海洋二号微波散射计面元匹配方法

技术领域

本发明涉及卫星观测数据应用领域，具体而言，涉及海洋二号 微波散射计面元匹配方法。

背景技术

使用卫星对地球表面进行观测已经是发展了多年的技术，对地 观测卫星包括地球资源卫星、军事侦察卫星、海洋卫星和测地卫星 等。其中的海洋卫星就是主要用于海洋水色色素的探测，为海洋生 物的资源开放利用、海洋污染监测与防治、海岸带资源开发、海洋 科学研究等领域服务，设计发射的一种人造地球卫星。

下面对HY-2卫星散射计进行简单介绍，2012年8月发射的海 洋二号，搭载有我国第一个可业务化运行的微波散射计HY2-SCAT。 HY2-SCAT主要用于全球海面风场观测，散射计的测风风速范围为 4～24m/s，风速精度为2m/s或10％；风向测量范围为0～360°， 风向精度为±20°。HY2-SCAT工作频率为13.256GHz，采用笔形波 束圆锥扫描方式，通过笔形波束以固定仰角围绕天底方向旋转，在 卫星平台顺轨方向的运动中形成一定的地面覆盖刈幅。如图1所示， 卫星通常距离地面同样的高度(如卫星距地面H＝963KM)在运行， 卫星所在的飞行轨道投影到地面也就形成了星下点轨迹(实际上， 卫星在每次扫描的时候，均会产生星下点坐标这一数据，星下点坐 标也就是卫星在扫描时，投影到地面上的经纬度坐标，将多次扫描 时的星下点坐标连接成星下点轨迹)；同时，卫星在飞行的时候会旋 转式的以外波束和内波束的形式进行扫描(外波束和内波束均以圆 周的方式进行扫描，如图中内波束扫描形成的圆周半径为700KM， 外波束扫描形成的圆周半径为874KM)，从而形成了外波束足印和 内波束足印，其中外波束足印和内波束足印分别是间隔的采样，刈 幅宽度就是指外波束扫描所形成的圆周的直径。散射计系统包括 VV和HH两个极化方式，分别以不同入射角进行观测，在平台的 运动过程中对同一分辨单元可获取不同极化方式，不同入射角度的 多次测量结果(如图2中，对同一个目标分别在1、2、3和4这四 个不同的位置进行观测，在位置1进行的观测被称为外波束前视， 在位置2进行的观测被称为内波束前视，在位置3的观测被称为内 波束后视，在位置4的观测被称为外波束后视)，以克服海面风场方 向反演的多值模糊问题。其中内波束采用HH极化方式，入射角为 41°，对应地面足印大小约为23km×31km，刈幅宽度为1400km。 外波束采用VV极化方式，入射角为48°，对应地面足印大小约为 25km×38km，刈幅宽度为1700km。如图3示出了卫星在空间轨道 上进行扫描的示意图，图4中实处了星下点轨迹和外波束足印与内 波束足印的示意图。

下面对HY-2散射计数据产品进行简单介绍，海洋二号卫星散 射计目前可提供的数据产品分为L1B级产品数据产品、L2A级数据 产品、L2B级数据产品和L3级数据产品。

其中L1B数据为以遥测帧的时间为顺序进行存储的散射计观 测数据。每个遥测帧包括96个散射计测量脉冲，每个测量脉冲包括 后向散射系数，每个脉冲足迹(外波束足迹和内波束足迹)的地理 位置、以及用来描述测量数据的质量和不确定性等信息的参数，同 时该数据文件中还包含通过定位系统获取的星下点轨迹(星下点是 卫星没测发射脉冲时的经纬度坐标所在的点，星下点轨迹便是由大 量星下点所组成的轨迹)的经纬度信息。

L2A产品文件包括卫星平台在一个空间轨道内获得的每个雷达 后向散射sigma0(后向散射系数)测量值。此外，L2A产品也包含 一些与每个sigma0测量值相对应的辅助数据元素。这些辅助数据元 素列出了每个sigma0测量值所对应的位置、质量、以及不确定性等 相关信息。

