一种卫星轨道仿真方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种卫星轨道仿真方法及装置。所述方法包括，获取总体仿真参数，依据总体仿真参数，结合卫星颗数的不同情况，分别获取待仿真卫星在惯性系下的轨道参数，在存在卫星轨道变轨控制要求时，通过调用轨道优化程序实现卫星变轨控制所需速度增量计算，进而计算卫星所受总体加速度，最后通过调用轨道动力学解算程序，完成卫星轨道仿真。本发明专利技术针对不同颗数卫星，进行卫星轨道仿真，仿真程序适用范围广；此外，通过调用轨道优化程序可以实现卫星变轨控制，仿真程序开放，更利于开发扩充。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星轨道仿真领域，尤其涉及一种卫星轨道仿真方法及装置。
技术介绍
随着卫星应用越来越广，在各种工程应用场合，为了实时掌握卫星运行状况，需要对卫星轨道进行仿真计算。例如在研究对地观测小卫星的区域覆盖性能时，需要对卫星的轨道解算过程进行仿真，以验证所设计的卫星轨道是否满足区域覆盖要求；又如，在研究星载传感器系统如合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)仿真系统时，由于卫星是在特定的轨道上飞行，也需要对卫星轨道进行建模仿真，以便为星载SAR仿真系统提供载体运行激励数据；再如，在研究多颗卫星编队飞行以共同完成一项任务或者一颗卫星围绕另一颗卫星绕飞以完成对绕飞目标的观测时，需要同时对多颗卫星进行运行轨道仿真计算，以考察各颗卫星的运行轨道是否满足要求。目前使用最多的仿真工具包是卫星工具包(Satellite Tool Kit，简称STK)。STK能够针对不同的应用场合，根据卫星轨道动力学原理，建立很精确的卫星轨道动力学模型，设定卫星轨道参数，对卫星轨道进行仿真计算。STK工具包可以在一定程度上满足人们进行单颗卫星轨道仿真计算以及多颗卫星之间的相对轨道计算要求，但是，该工具包存在封闭性(源码不开放)，不方便嵌入轨道控制算法程序，且单颗卫星轨道仿真工具包只能进行单颗卫星轨道仿真，多颗卫星轨道仿真工具包只能进行多颗卫星轨道仿真，对于不同的仿真应用需要分别建立不同的仿真程序才可以完成。
技术实现思路
针对现存的卫星轨道仿真工具和方法中的不足，本专利技术提出一种卫星轨道仿真方法及装置，能够同时满足单颗卫星轨道仿真、多颗卫星轨道仿真及卫星变轨控制仿真要求。本专利技术提供一种卫星轨道仿真方法，包括：获取卫星轨道仿真需要的总体仿真参数，所述总体仿真参数包括：卫星颗数、各颗卫星质量和总仿真时间；依据所述总体仿真参数，获取各卫星在惯性系下的轨道参数，所述轨道参数包括：卫星在当前所处轨道的位置和速度分量；判断是否存在变轨控制要求；如果是，则以所述卫星在惯性系下的轨道参数、所述各颗卫星质量和所述变轨控制要求作为轨道优化的输入，调用轨道优化程序，计算得到从所述惯性系下的轨道参数变化到最终轨道参数所需要的变轨次数以及每次变轨时的速度增量，并将每次变轨时的速度增量分别变换为对卫星轨道动力学模型的变轨加速度；如果否，则将卫星轨道动力学模型的变轨加速度设置为0；计算得到外部加速度，所述外部加速度为所述卫星在当前所处轨道位置上所受的环境因素所产生的加速度；将变轨时的速度增量变换得到的变轨加速度和所述外部加速度进行求和，获得总体加速度；以所述卫星在惯性系下的轨道参数、所述总体加速度、所述总仿真时间作为输入，调用轨道动力学解算程序计算获得所述卫星的轨道解算数据。进一步地，所述依据所述总体仿真参数，获取各卫星在惯性系下的轨道参数，包括：判断所述卫星轨道仿真是多颗卫星轨道仿真还是单颗卫星轨道仿真；如果是多颗卫星轨道仿真，则选择一颗卫星作为参考卫星并获取其在惯性系下的轨道参数，再获取其他卫星在参考卫星相对坐标系中相对所述参考卫星的位置和速度分量，并依据所述其他卫星在参考卫星相对坐标系中相对所述参考卫星的位置和速度分量，计算得到其他卫星在惯性系下的轨道参数。如果是单颗卫星轨道仿真，则获取所述单颗卫星在惯性系下的轨道参数；进一步地，所述依据所述总体仿真参数，获取各卫星在惯性系下的轨道参数，包括：判断所述卫星轨道仿真是多颗卫星轨道仿真还是单颗卫星轨道仿真；如果是多颗卫星轨道仿真，则选择一颗卫星作为参考卫星并获取其六要素轨道参数，并将所述参考卫星的六要素轨道参数转化为惯性系下的轨道参数，再获取其他卫星在参考卫星相对坐标系中相对所述参考卫星的位置和速度分量，依据所述其他卫星在参考卫星相对坐标系中相对参考卫星的位置和速度分量，计算得到其他卫星在惯性系下的轨道参数。