一种无人机模拟卫星过境的方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种无人机模拟卫星过境的方法及系统，涉及模拟卫星技术领域。该方法包括：按照预设采样步长，计算在各时间点待模拟卫星相对于地面测控站位置的方位角和俯仰角。根据待模拟卫星过境期间各时间点待模拟卫星相对于地面测控站的方位角和俯仰角，计算无人机距离地面测控站的斜距。计算各位置点无人机的相对坐标。根据无人机的相对坐标和地面测控站经度、纬度和高度数据，生成无人机航路点的经度、纬度和高度数据，并注入无人机。地面测控站生成跟踪计划，响应用户操作控制无人机航路点和任务载荷，以模拟正常状态和应急状态下的待模拟卫星。用户可以根据卫星操作任务调整航路点和任务载荷，以满足训练需求，使得训练资源显著增加。源显著增加。源显著增加。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机模拟卫星过境的方法及系统


[0001]本专利技术涉及模拟卫星
，具体而言，涉及一种无人机模拟卫星过境的方法及系统。

技术介绍

[0002]在航天任务中，地面测控站是保证航天器正常在轨运行、天地通信以及应用数据下传的基础设施。熟练操控使用地面测控站也是地面操作人员的必备技能。传统的地面操作人员操作培训方式是在地面测控站正常跟踪在轨卫星的过程中，通过对操作熟练的人员的观察和模仿以实现技能掌握。虽然这种传统培训方式无需专用训练设备，但是这种传统培训方式依赖于实际在轨运行的卫星，不仅资源有限，采用真实在轨资源进行训练本身风险成本很高，而且对训练资质的要求也比较高，限制了训练受众范围。
[0003]由于上述传统培训方式受到实际卫星资源的限制，不仅训练周期长、训练内容受限，而且训练资源也难以匹配更广泛的需求，比如航天任务正式操作岗之外的科研类岗位。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种无人机模拟卫星过境的方法及系统，用以改善现有技术中由于依赖于实际在轨运行的卫星，而受到实际卫星资源的限制，造成训练周期长、训练内容受限的问题。
[0005]本专利技术的实施例是这样实现的：
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种无人机模拟卫星过境的方法，其包括如下步骤：获取待模拟卫星的轨道数据，并根据轨道数据建立卫星轨道。获取地面测控站的坐标数据，并根据地面测控站的坐标数据设定地面测控站位置，地面测控站的坐标数据包括地面测控站经度、纬度和高度数据。响应用户操作设置起点时刻T0，根据起点时刻T0和卫星轨道，按照预设采样步长，计算在各时间点待模拟卫星相对于地面测控站位置的方位角A和俯仰角E。获取地面测控站的最低仰角限制参数，若俯仰角E大于最低仰角限制参数，则认为待模拟卫星过境，并获取待模拟卫星过境期间的所有时间点。设定无人机飞行高度为高度h，根据待模拟卫星过境期间各时间点待模拟卫星相对于地面测控站的方位角A和俯仰角E，获取地面测控站与待模拟卫星的连线在高度h的位置点，并利用公式计算无人机距离地面测控站的斜距r。根据每个时间点的斜距r、方位角A和俯仰角E，计算各位置点无人机的相对坐标。根据各位置点无人机的相对坐标和地面测控站经度、纬度和高度数据，生成各时间点无人机航路点的经度、纬度和高度数据，并将各时间点无人机航路点的经度、纬度和高度数据注入无人机，无人机在起点时刻T0起飞，并按照航路点的经度、纬度和高度数据飞行。地面测控站按照卫星轨道生成跟踪计划，以在预设时间内对无人机进行跟踪测控，响应用户操作控制无人机航路点和任务载荷，以模拟正常状态和应急状态下的待模拟卫星。
[0007]在本专利技术的一些实施例中，上述根据起点时刻T0和卫星轨道，按照预设采样步长，