为了能够更准确的对数据进行描述和使用，在将L1B级数据转 化为L2A级数据的时候，需要将L1B级数据中的观测点(外波束 足迹所在的点和内波束足迹所在的点)分别匹配到对应的风矢量单 元内。如图5所示，风矢量单元是以星下点轨迹(顺轨)为基准， 以分别以平行(顺轨)和垂直(交轨)于星下点轨迹的直线，将地 球表面分割为多个单元格，通常每个单元格均是方形，且大小相同。

L2A产品中的sigma0以风矢量单元进行分组。每一个风矢量单 元行对应地面测量刈幅的一个交轨切割。通常，每一个L2A风矢量 单元都是一个25km的正方形。因此，需要1624个风矢量单元行完 成对地球的一次完整覆盖。

在将L1B数据转化为L2A数据的时候，很重要的一个步骤便 是将观测点匹配到对应的风适量单元内，以完成使用风矢量单元对 观测点位置进行描述和归类的问题。相关技术中，传统的面元匹配 算法(例如美国的喷气动力实验室JPL)采用倾斜墨卡托投影(SOM) 的方式，先将观测经纬度从大地坐标向地面轨迹坐标转换，再进行 面元匹配，以确定指定观测点在哪个风矢量单元(通常使用风矢量 元面的行号和列号来表示指定的风矢量单元的位置)上，但使用时 发现，采用该方法计算较为复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供海洋二号微波散射计 面元匹配方法，以提高卫星散射计数据的风矢量单元匹配速度。

第一方面，本发明实施例提供了海洋二号微波散射计面元匹配 方法，包括：

根据预先获取的星下点坐标和观测点坐标，计算观测点到达星 下点轨迹上指定位置的最短球面距离和确定最短球面距离所对应的 直线与星下点轨迹的交点坐标，星下点轨迹是由多个星下点坐标连 接形成的；

根据交点坐标、风矢量单元的起始点坐标和预设的风矢量单元 宽度，计算观测点沿顺轨方向的风矢量行号；

根据最短球面距离和和风矢量单元的宽度，计算观测点沿交轨 方向的风矢量列号；

确定风矢量行号和风矢量列号所对应的风矢量单元位置为观测 点的在风矢量元面上的位置。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的 实施方式，其中，

根据预先获取的星下点坐标和观测点坐标，计算观测点到达星 下点轨迹上指定位置的最短球面距离包括：

获取多个星下点坐标，和观测点坐标；

分别计算观测点与每个星下点的球面距离；

选择多个球面距离中最小的球面距离作为最短球面距离。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的 实施方式，其中，确定最短球面距离所对应的直线与星下点轨迹的 交点坐标包括：

确定观测点与每个星下点的球面距离中最小的球面距离所对应 的星下点的坐标为交点坐标。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的 实施方式，其中，根据交点坐标、风矢量单元的起始点坐标和预设 的风矢量单元宽度，计算观测点沿顺轨方向的风矢量行号包括：

根据交点坐标和起点坐标计算两坐标点的直接球面距离；

计算直接球面距离除以预设的风矢量单元宽度的第一取整商；

确定观测点沿顺轨方向的风矢量行号为第一取整商+1。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的 实施方式，其中，根据最短球面距离和和风矢量单元的宽度，计算 观测点沿交轨方向的风矢量列号包括：

计算最短球面距离除以风矢量单元的宽度的第二取整商；

确定观测点沿交轨方向的风矢量列号为第二取整商+1。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的 实施方式，其中，