如果是单颗卫星轨道仿真，则获取所述单颗卫星的六要素轨道参数，并将所述六要素轨道参数转化为惯性系下的轨道参数；进一步地，所述以所述卫星在惯性系下的轨道参数、所述各颗卫星质量和所述变轨控制要求作为轨道优化的输入，调用轨道优化程序，计算得到从所述惯性系下的轨道参数变化到最终轨道参数所需要的变轨次数以及每次变轨时的速度增量，包括：由所述轨道优化的输入提取程序输入参数；利用所述程序输入参数构造优化模型，所述优化模型包括决策变量、目标函数和约束函数；利用优化算法计算得到所述优化模型中的决策变量；将所述决策变量转换为变轨控制参数并输出，得到变轨次数以及每次变轨时的速度增量。进一步地，所述以所述卫星在惯性系下的轨道参数、所述总体加速度、所述总仿真时间作为输入，调用轨道动力学解算程序计算获得所述卫星的轨道解算数据，包括：由所述总仿真时间确定仿真步长和当前仿真时间；利用所述总体加速度构造轨道动力学方程；根据卫星在惯性系下的轨道参数、所述仿真步长和当前仿真时间，利用微分方程解算算法对所述轨道动力学方程进行解算，获得所述卫星的轨道解算数据。本专利技术提供一种卫星轨道仿真装置，包括：总体仿真参数获取单元，用于获取卫星轨道仿真需要的总体仿真参数，所述总体仿真参数包括：卫星颗数、各颗卫星质量和总仿真时间；轨道参数获取单元，用于依据所述总体仿真参数，获取各卫星在惯性系下的轨道参数，所述轨道参数包括：卫星在当前所处轨道的位置和速度分量；变轨判断单元，用于判断是否存在变轨控制要求；调用计算单元，用于所述变轨判断单元判断存在变轨控制要求时，以所述卫星在惯性系下的轨道参数、所述各颗卫星质量和所述变轨控制要求作为轨道优化的输入，调用轨道优化程序，计算得到从所述惯性系下的轨道参数变化到最终轨道参数所需要的变轨次数以及每次变轨时的速度增量；变换单元，用于将每次变轨时的速度增量分别变换为对卫星轨道动力学模型的变轨加速度；置零单元，用于所述变轨判断单元判断不存在变轨控制要求时，将卫星轨道动力学模型的变轨加速度设置为0；外部加速度计算单元，用于计算得到外部加速度，所述外部加速度为所述卫星在当前所处轨道位置上所受的环境因素所产生的加速度；加速度求和单元，用于将变轨时的速度增量变换得到的变轨加速度和所述外部加速度进行求和，获得总体加速度；轨道解算单元，用于以所述卫星在惯性系下的轨道参数、所述总体加速度、所述总仿真时间作为输入，调用轨道动力学解算程序计算获得所述卫星的轨道解算数据。进一步地，所述轨道参数获取单元，包括：第一判断单元，用于判断所述卫星轨道仿真是多颗卫星轨道仿真还是单颗卫星轨道仿真；第一多颗卫星轨道参数获取单元，用于所述第一判断单元判断所述卫星轨道仿真是多颗卫星轨道仿真时，选择一颗卫星作为参考卫星并获取其在惯性系下的轨道参数，获取其他卫星在参考卫星相对坐标系中相对所述参考卫星的位置和速度分量，并依据所述其他卫星在参考卫星相对坐标系中相对所述参考卫星的位置和速度分量，计算得到其他卫星在惯性系下的轨道参数。第一单颗卫星轨道参数获取单元，用于所述第一判断单元判断所述卫星轨道仿真是单颗卫星轨道仿真时，获取所述单颗卫星的惯性系下的轨道参数；进一步地，所述轨道参数获取单元，包括：第二判断单元，用于判断所述卫星轨道仿真是多颗卫星轨道仿真还是单颗卫星轨道仿真；第二多颗卫星轨道参数获取单元，用于所述第二判断单元判断所述卫星轨道仿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星轨道仿真方法，其特征在于，包括：获取卫星轨道仿真需要的总体仿真参数，所述总体仿真参数包括：卫星颗数、各颗卫星质量和总仿真时间；依据所述总体仿真参数，获取各卫星在惯性系下的轨道参数，所述轨道参数包括：卫星在当前所处轨道的位置和速度分量；判断是否存在变轨控制要求；如果是，则以所述卫星在惯性系下的轨道参数、所述各颗卫星质量和所述变轨控制要求作为轨道优化的输入，调用轨道优化程序，计算得到从所述惯性系下的轨道参数变化到最终轨道参数所需要的变轨次数以及每次变轨时的速度增量，并将每次变轨时的速度增量分别变换为对卫星轨道动力学模型的变轨加速度；如果否，则将卫星轨道动力学模型的变轨加速度设置为0；计算得到外部加速度，所述外部加速度为所述卫星在当前所处轨道位置上所受的环境因素所产生的加速度；将变轨时的速度增量变换得到的变轨加速度和所述外部加速度进行求和，获得总体加速度；以所述卫星在惯性系下的轨道参数、所述总体加速度、所述总仿真时间作为输入，调用轨道动力学解算程序计算获得所述卫星的轨道解算数据。

