范围的访问百分比现在将受到MinElevationAngle地理位置的，而不是相机的视野。在前一种情况下，当站点进入和离开相机的视野时，访问间隔开始和结束。它在相机仰角超过30度的一段时间后进入视野，在仰角低于30度之前离开视野。但是，如果摄影机不断地对准场址，则访问间隔时间将在仰角上升到30度以上时开始，在仰角下降到30度以下时结束，从而增加间隔时间。因此，系统范围的访问百分比也将增加。

由于相机是固定在卫星上的，每颗卫星都必须沿着轨道不断地调整方向，使其偏航轴能够跟踪地理位置。由于相机与偏航轴对齐，它们也将指向现场。使用pointAt使每颗卫星的偏航轴跟踪地理位置。

pointAt(坐、geoSite);

重新计算系统访问百分比。

计算系统访问状态为idx = 1:numel(ac) [s,time] = accessStatus(ac(idx));如果idx = = 1在第一次迭代中初始化系统范围的访问状态向量systemWideAccessStatus = s;其他的通过执行逻辑或更新系统范围的访问状态向量%，为当前相机-站点组合设置访问状态systemWideAccessStatus =或(systemWideAccessStatus s);结束结束%计算全系统访问百分比n = nnz (systemWideAccessStatus);systemWideAccessDuration = n * sc.SampleTime;systemWideAccessPercentageWithTracking = (systemWideAccessDuration / scenarioDuration) * 100

systemWideAccessPercentageWithTracking = 38.3333

系统范围的访问百分比提高了约36%。这是摄像机不断对准地理位置的结果。这可以通过使用可视化玩一次。

玩(sc)

视野轮廓不再是圆形的，因为相机不再指向垂直向下，因为它是跟踪地理地点。

探索的例子

该示例演示了如何在地面站和卫星星座上的锥形传感器之间建立访问分析。圆锥形传感器代表卫星上的照相机，地面站代表要拍照的地理地点。卫星上的相机拍摄地理地点的时间是通过访问分析确定的。此外，还计算了全系统访问百分比，以确定在6小时期间内至少有一颗卫星可以拍摄该场址的时间百分比。可以看出，这些结果取决于摄像机指向的方向。

这些结果也是以下的函数:

卫星轨道
MinElevationAngle地理位置的
照相机相对于卫星的安装位置和位置
视野(MaxViewAngle)，如果摄影机没有持续地对准地点，便会把摄影机的数量减少

请根据实际情况修改上述参数，并观察其对访问间隔和全系统访问百分比的影响。通过显式指定卫星的开普勒轨道元素，可以改变卫星的轨道卫星．此外，摄像头可以安装在上面平衡环它可以独立于卫星旋转。通过这种方式，卫星可以直接指向下方(默认行为)，同时可以配置框架，以便摄像机能够独立地跟踪地理位置。

另请参阅

datetime|satelliteScenario|satelliteScenarioViewer|卫星|GroundStation