分别计算观测点与每个星下点的球面距离包括：

将多个连续星下点分为多组；

按照预设的取样规则，在每组中选择至少一个星下点作为参考 点；

分别计算每个参考点与观测点的球面距离，以确定与观测点球 面距离最近的参考点所在的组为参考组；

分别计算参考组中每个星下点和观测点的参考球面距离，以确 定参考球面距离中的最小值为最短球面距离。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的 实施方式，其中，分别计算参考组中每个星下点和观测点的参考球 面距离，以确定参考球面距离中的最小值为最短球面距离包括：

判断参考球面距离中的最小值是否小于预设的第一参考阈值；

若是，则确定参考球面距离中的最小值为最短球面距离。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的 实施方式，其中，根据预先获取的星下点坐标和观测点坐标，计算 观测点到达星下点轨迹上指定位置的最短球面距离包括：

分别计算每个星下点距离起始星下点的球面距离，起始星下点 是风矢量单元的起始点；

选择距离观测点最近的星下点的坐标为交点坐标；

计算观测点与距离观测点最近的星下点之间的球面距离作为最 短球面距离。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的 实施方式，其中，分别计算每个参考点与观测点的球面距离，以确 定与观测点球面距离最近的参考点所在的组为参考组还包括：

判断每个参考点与观测点的球面距离中最小的球面距离是否小 于预设的第二参考阈值；

若是，则确定与观测点球面距离最近的参考点所在的组为参考 组。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的 实施方式，其中，第一参考阈值为900-1100KM；第二参考阈值为 900-1100KM。

本发明实施例提供的海洋二号微波散射计面元匹配方法，采 用星下点与观测点的坐标为基础来确定观测点所处所风矢量元 面的位置，与现有技术中的采用倾斜墨卡托投影(SOM)的方式， 先将观测经纬度从大地坐标向地面轨迹坐标转换，再进行面元匹配， 使匹配的过程较为复杂相比，其通过先获取到星下点坐标和观测 点坐标，并且计算观测点到达星下点轨迹上指定位置的最短球面距 离和确定最短球面距离所对应的直线与星下点轨迹的交点坐标，再 计算交点坐标距离风矢量单元的起始点坐标的球面距离，再依据风 矢量单元的宽度(风矢量单元是方形的，风矢量单元的宽也就是其 边长)，便能够得出观测点距离起始点的沿交轨方向的距离和沿顺轨 方向的距离，并且能够进一步计算出距离风矢量单元起始点相距了 多少个风矢量单元，也就确定了观测点所在的行号和列号，从而完 成了使用行号和列号来表示观测点在风矢量元面位置的任务。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文 特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例 中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了 本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领 域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了相关技术中，卫星进行地球扫描的第一种示意图；

图2示出了相关技术中，卫星进行地球扫描的第二种示意图；

图3示出了相关技术中，卫星进行地球扫描的第三种示意图；

图4示出了相关技术中，卫星进行地球扫描的第四种示意图；

图5示出了相关技术中，风矢量单元的顺轨与交轨示意图；

图6示出了本发明实施例所提供的海洋二号微波散射计面元匹 配方法的基本流程图；

图7示出了本发明实施例所提供的海洋二号微波散射计面元匹 配方法的最短球面距离优选获取步骤流程图；

图8示出了本发明实施例所提供的海洋二号微波散射计面元匹 配方法的风矢量行号确定步骤流程图；

图9示出了本发明实施例所提供的海洋二号微波散射计面元匹 配方法的最短球面距离获取步骤细节流程图；

图10示出了本发明实施例所提供的海洋二号微波散射计面元 匹配方法的另一种优选的最短球面距离获取步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一 部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出 的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此， 以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要 求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于 本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例1提供了海洋二号微波散射计面元匹配方法，如 图6所示，包括如下步骤：

S101，根据预先获取的星下点坐标和观测点坐标，计算观测点 到达星下点轨迹上指定位置的最短球面距离和确定最短球面距离所 对应的直线与星下点轨迹的交点坐标，星下点轨迹是由多个星下点 坐标连接形成的；