【技术特征摘要】
1.一种卫星轨道仿真方法，其特征在于，包括：获取卫星轨道仿真需要的总体仿真参数，所述总体仿真参数包括：卫星颗数、各颗卫星质量和总仿真时间；依据所述总体仿真参数，获取各卫星在惯性系下的轨道参数，所述轨道参数包括：卫星在当前所处轨道的位置和速度分量；判断是否存在变轨控制要求；如果是，则以所述卫星在惯性系下的轨道参数、所述各颗卫星质量和所述变轨控制要求作为轨道优化的输入，调用轨道优化程序，计算得到从所述惯性系下的轨道参数变化到最终轨道参数所需要的变轨次数以及每次变轨时的速度增量，并将每次变轨时的速度增量分别变换为对卫星轨道动力学模型的变轨加速度；如果否，则将卫星轨道动力学模型的变轨加速度设置为0；计算得到外部加速度，所述外部加速度为所述卫星在当前所处轨道位置上所受的环境因素所产生的加速度；将变轨时的速度增量变换得到的变轨加速度和所述外部加速度进行求和，获得总体加速度；以所述卫星在惯性系下的轨道参数、所述总体加速度、所述总仿真时间作为输入，调用轨道动力学解算程序计算获得所述卫星的轨道解算数据。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述总体仿真参数，获取各卫星在惯性系下的轨道参数，包括：判断所述卫星轨道仿真是多颗卫星轨道仿真还是单颗卫星轨道仿真；如果是多颗卫星轨道仿真，则选择一颗卫星作为参考卫星并获取其在惯性系下的轨道参数，再获取其他卫星在参考卫星相对坐标系中相对所述参考卫星的位置和速度分量，并依据所述其他卫星在参考卫星相对坐标系中相对所述参考卫星的位置和速度分量，计算得到其他卫星在惯性系下的轨道参数；如果是单颗卫星轨道仿真，则获取所述单颗卫星在惯性系下的轨道参数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述总体仿真参数，获取各卫星在惯性系下的轨道参数，包括：判断所述卫星轨道仿真是多颗卫星轨道仿真还是单颗卫星轨道仿真；如果是多颗卫星轨道仿真，则选择一颗卫星作为参考卫星并获取其六要素轨道参数，并将所述参考卫星的六要素轨道参数转化为惯性系下的轨道参数，再获取其他卫星在参考卫星相对坐标系中相对所述参考卫星的位置和速度分量，依据所述其他卫星在参考卫星相对坐标系中相对参考卫星的位置和速度分量，计算得到其他卫星在惯性系下的轨道参数；如果是单颗卫星轨道仿真，则获取所述单颗卫星的六要素轨道参数，并将所述六要素轨道参数转化为惯性系下的轨道参数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以所述卫星在惯性系下的轨道参数、所述各颗卫星质量和所述变轨控制要求作为轨道优化的输入，调用轨道优化程序，计算得到从所述惯性系下的轨道参数变化到最终轨道参数所需要的变轨次数以及每次变轨时的速度增量，包括：由所述轨道优化的输入提取程序输入参数；利用所述程序输入参数构造优化模型，所述优化模型包括决策变量、目标函数和约束函数；利用优化算法计算得到所述优化模型中的决策变量；将所述决策变量转换为变轨控制参数并输出，得到变轨次数以及每次变轨时的速度增量。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以所述卫星在惯性系下的轨道参数、所述总体加速度、所述总仿真时间作为输入，调用轨道动力学解算程序计算获得所述卫星的轨道解算数据，包括：由所述总仿真时间确定仿真步长和当前仿真时间；利用所述总体加速度构造轨道动力学方程；根据卫星在惯性系下的轨道参数、所述仿真步长和当前仿真时间，利用微分方程解算算法对所述轨道动力学方程进行解算，获得所述卫星的轨道解算数据。6.一种卫星轨道仿真装置，其特征在于，包括：总体仿真参数获取单元，用于获取卫星轨道仿真需要的总体仿真参数，所述总体仿真参数包括：卫星颗数、各颗卫星质...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗喜霜，
申请(专利权)人：北京润科通用技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11