计算在各时间点待模拟卫星相对于地面测控站位置的方位角A和俯仰角E的步骤包括：根据卫星轨道，按照预设采样步长，计算起点时刻T0之后，待模拟卫星与地心连线位置矢量在地心惯性系中的笛卡尔坐标即第一坐标。根据地面测控站的坐标数据，计算地面测控站与地心连线位置矢量在地心惯性系中的笛卡尔坐标即第二坐标。利用第一坐标减去第二坐标，得到待模拟卫星相对地面测控站位置矢量在地心惯性系中的笛卡尔坐标即第三坐标。根据地面测控站的坐标数据，计算在地心惯性系到地面测控站坐标系的坐标转换矩阵，并根据坐标转换矩阵，将第三坐标转换成待模拟卫星相对地面测控站位置矢量在地面测控站坐标系中的笛卡尔坐标即第四坐标。设第四坐标为(X，Y，Z)，根据(X，Y，Z)计算各时间点待模拟卫星相对于地面测控站位置的方位角A和俯仰角E。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，上述根据(X，Y，Z)计算各时间点待模拟卫星相对于地面测控站位置的方位角A和俯仰角E的步骤包括：根据(X，Y，Z)，利用公式计算方位角A，利用公式计算俯仰角E。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，上述获取待模拟卫星的轨道数据，并根据轨道数据建立卫星轨道的步骤包括：获取待模拟卫星的轨道根数和相关力学参数，根据轨道根数和相关力学参数确定卫星轨道。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，上述获取地面测控站的最低仰角限制参数的步骤之前，该方法还包括：获取地面测控站的使用技术要求，并根据使用技术要求设置最低仰角限制参数。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，上述根据每个时间点的斜距r、方位角A和俯仰角E，计算各位置点无人机的相对坐标的步骤包括：利用公式x＝r
·
cos(E)cos(A)、y＝r
·
cos(E)sin(A)和z＝h，计算各位置点无人机的相对坐标(x，y，z)。
[0012]第二方面，本申请实施例提供一种无人机模拟卫星过境的系统，其包括：待模拟卫星获取模块，用于获取待模拟卫星的轨道数据，并根据轨道数据建立卫星轨道。地面测控站坐标获取模块，用于获取地面测控站的坐标数据，并根据地面测控站的坐标数据设定地面测控站位置，地面测控站的坐标数据包括地面测控站经度、纬度和高度数据。待模拟卫星方位计算模块，用于响应用户操作设置起点时刻T0，根据起点时刻T0和卫星轨道，按照预设采样步长，计算在各时间点待模拟卫星相对于地面测控站位置的方位角A和俯仰角E。卫星过境判定模块，用于获取地面测控站的最低仰角限制参数，若俯仰角E大于最低仰角限制参数，则认为待模拟卫星过境，并获取待模拟卫星过境期间的所有时间点。斜距计算模块，用于设定无人机飞行高度为高度h，根据待模拟卫星过境期间各时间点待模拟卫星相对于地面测控站的方位角A和俯仰角E，获取地面测控站与待模拟卫星的连线在高度h的位置点，并利用公式计算无人机距离地面测控站的斜距r。无人机相对坐标计算模块，用于根据每个时间点的斜距r、方位角A和俯仰角E，计算各位置点无人机的相对坐标。航路点数据得到模块，用于根据各位置点无人机的相对坐标和地面测控站经度、纬度和高度数据，生成各时间点无人机航路点的经度、纬度和高度数据，并将各时间点无人机航路点的经度、纬度和高度数据注入无人机，无人机在起点时刻T0起飞，并按照航路点的经度、纬度和高度数
据飞行。卫星状态模拟模块，用于地面测控站按照卫星轨道生成跟踪计划，以在预设时间内对无人机进行跟踪测控，响应用户操作控制无人机航路点和任务载荷，以模拟正常状态和应急状态下的待模拟卫星。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，上述待模拟卫星方位计算模块包括：第一坐标计算单元，用于根据卫星轨道，按照预设采样步长，计算起点时刻T0之后，待模拟卫星与地心连线位置矢量在地心惯性系中的笛卡尔坐标即第一坐标。第二坐标计算单元，用于根据地面测控站的坐标数据，计算地面测控站与地心连线位置矢量在地心惯性系中的笛卡尔坐标即第二坐标。第三坐标计算单元，用于利用第一坐标减去第二坐标，得到待模拟卫星相对地面测控站位置矢量在地心惯性系中的笛卡尔坐标即第三坐标。