S102，根据交点坐标、风矢量单元的起始点坐标和预设的风矢 量单元宽度，计算观测点沿顺轨方向的风矢量行号；

S103，根据最短球面距离和和风矢量单元的宽度，计算观测点 沿交轨方向的风矢量列号；

S104，确定风矢量行号和风矢量列号所对应的风矢量单元位置 为观测点的在风矢量元面上的位置。

风矢量单元是风矢量元面上，用于表示位置信息的单元。在L2A 数据中，为了便于说明某位置(如星下点位置、观测点位置，即观 测点足印)在风矢量元面上的具体位置，而引用了风矢量单元这一 表达方式。

下面对散射计风矢量反演进行简单介绍，

后向散射系数为风速，风向，雷达发射的电磁波波长，极化方 式，入射角的函数。地球物理模型函数的一般形式为：

σ⁰＝F(u,χ,...,f,p,θ)       (1)

卫星散射计是一种经过定标的雷达，它向海面主动发射电磁波， 并接收经过海面调制的回波信号。雷达回波信号将由发射信号以及 海面特征共同决定。当海浪波长与雷达发射电磁波波长满足布拉格 散射条件时，各波面产生的后向散射电磁波相位相同，从而产生共 振，回波能量将主要由产生共振的电磁波决定。在微波散射计的工 作频率下，满足布拉格谐振条件的海面波为海表毛细波，海洋表面 毛细波的谱密度与海洋表面上的风速直接相关。因此，通过雷达测 得的回波信号可获取海面风场的信息。通过对雷达回波信号的处理， 可得出仅与海面情况有关的归一化后向散射系数(NRCS，或σ₀)， 从散射计测得的σ₀可进一步提取出海面风场，海面风场的信息提取 过程称为风矢量反演。

从散射计测得的海面后向散射系数反演海面风矢量需要解决三 个方面的问题：建立地球物理模型，风矢量求解算法，模糊解去除 算法。

地球物理模型函数描述海面风矢量与雷达后向散射系数之间的 关系。地球物理模型函数的一般形式为：

σ₀＝F(V,χ,...,f,p,θ)         (2)

其中σ₀代表海面对应的后向散射系数；V为风速；χ为风向的 相对方位角；f为散射计的工作频率；p为极化方式；θ为天线的入 射角。

风矢量求解算法主要是通过地球物理模型函数以及海面风矢量 面元的不同方位角的NRCS观测值获得海面的风矢量解。由(2) 式表示的地球物理模型可知，通过后向散射系数求解风速与风向(即 风矢量)，需要多个(不少于4个)不同角度的后向散射系数观测结 果。

具体的，在L1B数据中，能够直接获取到每次使用散射计进行 扫描的全部参数，即每次扫描完成之后便能够唯一确定了一组相互 对应的信息，如星下点的经纬度信息、观测点的经纬度信息、后向 散射系数等其他测量结果的信息。并且，在一次完整的卫星扫描活 动中，需要进行多次扫描，也就是能够获取到多组相互对应的信息。 在步骤S101中，获取星下点坐标是多次扫描得到的星下点坐标，观 测点坐标是最终需要确定其坐标在风矢量元面位置的坐标。根据多 次扫描得到的多个星下点坐标能够确定星下点轨迹的坐标(如使用 在二维坐标系下的方程来表达该轨迹，或者使用三维坐标系下的方 程来表达该轨迹)，进而能够确定观测点到达星下点轨迹上指定位置 的最短球面距离，为了能够精确的确定观测点到达星下点轨迹的最 短球面距离，指定位置可以是经过观测点，与星下点轨迹垂直，且 使观测点到达星下点轨迹距离最短的球面曲线(也可以是线段)，与 星下点轨迹的交点(该交点是指近似的二维坐标系中的交点)。其中， 经过观测点，且与星下点轨迹垂直的直线可以是二维坐标系中的直 线(在刈幅宽度较小的时候，可以近似的将星下点轨迹理解为在平 面上的直线，自然，穿过该直线的线也就是二维坐标系中的直线， 在二维坐标系中，计算点与线最短距离的方法较多，在此不再赘述)， 也可以是三维坐标系中沿地表的曲线(当将地球按照立体的球体进 行理解的时候，星下点轨迹也就是一个曲线，三维坐标系中同样可 以使用基本数学算法计算球面上任意一点到达一个球面曲线的最短 距离在此不再赘述)，也可以是穿过地表的直线(当将地球按照立体 的球体进行理解的时候，星下点轨迹也就是一个曲线，球面上的某 一点到达星下点的最短距离也就能够通过点线最短距离公式进行计 算，其计算方法较多，在此不再赘述)。在确定了最短球面距离和最 短球面距离所对应的直线与星下点轨迹的交点坐标之后，便可以执 行步骤S102。

