卫星对地覆盖性能分析与评估

1.覆盖性能概念

卫星的对地覆盖指的是航天器的仪器或者天线在某一时刻或一段较长时间内能够观测到的地球表面的有效区域。

卫星对区域的覆盖分析，一般利用网格点分析 法，首先将地球表面某一区域进行网格点划分，仿真 特定时间，统计被星载传感器覆盖到的网格点作为 覆盖特性评估的依据。网格点分析法具有较高的仿 真精度，而且对于任意轨道和任意形状的覆盖视场 都能适用，已成为覆盖求解的最主要方法。

设地球为半径为的圆球，为地心 ，卫星在轨道上任一点距地面高度为h，S为星下点 ，如图所示。地心角d称为覆盖角，A,B两点以上的地面区域称为覆盖区。当OA, OB与球面相切时，地心 角 d 得到最大值，由图知， 。

2. 覆盖性能指标

如何利用覆盖性能指标将覆盖品质量化,是一个重要的问题。这里给出几个目前比较通用、常见的卫星对地覆盖性能指标：覆盖百分比、最大覆盖间隙（最大重访时间）、平均覆盖间隙（平均重访时间）、时间平均间隙和平均响应时间，其中最大重访时间、平均重访时间的概念是基于回归轨道提出来的。

覆盖百分比

 覆盖百分比是地面上任意一点的覆盖时间百分比，等于卫星覆盖总时间除以总的仿真时间T，即：。总的仿真时间T越大，越接近真实情况，实际中一般取区域网中所有卫星回归周期的最大公约数。覆盖百分比可直接表示地面上某一点或者某一区域被覆盖多少次，但并不包含有关覆盖间隙分布的任何信息。

最大覆盖间隙（最大重访时间）

仿真网格上任何一点没有被卫星覆盖的最长间隔时间，也就是最大重访时间。这个统计特性给出了目标点最坏的信息情况，它等于最长的响应时间。

平均覆盖间隙（平均重访时间）

平均覆盖间隙是指地面点覆盖间隙的总长度除以覆盖间隙次数。覆盖间隙次数是指在仿真时间T中该点不被卫星覆盖的次数，覆盖间隙总长度是该点不被卫星覆盖的总时间，假设第i次覆盖间隙的长度是   ，则平均覆盖间隙为： 

数值上等于覆盖间隙总长度与间隙出现次数的比值，该统计特性给出了指定网格点覆盖被中断的平均长度，也就是平均重访时间。

时间平均间隙

时间平均间隙是按照时间平均的平均间隙持续时间，也就是说，时间平均间隙就是间隙长度的平均。该指标在数值上等于n次覆盖间隙长度的平方和除以仿真时间T，即：

平均响应时间

平均响应时间是指从地面站接收设备接收到要观察某点的随机请求开始到可以观察到某点为止的平均时间。它的优点是可以处理通信的时延、响应的时延以及数据的请求。如果在给定时间内，卫星位于该点的可视范围内，则该时间内的响应时间为零,如果所讨论的点在覆盖间隙时间段内，则覆盖间隙的终点时刻就表示响应时间。这一性能指标是评价覆盖性能最好的标准，它即考虑了覆盖间隙的统计特性，又考虑到了覆盖的统计特性。实际上，平均响应时间在数值上等于时间平均间隙与平均覆盖间隙的加权平均。

以上五个覆盖性能指标品质因数从不同的层面给出了卫星对地面的覆盖性能，除覆盖百分比之外,其余四个性能指标要求越小越好。覆盖百分比、最大覆盖间隙（最大重访时间）、平均覆盖间隙（平均重访时间）、时间平均间隙、平均响应时间是最通用、最普遍的的覆盖性能指标。