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一种遥感卫星体系效能确定方法

阅读：611发布：2020-11-08

专利汇可以提供一种遥感卫星体系效能确定方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明一种遥感卫星体系效能确定方法，尤其涉及一种海洋遥感卫星体系效能确定方法，它有以下步骤：1)构建面向应用的遥感卫星评估指标层次模型；2)采用层次分析法确定遥感卫星系统效能评估指标权重；3)计算获得遥感卫星体系效能值。本发明提供了面向应用、特别是海洋应用的遥感卫星效能评估指标体系，并根据遥感卫星体系的特点，设计了一种精细、客观、可操作性强的效能确定方法，可实现对大型遥感卫星系统进行从体系到星座到单星的效能评估。，下面是一种遥感卫星体系效能确定方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种遥感卫星体系效能确定方法，其特征在于包括如下步骤：
1)构建面向应用的遥感卫星评估指标层次模型；该评估指标体系包含以下5个层次指标：第一层是遥感卫星在海洋应用中的总体能力；第二层为任务层，包括防灾减灾、海洋权益保护、海洋环境保护、海上执法监察、海域使用管理、海洋资源调查与服务；第三层为观测要素层，包括海面风场、流场、风暴潮、溢油、海冰、高度场、水色、海温；第四层为能力层，包括风速探测能力、风向探测能力、流向探测能力、流速探测能力、波浪高度探测能力、波向探测能力、油污浓度探测能力、油污范围探测能力、海冰厚度探测能力、海冰温度探测能力、海冰外缘线探测能力、海冰密集度探测能力、海面高度探测能力、叶绿素浓度探测能力、悬浮物浓度探测能力、海水温度探测能力；第三层观测要素与第四层能力层存在关联关系，关系如下：海面风场对应风速探测能力和风向探测能力，海面流场对应流向探测能力和流速探测能力，风暴潮对应波浪高度探测能力和波向探测能力，海面溢油对应油污浓度探测能力和油污范围探测能力，海冰对应海冰厚度探测能力、海冰温度探测能力、海冰外缘线探测能力、海冰密集度探测能力，海面高度场对应海面高度探测能力，海洋水色对应叶绿素浓度探测能力和悬浮物浓度探测能力，海温对应海水温度探测能力；第五层为性能指标层，包括覆盖时间性能、覆盖空间性能、探测精度、探测范围；
2)采用层次分析法确定遥感卫星系统效能评估指标权重；
21)在构建的遥感卫星评估指标层次模型基础上构造成对比较矩阵；
从层次结构模型的第五层开始，对于从属于上一层第j个指标的同一层诸指标，用相对比较法和1-9准则因素对比，得到该层的原始对比较矩阵，直到最顶层；最终获得5个原始对比较矩阵；j为正整数；
22)计算权向量并做一致性检验；
对于每一层的原始对比较矩阵，计算最大特征根及该层每个指标对应的特征向量，利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验；若检验通过，得到的特征向量即为指标权值ωij，i为正整数，表示层数；若不通过，则返回步骤21)重新构造成对比较矩阵；
3)计算获得遥感卫星体系效能值；
31)获取第五层所有指标的属性值；
32)对得到的属性值进行归一化处理，得到效能评估所需要的指标评估值vij；
33)将该层每一个指标评估值vij与其对应的指标权值ωij相乘并求和,得到第i-1层的指标评估值vi-1,k，即 n为正整数，表示该层指标个数；
34)重复步骤33)，计算得到全部指标属性值。

说明书全文

一种遥感卫星体系效能确定方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种遥感卫星体系效能确定方法，特别是涉及面向海洋应用的遥感卫星效能确定方法。

背景技术

[0002] 遥感卫星是利用光学或微波载荷对地球表面、低层大气进行光学或微波探测以获取有关信息的一类卫星，其收集的信息广泛应用于政府、行业、科研、军事等领域。

[0003] 遥感卫星的规模化应用使得遥感卫星系统成为一个结构复杂、投资巨大的系统，其方案设计包含相互关联、彼此制约的多种因素。不同的设计方案具备各自的系统技术特点，且应用效果不同，如何选择最能满足实际需求和长远发展的设计方案是卫星体系建设论证过程中的焦点问题。

[0004] 为解决此问题，在论证评估任务中引入效能评估方法，能够对遥感卫星体系的关键效能进行量化分析与评估，使我国遥感卫星体系规划与建设建立在科学分析数据之上。目前针对遥感卫星系统的效能评估手段欠缺，且所采取的效能评估指标侧重于表征卫星的系统性能，缺乏对用户应用需求的分析，限制了对遥感卫星体系有效全面的效能评估。在效能确定方法上，现有方法与业务需求结合不紧密，以底层系统性能仿真计算为主，遥感卫星满足任务需求的能力难以落实到基础数据上，因此难以具体操作和实现。