步骤S102中，需要根据交点坐标、风矢量单元的起始点坐标 和预设的风矢量单元宽度来计算观测点沿顺轨方向的风矢量行号， 需要说明的是，风矢量单元的起始点是风矢量元面开始统计的点， 其行号和列号均为0。需要先计算的是根据交点坐标和风矢量单元 的起始点坐标(风矢量单元的起始点坐标是预设的)计算二者之间 的距离，球面两点间距离的计算方式在已知两点球面坐标、地球半 径之后可以简单的计算出来，在此，具体的计算过程不再赘述。在 计算出两点间的距离之后，在通过风矢量单元的宽度(通常是 25KM)来计算观测点与风矢量单元之间夹有多少个风矢量行。如 通过计算交点坐标和风矢量单元的起始点坐标之间的距离，得到距 离为110KM，那么交点和风矢量单元起始点之间便夹有4个风矢量 行，那么便可以确定观测点(也可以说交点)的行号为5(行号＝交 点与风矢量单元起始点之间夹有的风矢量行数+1＝4+1)。

类似的，在步骤S103中，在已知最短球面距离和风矢量单元 的宽度之后，便能够计算沿交轨方向的风矢量列号。风矢量单元列 是以星下点轨迹为基准进行排列的，通常星下点轨迹是风矢量单元 列的起始。那么可知，风矢量列号也就是最短球面距离/风矢量单元 宽度的取整商(如最短球面距离为123，风矢量单元宽度为25，那 么123/25的取整商为4，也就是风矢量列号为4)。

步骤S104中，在确定了观测点的风矢量列号和风矢量行号之 后，便可以根据该行号和列号来标识观测点在风矢量元面中的具体 位置，也就是使用风矢量单元的编号(行号和列号)来标识观测点 所在的位置。需要说明的是步骤S102和步骤S103的顺序可以颠倒， 步骤S102和步骤S103的执行顺序不会影响本发明的最终结果。

具体的，步骤S101中，根据预先获取的星下点坐标和观测点 坐标，计算观测点到达星下点轨迹上指定位置的最短球面距离可以 包括如下步骤，如图7所示：

S1011，获取多个星下点坐标，和观测点坐标；

S1012，分别计算观测点与每个星下点的球面距离；

S1013，选择多个球面距离中最小的球面距离作为最短球面距 离。

步骤S1011中，获取到的星下点坐标是多个，可以是卫星在一 次完整的扫描活动动作所扫描到的所有星下点坐标。为了简化计算， 也可以是在所有的星下点坐标中间隔的取多个星下点坐标(如间隔 1个星下点进行取点)。

步骤S1012中，观测点是指需要使用风矢量单元来表达其位置 的观测点。为了能够使用观测点到达星下点球面距离来表示最短球 面距离，需要分别计算每个星下点与观测点之间的距离，并且通过 步骤S1013选取步骤S1012中所计算出的距离中最短的球面距离作 为最短球面距离。卫星在进行扫描的时候，其扫描频率是相当高的， 也就是两个星下点之间的距离不会相隔过远，因此，即使最短球面 距离所在的直线并不是与星下点轨迹相垂直的，这两条线也是近似 垂直的。因此通过在多个星下点中查找到一个距离观测点最近的星 下点，并且使最近的星下点与观测点连线的线段长作为最短球面距 离是合理的，更由于风矢量单元的宽度为25KM，因此，使最近的 星下点与观测点连线的线段长作为最短球面距离的误差可以忽略 掉。

