一种北斗卫星自主导航平行仿真模拟方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种北斗卫星自主导航平行仿真模拟方法与系统，方法包括以下步骤：构建具有工程代表性的仿真系统；开发两种模式的星间链路数据来源，其一为数学仿真得到的模拟星间测量数据，其二为外部离线加载的真实工程在轨卫星的星间测量数据；按照试验目的，进行自主导航试验。北斗卫星自主导航平行仿真模拟统包括仿真调度运行模块、仿真模型库、场景配置模块、监控与显示模块、性能评估模块、在轨工程数据库和星间链路用表数据库。本申请进行的的自主导航试验结果可信性高，能够用于北斗工程系统自主导航算法的试验验证及优化，除了复现北斗工程系统的状态之外，还具有灵活扩展的能力，为自主导航算法的评估和算法迭代优化提供了强大的手段。

A parallel simulation method and system for Beidou autonomous navigation

【技术实现步骤摘要】
一种北斗卫星自主导航平行仿真模拟方法与系统
本专利技术涉及卫星导航
，尤其涉及一种北斗卫星自主导航平行仿真模拟方法与系统。
技术介绍
北斗卫星导航系统作为重要的战略性资源，已经在军事和国民经济建设各个方面扮演着越来越重要的角色。目前，各种卫星导航系统的正常运行都是通过地面控制来实现的，如果地面设备发生故障或者被摧毁，导航系统的性能将大幅下降甚至是不能提供服务。因此，基于星间链路技术的卫星导航系统自主导航技术应运而生，它的出现有助于提高卫星导航系统的安全性与自主生存能力。我国的北斗系统目前也具备自主导航的能力，但是由于北斗导航卫星上的星载计算机处理器运算能力较低，在工程中需要不断的迭代优化自主导航算法的设计，并且要综合考虑工程约束和输出电文的精度。需要建设具备真实工程系统约束条件的自主导航算法试验验证系统，从而降低工程实施风险、并提供算法优化验证的手段。目前，已知的对北斗卫星导航系统自主导航算法进行验证的系统，要么是为了学术研究而搭建的针对理想条件的仿真平台，缺乏对实际工程系统约束的考虑（文献1：曹辉．基于星间测量的星座自主导航研究与半物理仿真系统实现[D]．南京：南京航空航天大学，2009）；要么是搭建的半实物模拟系统用于对单台卫星关键单机的测试，缺乏系统级对全系统全星座要素条件的自主导航算法的验证（文献2：贾卫松等．北斗全球系统自主导航地面模拟系统设计与实现[J]．航天器工程，2017，26（3）：105-111）。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种北斗卫星自主导航平行仿真模拟方法与系统。可以最大程度的逼近北斗工程系统的状态，进而保证仿真试验结果可信，能够灵活的用于北斗工程系统的关键技术试验验证及优化、工程卫星流程的检验及优化等任务。根据本专利技术的一个方面，提供一种北斗卫星自主导航平行仿真模拟方法,包括以下步骤：S1、根据贴近工程系统实际状态的要求，构建具有工程代表性的仿真系统，其中，所述的仿真系统的卫星系统模型的接口应当遵循工程的接口控制文件定义、并且具备真实工程卫星系统的处理流程、可以输出并存储内部的关键数据信息便于评估分析、内部的自主导航算法模块能够灵活的加载与配置；S2、根据系统灵活性要求，开发两种模式的星间链路数据来源，其一为数学仿真得到的模拟星间测量数据，其二为外部离线加载的真实工程在轨卫星的星间测量数据；S3、按照试验目的，进行自主导航试验，其中，所述的自主导航试验步骤包括：S101、仿真场景配置。主要配置星座属性、数学仿真属性、仿真起始时刻、仿真时长、星间测量数据来源途径等；S102、加载本场景对应的星间链路用表，用于指明卫星模型之间的连接关系；S103、加载自主导航试验所需要初始数据:给每一个参与仿真的卫星节点模型加载自主导航试验所需要的星历参数、星钟参数、群延迟参数、长期预报星历参数、自主导航业务参数等；S104、仿真启动，仿真系统中的卫星模型开启自主导航功能，按照星间测量数据源的不同，卫星获得星间测量数据。数据来源包括：数学仿真得到的模拟星间测量数据和真实工程在轨卫星的星间测量数据；S1、仿真结束，对结果进行数据分析评估。根据本专利技术的另一方面，提供一种北斗卫星自主导航平行仿真模拟系统，包括仿真调度运行模块、仿真模型库、场景配置模块、监控与显示模块、性能评估模块、在轨工程数据库和星间链路用表数据库：其中，所述仿真调度运行模块用于获取试验想定，调用相关模型和数据，驱动系统按照相关时序运行，仿真模拟导航系统自主导航运行全过程，并且完成数据的存储。所述仿真模型库建模了自主导航试验相关的各种分系统，包括：卫星处理节点模型、地面站节点模型和数据仿真模型。所述卫星处理节点模型的接口应当遵循工程的接口控制文件定义、并且具备真实工程卫星系统的处理流程、可以输出并存储内部的关键数据信息便于评估分析、内部的自主导航算法模块能够灵活的加载与配置；地面站节点模型主要生成自主导航试验所需要的星历参数、星钟参数、群延迟参数、长期预报星历参数、自主导航业务参数等，并上注给卫星处理节点模型；数学仿真模型仿真生成与观测数据有关的各类数据，包括卫星轨道与钟差数据、星间观测数据、地面观测数据等。所述场景配置模块主要根据自主导航试验规划任务脚本、系统仿真模式及流程开发脚本、运行场景开发脚本映射为仿真运行调度引擎的启停、各类模型参数或属性中，并进行初始运行的加载。所述监控与显示模块显示仿真场景配置、控制仿真的运行状态、态势信息、自主导航试验数据的分析结果等。所述性能评估模块主要在仿真结束之后，读取仿真平台已经存储的试验数据，进行试验评估，主要评估指标包括：仿真卫星的星历URE、仿真卫星的钟差、自主导航算法星历卡尔曼滤波有效链路条数和自主导航算法星钟卡尔曼滤波有效链路条数，等。所述在轨工程数据库主要存储工程在轨的星间测量数据，根据评估场景的配置，可以导入平台中，作为自主导航试验过程中的星间测量数据的来源。所述星间链路用表数据库主要存储北斗卫星之间星间链路的建链关系，与星间测量数据配对使用，支撑仿真运行。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1）卫星处理节点模型具备真实工程卫星系统的自主导航业务处理流程，并且模型的对外接口定义与工程的接口控制文件定义相一致，模拟了测量数据在量化传输过程中的误差，最大程度的复现了北斗工程系统的现有状态，进而保证了本仿真系统的自主导航试验结果的可信性，能够用于北斗工程系统自主导航算法的试验验证及优化；2）本仿真系统除了复现北斗工程系统的状态之外，还具有灵活扩展的能力，卫星处理节点模型具备输出并存储内部的关键数据信息的能力，以便于数据的分析，为自主导航算法的评估和算法迭代优化提供了强大的手段。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术实施例中一种北斗卫星自主导航平行仿真模拟方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例中一种北斗卫星自主导航平行仿真模拟系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。如图1所示为本专利技术实施例的一种北斗卫星自主导航平行仿真模拟方法,包括以下步骤：S1、根据贴近工程系统实际状态的要求，构建具有工程代表性的仿真系统，其中，仿真系统的卫星系统模型的接口应当遵循工程的接口控制文件定义、并且具备真实工程卫星系统的处理流程、可以输出并存储内部的关键数据信息便于评估分析、内部的自主导航算法模块能够灵活的加载与配置；S2、根据系统灵活性要求，开发两种模式的星间链路数据来源，其一为数学仿真得到的模拟星间测量数据，其二为外部离线加载的真实工程在轨卫星的星间测量数据；S3、按照试验目的，进行自主导航试验，参考图1，自主导航试验的步骤包括：S301、根据试验需求配置仿真场景。具体地，仿真场景配置应当包括但不限于：1）星座属性。包括卫星的数量、类型、轨道根数、自主导航算法的类本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种北斗卫星自主导航平行仿真模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、构建贴近工程系统实际状态的仿真模拟系统；/nS2、获取两种模式的星间链路数据来源, 一种模式为数学仿真得到的模拟星间测量数据，另一种模式为外部离线加载的真实工程在轨卫星的星间测量数据；/nS3、进行自主导航试验,具体步骤为:/nS301、进行仿真场景配置；/nS302、加载对应星间链路用表，用于指明卫星模型之间的连接关系；/nS303、加载自主导航试验所需要初始数据；/nS304、启动仿真，按照两种星间链路数据的来源进行两种数据驱动试验；/nS305、仿真结束，进行数据分析评估。/n