发明内容

[0005] 本发明解决的技术问题是：提供一种遥感卫星体系效能确定方法，特别是涉及面向海洋应用的遥感卫星效能确定方法。该方法提供了面向海洋应用的遥感卫星效能评估指标体系，并根据遥感卫星体系的特点，设计了一种精细、客观、可操作性强的评估方法，可实现对大型遥感卫星系统进行从体系到星座到单星的效能评估。

[0006] 本发明的技术方案是：一种遥感卫星体系效能确定方法，包括如下步骤：

[0007] 1)构建面向应用的遥感卫星评估指标层次模型；该评估指标体系包含以下5个层次指标：第一层是遥感卫星在海洋应用中的总体能力；第二层为任务层，包括防灾减灾、海洋权益保护、海洋环境保护、海上执法监察、海域使用管理、海洋资源调查与服务；第三层为观测要素层，包括海面风场、流场、风暴潮、溢油、海冰、高度场、水色、海温；第四层为能力层，包括风速探测能力、风向探测能力、流向探测能力、流速探测能力、波浪高度探测能力、波向探测能力、油污浓度探测能力、油污范围探测能力、海冰厚度探测能力、海冰温度探测能力、海冰外缘线探测能力、海冰密集度探测能力、海面高度探测能力、叶绿素浓度探测能力、悬浮物浓度探测能力、海水温度探测能力；第三层观测要素与第四层能力层存在关联关系，关系如下：海面风场对应风速探测能力和风向探测能力，海面流场对应流向探测能力和流速探测能力，风暴潮对应波浪高度探测能力和波向探测能力，海面溢油对应油污浓度探测能力和油污范围探测能力，海冰对应海冰厚度探测能力、海冰温度探测能力、海冰外缘线探测能力、海冰密集度探测能力，海面高度场对应海面高度探测能力，海洋水色对应叶绿素浓度探测能力和悬浮物浓度探测能力，海温对应海水温度探测能力；第五层为性能指标层，包括覆盖时间性能、覆盖空间性能、探测精度、探测范围；

[0008] 2)采用层次分析法确定遥感卫星系统效能评估指标权重；

[0009] 21)在构建的遥感卫星评估指标层次模型基础上构造成对比较矩阵；

[0010] 从层次结构模型的第五层开始，对于从属于上一层第j个指标的同一层诸指标，用相对比较法和1-9准则因素对比，得到该层的原始对比较矩阵，直到最顶层；最终获得5个原始对比较矩阵；j为正整数；

[0011] 22)计算权向量并做一致性检验；

[0012] 对于每一层的原始对比较矩阵，计算最大特征根及该层每个指标对应的特征向量，利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验；若检验通过，得到的特征向量即为指标权值ωij，i为正整数，表示层数；若不通过，则返回步骤21)重新构造成对比较矩阵；

[0013] 3)计算获得遥感卫星体系效能值；

[0014] 31)获取第五层所有指标的属性值；

[0015] 32)对得到的属性值进行归一化处理，得到效能评估所需要的指标评估值vij；

[0016] 33)将该层每一个指标评估值vij与其对应的指标权值ωij相乘并求和,得到第i-1层的指标评估值vi-1,k，即 n为正整数，表示该层指标个数；

[0017] 34)重复步骤33)，计算得到全部指标属性值。

[0018] 本发明与现有技术相比的有益效果是：

[0019] 效能是指系统或体系在规定条件下满足规定任务或需求的程度，因此本发明建立了一套从应用需求出发的效能指标体系，该体系指标包含从业务需求、观测要素、应用能力到系统性能的多个层次，基于此指标体系，可以更好地体现效能面向任务和需求的特点，与应用方业务方向和需求结合更为紧密。本发明设计了一套适合遥感卫星体系的效能确定方法，通过逐级计算不同层次的能力，可以对遥感卫星对用户需求的满足程度进行科学、客观的评估，具有可操作性。本发明提供的效能确定方法可以为航天器体系设计、复杂大系统优化建设及运行管理提供支撑。附图说明