另一方面，步骤S101中，确定最短球面距离所对应的直线与 星下点轨迹的交点坐标可以包括如下步骤：

确定观测点与每个星下点的球面距离中最小的球面距离所对应 的星下点的坐标为交点坐标。

在步骤S1012中，计算出每个星下点与观测点的距离之后，并 进一步，在步骤S1013中，确定了最短球面距离之后，可以将观测 点与每个星下点的球面距离中最小的球面距离(最短球面距离)所 对应的星下点的坐标为交点坐标。最短球面距离所对应的星下点的 行号与观测点的行号是相同，因此，可以使用最短球面距离所对应 的星下点的行号，作为观测点的行号。

具体的，步骤S102，根据交点坐标、风矢量单元的起始点坐标 和预设的风矢量单元宽度，计算观测点沿顺轨方向的风矢量行号可 以包括如下步骤，如图8所示：

S1021，根据交点坐标和起点坐标计算两坐标点的直接球面距 离；

S1022，计算直接球面距离除以预设的风矢量单元宽度的第一 取整商；

S1023，确定观测点沿顺轨方向的风矢量行号为第一取整商+1。

步骤S1021中，在已知球面上的交点坐标和起始点坐标(风矢 量单元的起始点坐标)之后，便可以使用球面两点间距离公式来计 算二者的直接球面距离，具体的算法较多，在此对具体的计算过程 不过多描述。

通过步骤S1021获得直接球面距离之后，步骤S1022便根据预 先获取的风矢量单元宽度来计算直接球面距离除以风矢量单元宽度 的第一取整商。具体的，如直接球面距离为158，风矢量单元宽度 为25，那么156/25＝6，余数8，第一取整商也就是6。再通过步骤 S1023将获取到的第一取整商+1，便可以得到沿顺轨方向的风矢量 行号。

类似的，在计算风矢量列号的时候，可以使用相同的方式，也 就是步骤S103，根据最短球面距离和和风矢量单元的宽度，计算观 测点沿交轨方向的风矢量列号包括：

S1031，计算最短球面距离除以风矢量单元的宽度的第二取整 商；

S1032，确定观测点沿交轨方向的风矢量列号为第二取整商+1。

步骤S1031中，所计算得到的是最短球面距离除以风矢量单元 宽度得到的第二取整商，第二取整商的计算方式与第一取整商的计 算方式相同。再通过步骤S1032，将第二取整商+1，便是观测点沿 交轨方向的风矢量列号。

其中，步骤S1013，

分别计算观测点与每个星下点的球面距离，可以具体细分为如 下步骤，如图9：

S201，将多个连续星下点分为多组；

S202，按照预设的取样规则，在每组中选择至少一个星下点作 为参考点；

S203，分别计算每个参考点与观测点的球面距离，以确定与观 测点球面距离最近的参考点所在的组为参考组；

S204，分别计算参考组中每个星下点和观测点的参考球面距 离，以确定参考球面距离中的最小值为最短球面距离。

为了能够在使系统计算每个星下点和观测点距离时，降低计算 量，步骤S201中，在计算星下点和观测点距离前，先将全部，或者 多个星下点进行分组，其中同一组中的星下点均是时间上，或者位 置上连续的点，如有1-10，这10个连续扫描得到的星下点，那么 可以将1、2和3分为一组、4、5、6和7分为一组，8、9和10分 为一组。当然，在分组的时候，为了保证数据的平衡性，可以每组 中所包含的星下点的个数是相同，或者近似相同。也可以是有选择 性的，提高某个或者分贝提高多个组中星下点的数量。实际使用中， 同一分组中的星下点的数量优选为100左右。