第四坐标计算单元，用于根据地面测控站的坐标数据，计算在地心惯性系到地面测控站坐标系的坐标转换矩阵，并根据坐标转换矩阵，将第三坐标转换成待模拟卫星相对地面测控站位置矢量在地面测控站坐标系中的笛卡尔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机模拟卫星过境的方法，其特征在于，包括如下步骤：获取待模拟卫星的轨道数据，并根据所述轨道数据建立卫星轨道；获取地面测控站的坐标数据，并根据所述地面测控站的坐标数据设定地面测控站位置，所述地面测控站的坐标数据包括地面测控站经度、纬度和高度数据；响应用户操作设置起点时刻T0，根据所述起点时刻T0和所述卫星轨道，按照预设采样步长，计算在各时间点待模拟卫星相对于所述地面测控站位置的方位角A和俯仰角E；获取所述地面测控站的最低仰角限制参数，若所述俯仰角E大于所述最低仰角限制参数，则认为待模拟卫星过境，并获取待模拟卫星过境期间的所有时间点；设定无人机飞行高度为高度h，根据待模拟卫星过境期间各时间点所述待模拟卫星相对于地面测控站的方位角A和俯仰角E，获取地面测控站与待模拟卫星的连线在所述高度h的位置点，并利用公式计算所述无人机距离地面测控站的斜距r；根据每个时间点的斜距r、方位角A和俯仰角E，计算各位置点无人机的相对坐标；根据各位置点无人机的相对坐标和所述地面测控站经度、纬度和高度数据，生成各时间点无人机航路点的经度、纬度和高度数据，并将各时间点无人机航路点的经度、纬度和高度数据注入无人机，所述无人机在起点时刻T0起飞，并按照所述航路点的经度、纬度和高度数据飞行；所述地面测控站按照所述卫星轨道生成跟踪计划，以在预设时间内对所述无人机进行跟踪测控，响应用户操作控制无人机航路点和任务载荷，以模拟正常状态和应急状态下的待模拟卫星。2.根据权利要求1所述的无人机模拟卫星过境的方法，其特征在于，根据所述起点时刻T0和所述卫星轨道，按照预设采样步长，计算在各时间点待模拟卫星相对于所述地面测控站位置的方位角A和俯仰角E的步骤包括：根据所述卫星轨道，按照预设采样步长，计算所述起点时刻T0之后，待模拟卫星与地心连线位置矢量在地心惯性系中的笛卡尔坐标即第一坐标；根据所述地面测控站的坐标数据，计算地面测控站与地心连线位置矢量在地心惯性系中的笛卡尔坐标即第二坐标；利用所述第一坐标减去所述第二坐标，得到待模拟卫星相对地面测控站位置矢量在地心惯性系中的笛卡尔坐标即第三坐标；根据所述地面测控站的坐标数据，计算在地心惯性系到地面测控站坐标系的坐标转换矩阵，并根据所述坐标转换矩阵，将所述第三坐标转换成待模拟卫星相对地面测控站位置矢量在地面测控站坐标系中的笛卡尔坐标即第四坐标；设所述第四坐标为(X，Y，Z)，根据所述(X，Y，Z)计算各时间点待模拟卫星相对于所述地面测控站位置的方位角A和俯仰角E。3.根据权利要求2所述的无人机模拟卫星过境的方法，其特征在于，根据所述(X，Y，Z)计算各时间点待模拟卫星相对于所述地面测控站位置的方位角A和俯仰角E的步骤包括：根据所述(X，Y，Z)，利用公式计算方位角A，利用公式
计算俯仰角E。4.根据权利要求1所述的无人机模拟卫星过境的方法，其特征在于，所述获取待模拟卫星的轨道数据，并根据所述轨道数据建立卫星轨道的步骤包括：获取待模拟卫星的轨道根数和相关力学参数，根据所述轨道根数和所述相关力学参数确定卫星轨道。5.根据权利要求1所述的无人机模拟卫星过境的方法，其特征在于，获取所述地面测控站的最低仰角限制参数的步骤之前，还包括：获取地面测控站的使用技术要求，并根据所述使用技术要求设置最低仰角限制参数。6.根据权利要求1所述的无人机模拟卫星过境的方法，其特征在于，所述根据每个时间点的斜距r、方位角A和俯仰角E，计算各位...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世勇，赵磊，董玮，
申请(专利权)人：北京航天驭星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：