【技术特征摘要】
1.一种北斗卫星自主导航平行仿真模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构建贴近工程系统实际状态的仿真模拟系统；
S2、获取两种模式的星间链路数据来源,一种模式为数学仿真得到的模拟星间测量数据，另一种模式为外部离线加载的真实工程在轨卫星的星间测量数据；
S3、进行自主导航试验,具体步骤为:
S301、进行仿真场景配置；
S302、加载对应星间链路用表，用于指明卫星模型之间的连接关系；
S303、加载自主导航试验所需要初始数据；
S304、启动仿真，按照两种星间链路数据的来源进行两种数据驱动试验；
S305、仿真结束，进行数据分析评估。


2.根据权利要求1所述的北斗卫星自主导航平行仿真模拟方法,其特征在于：所述步骤S1中仿真模拟系统中各个卫星系统模型的接口应当遵循工程的接口控制文件定义、并且具备真实工程卫星系统的处理流程、可以输出并存储内部的关键数据信息便于评估分析、内部的自主导航算法模块能够灵活的加载与配置。


3.根据权利要求2所述的北斗卫星自主导航平行仿真模拟方法,其特征在于：所述步骤S301中仿真场景配置的配置参数包括星座属性、数学仿真属性、仿真起始时刻、仿真时长和星间测量数据来源途径。


4.一种北斗卫星自主导航平行仿真模拟系统，其特征在于，包括：
仿真调度运行模块，用于获取试验想定，调用相关模型和数据，驱动系统按照相关时序运行，仿真模拟导航系统自主导航运行全过程，并且完成数据的存储；
仿真模型库，用于建模自主导航试验相关的各种分系统模型；
场景配置模块，用于根据自主导航试验规划任务脚本、系统仿真模式及流程开发脚本、运行场景开发脚本映射为仿真运行...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文祥，左勇，孙广富，肖伟，李蓬蓬，王飞雪，欧钢，覃曼丽，李柏渝，吕志成，倪少杰，牟卫华，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43