步骤S202中，需要对每个分组中的星下点进行取样。当每个 分组中的星下点个数相同的时候，可以每个分组中均取一个星下点 作为参考点，每个分组中取点的方式最好是相同的，如每个分组中 均取第一个点作为参考点，或者均取最后一个点作为参考点；当每 个分组中的星下点个数相同的时候，可以根据每个分组中星下点个 数的不同，来选取不同的数量的星下点作为参考点。如，A分组中 星下点的数量为20，B分组中的星下点的数量为10，就可以取A 分组中的两个星下点作为参考点，取B分组中的1个星下点作为参 考点。同样的，当每个分组中的星下点个数相同的时候，取点的时 候，为了保证取出的参考点是间隔相同的幅度(这样，有利于准确 的确定参考组)，在每个分组中选择参考点的时候，需要根据未分组 前，每个星下点之间的间距来确定分组后，参考点的位置。

步骤S203中，计算每个取出的参考点与观测点的球面距离， 并且选择与观测点球面距离最近的参考点所在的组为参考组。

通过步骤S203能够确定，可能包含有距离观测点最近的星下 点的分组。为了保证步骤S203所选择出的分组是正确的，因此，在 步骤S202选择参考点的时候，选择同一分组中位置，或者时间上靠 近中间的星下点作为参考点。随后，在步骤S204中，在确定了参考 组之后，可以分别计算参考组中每个星下点与观测点的球面距离， 从而可以选择参考组中，星下点与观测点的球面距离最近的星下点 和观测点之间的距离作为最短球面距离。

通过上述计算过程，只需要使用L1B中的数据来直接计算最短 球面距离，而不需要其他的数据进行计算，降低了基础数据的获取 难度和简化了数据的计算量。

具体的，步骤S204，分别计算参考组中每个星下点和观测点的 参考球面距离，以确定参考球面距离中的最小值为最短球面距离可 以包括如下步骤：

判断参考球面距离中的最小值是否小于预设的第一参考阈值；

若是，则确定参考球面距离中的最小值为最短球面距离。

当参考球面距离中的最小值小于预设的第一参考阈值时，则可 以认为确定参考球面距离中的最小值作为最短球面距离是合理的。 在系统进行计算的时候，应当设置参考值，以防止系统出现误差， 或者是由于原始数据的误差而导致的最终结果出现偏差。

具体的，步骤S101中，根据预先获取的星下点坐标和观测点 坐标，计算观测点到达星下点轨迹上指定位置的最短球面距离还可 以包括如下步骤，如图10所示：

S301，分别计算每个星下点距离起始星下点的球面距离，起始 星下点是风矢量单元的起始点；

S302，选择距离观测点最近的星下点的坐标为交点坐标；

S303，计算观测点与距离观测点最近的星下点之间的球面距离 作为最短球面距离。

也就是可以直接计算每个星下点与起始星下点的球面距离，这 样在完成一个观测点的风矢量单元行号与列号计算之后，便可以直 接使用与下一个观测点最近的星下点坐标作为交点坐标，该交点坐 标在步骤S301中已经计算过了，不需要重复计算了。

除了确定参考球面距离中的最小值是否小于第一参考与之，还 可以通过其他的判断方式来保证得出的风矢量单元行号与列号是合 理的，如步骤S203中，分别计算每个参考点与观测点的球面距离， 以确定与观测点球面距离最近的参考点所在的组为参考组可以包 括：

判断每个参考点与观测点的球面距离中最小的球面距离是否小 于预设的第二参考阈值；

若是，则确定与观测点球面距离最近的参考点所在的组为参考 组。

具体的，第一参考阈值为900-1100KM；第二参考阈值为 900-1100KM。优选的，第一参考阈值为1000KM，第二参考阈值也 可以为1000KM。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围 并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技 术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围 之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。