[0020] 图1为遥感卫星体系效能评估步骤；

[0021] 图2为海洋观测效能指标体系；

具体实施方式

[0022] 下面结合实施例和附图，详细说明本发明的技术方案。

[0023] 遥感卫星效能评估步骤如图1所示。

[0024] 1)分析遥感卫星应用业务方向及该业务面向的观测要素，关联遥感卫星系统能力，构建面向应用的遥感卫星评估指标体系。该评估指标体系包含以下5个层次，如图2所示：第一层是遥感卫星在海洋应用中的总体能力；第二层为任务层，包括防灾减灾、海洋权益保护、海洋环境保护、海上执法监察、海域使用管理、海洋资源调查与服务；第三层为观测要素层，包括海面风场、流场、风暴潮、溢油、海冰、高度场、水色、海温；第四层为能力层，包括风速探测能力、风向探测能力、流向探测能力、流速探测能力、波浪高度探测能力、波向探测能力、油污浓度探测能力、油污范围探测能力、海冰厚度探测能力、海冰温度探测能力、海冰外缘线探测能力、海冰密集度探测能力、海面高度探测能力、叶绿素浓度探测能力、悬浮物浓度探测能力、海水温度探测能力；第三层观测要素同第四层能力层有关联关系，关系如下：海面风场对应风速探测能力和风向探测能力，海面流场对应流向探测能力和流速探测能力，风暴潮对应波浪高度探测能力和波向探测能力，海面溢油对应油污浓度探测能力和油污范围探测能力，海冰对应海冰厚度探测能力、海冰温度探测能力、海冰外缘线探测能力、海冰密集度探测能力，海面高度场对应海面高度探测能力，海洋水色对应叶绿素浓度探测能力和悬浮物浓度探测能力，海温对应海水温度探测能力；第五层为性能指标层，包括覆盖时间性能、覆盖空间性能、探测精度、探测范围。

[0025] 2)采用层次分析法确定遥感卫星系统效能评估指标权重。建立层次结构模型如图2所示，选取海洋风场效能指标进行示例计算，目标为计算海面风场的评估值，其下层指标为风速探测能力和风向探测能力，将该能力层同性能指标层即覆盖时间性能、覆盖空间性能、探测精度、探测范围相关联，得到决定海面风场评估值的效能指标，包括风速探测精度、风向探测精度、风速探测范围、风向探测范围、覆盖时间性能和覆盖空间性能。每一个评估指标对于评估结果都有一定的重要性，通过构造对比矩阵体现不同指标的重要程度。如，下表举例说明如何通过成对比较法构造比较矩阵。

[0026] 风速探测风向探测风速探测风向探测覆盖时间覆盖空间

[0027] 精度精度范围范围性能性能
风速探测精度 1 1 2 2 3 3
风向探测精度 1 1 2 2 3 3
风速探测范围 1/2 1/2 1 2 2 2
风向探测范围 1/2 1/2 1/2 1 2 2
覆盖时间性能 1/3 1/3 1/2 1/2 1 1
覆盖空间性能 1/3 1/3 1/2 1/2 1 1

[0028] 由上表，可以构造指标项判断矩阵：

[0029]

[0030] 使用层次分析法计算指标权重向量，详细过程如下：

[0031] i.矩阵中各行元素的积：

[0032] E1＝36，E2＝36，E3＝2，E4＝1/2，E5＝1/36，E6＝1/36

[0033] ii.求Ei的n次方根

[0034]

[0035]

[0036]

[0037]

[0038]

[0039]

[0040] iii.归一化处理

[0041] sum＝1.8171+1.8171+1.1225+0.8909+0.5503+0.5503＝6.7482

[0042] a`1＝1.8171/6.7482＝0.2693

[0043] a`2＝1.8171/6.7482＝0.2693

[0044] a`3＝1.1225/6.7482＝0.1663

[0045] a`4＝0.8909/6.7482＝0.1320

[0046] a`5＝0.5503/6.7482＝0.0815

[0047] a`6＝0.5503/6.7482＝0.0815

[0048] a＝(0.2693,0.2693,0.1663,0.1320,0.0815,0.0815)T为所求的特征向量。

[0049] iv.一致性检验

[0050]

[0051]

[0052]

[0053] 根据平均随机一致性指标，当阶数为6时，RI＝1.24。

[0054] RI＝1.24

[0055]

[0056] 由此可知，得到的权重向量是符合要求的。

[0057] 即权重值为(ω1,ω2,ω3,ω4,ω5,ω6)＝(0.2693,0.2693,0.1663,0.1320,0.0815,0.0815)

[0058] 3)计算得到综合评估结果。

[0059] 底层指标的初始数据通过定量或定性处理得到，得到的初始数据再经过归一化处理，得到底层指标的评估值，继而乘以相对应的权重值ωi，得到综合评估效能，在本实施例中即得到遥感卫星海洋风场效能。

[0060] 本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

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