一种交互式地基空间目标监视传感器模拟仿真系统技术方案

本发明专利技术公开了一种交互式地基空间目标监视传感器模拟仿真系统，包括地基传感器仿真子系统、空间目标仿真子系统、空间态势显示子系统、模拟数据管理子系统，所述传感器仿真子系统用于设置传感器的参数信息，生成仿真的传感器工作状态并产生仿真的探测数据；空间目标仿真子系统用于根据输入的星历文件解算星历信息并预报星历，还用于依据输入的星历预报陨落、碰撞事件；空间态势显示子系统用于对空间环境参数进行设置并对空间态势场景进行实时动态显示；模拟数据管理子系统用于仿真场景、仿真探测数据及仿真参数的管理；本发明专利技术的优点在于：仿真模拟空间目标轨迹和空间事件，从而能够基于空间目标运动轨迹数据对传感器后端软件系统进行调试。软件系统进行调试。软件系统进行调试。

【技术实现步骤摘要】
一种交互式地基空间目标监视传感器模拟仿真系统


[0001]本专利技术涉及传感器仿真领域，更具体涉及一种交互式地基空间目标监 视传感器模拟仿真系统。

技术介绍

[0002]空间目标监视系统的任务是对空间目标进行探测和精密跟踪，完成空 间目标定轨编目，预报空间事件，确定可能对航天系统构成威胁的航天器 的任务，尺寸、形状和轨道参数等重要目标特性。空间目标主要指卫星， 包括工作卫星和失效卫星，及各种空间碎片，如进入空间轨道的废弃航天 器、运载火箭残骸和碰撞碎片等。
[0003]地基空间目标监视装备(以下简称传感器)具有全天候工作、广域捕 获能力强等优点，可跟踪和预报空间之间物体的轨道，对可能发生的碰撞、 陨落等空间事件进行预警。
[0004]在调试传感器过程中，经常需要通过探测卫星的方式来验证传感器后 端软件系统探测跟踪目标和处理探测数据的能力。但传感器探测威力有限， 并不是随时都有目标或空间事件正好在传感器的探测威力范围内，且受硬 件条件和成本问题的影响，传感器亦难以时刻处于开发射状态。为了方便 传感器后端软件系统的调试，需要空间目标运动轨迹数据的支撑。第十一 届全国博士生学术年会——信息技术与安全专题论文集中北京理工大学丁 帅，付佗，高梅国于2013年10月18日发表的文献《空间目标监视系统及 其信息处理技术研究》从系统探测模型、关键处理算法及性能评估等方面， 论述了空间目标监视系统主要的信息处理技术，并探讨了影响该系统信息 处理能力的主要因素及相关改进策略。但是该文献没有对如何模拟空间目 标轨迹和空间事件进行研究，从而不能基于空间目标运动轨迹数据对传感 器后端软件系统进行调试。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术缺乏模拟空间目标轨迹和空 间事件的相关研究，从而不能基于空间目标运动轨迹数据对传感器后端软 件系统进行调试，无法验证传感器后端软件系统探测跟踪目标和处理探测 数据的能力。
[0006]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种交互式地基 空间目标监视传感器模拟仿真系统，包括地基传感器仿真子系统、空间目 标仿真子系统、空间态势显示子系统、模拟数据管理子系统，所述地基传 感器仿真子系统用于设置传感器的参数信息，生成仿真的传感器工作状态 并产生仿真的探测数据；空间目标仿真子系统用于根据输入的星历文件解 算星历信息并预报轨道，还用于依据输入的星历预报陨落、碰撞事件；空 间态势显示子系统用于对空间环境参数进行设置并对空间态势场景进行实 时动态显示；模拟数据管理子系统用于仿真场景、仿真探测数据及仿真参 数的管理。
[0007]本专利技术设置地基传感器的参数信息，生成仿真的传感器工作状态并产 生仿真的探测数据，根据输入的星历文件解算星历信息并预报轨道，完成 空间目标轨迹的仿真模拟，并且依据输入的星历预报陨落、碰撞事件，完 成空间事件的仿真模拟，从而当卫星或空
间事件不在传感器的探测威力范 围内或者传感器不在开发射状态时，仍然能够基于仿真模拟的空间目标运 动轨迹数据对传感器后端软件系统进行调试，验证传感器后端软件系统探 测跟踪目标和处理探测数据的能力。
[0008]进一步地，所述地基传感器仿真子系统包括传感器设置模块、传感器 工作状态仿真模块、探测数据生成模块，所述传感器设置模块用于设置传 感器的参数信息，包括：编号、名称、国别、传感器类型、位置坐标、观 测范围、数据率、观测时间范围、波束颜色；所述传感器工作状态仿真模 块用于生成仿真的传感器工作状态，如波束搜索、捕获、跟踪等状态；所 述探测数据生成模块依据传感器的探测范围、精度和数据率产生仿真的探 测数据，探测数据内容有雷达探测数据和光学装备探测数据，雷达探测数 据包括距离、方位角、俯仰角，光学装备探测数据包括赤经、赤纬。
[0009]更进一步地，所述距离、方位角、俯仰角的生成方法，包括：
[0010]1)设置好传感器的位置坐标，威力范围和探测精度，威力范围包括距 离范围、方位范围、角度范围，探测精度包括距离精度、方位精度、角度 精度；
[0011]2)按1分钟一点预报空间目标的轨道，并计算轨道上各点的经度、纬 度和高度；1分钟一点表示以1分钟为时间间隔；
[0012]3)根据目标的经度、纬度和高度，当目标进入地球北半球中国一侧， 即判定目标有可能被传感器捕获，判定目标可能进入传感器的观测范围内；
[0013]4)对于可能进入观测范围内的点，采用Lagrange九阶插值法按传感器 的数据率计算对应时刻的坐标，再计算其到传感器的距离、方位角、俯仰 角，落入传感器威力范围的即为可被观测到的点；
[0014]5)按照传感器的探测精度对以上点的距离、方位角、俯仰角加白噪声。
[0015]更进一步地，所述赤经、赤纬的计算方法主要应用于地基光学设备跟 踪同步卫星，无需计算可见性，只需按照用户设定的观测时间计算赤经赤 纬，并按照传感器的精度给赤经赤纬加上白噪声即可。赤经赤纬计算方法 如下：
[0016]设观测矢量为r
obs
，α和δ表示赤经和赤纬观测量，那么观测矢量和α、 δ之间的关系为：
[0017][0018]故赤经
‑
赤纬观测量的测量方程表示为：
[0019][0020]其中，x
obs
，y
obs
，z
obs
表示r
obs
的各分量，
[0021]进一步地，所述空间目标仿真子系统包括星历设置模块、空间目标轨 道预报模块、空间事件计算模块，所述星历设置模块用于多种星历文件输 入，星历类型包括：tle星历、J2000.0坐标星历、ECEF坐标星历，星历信 息包括：编号、名称、国别、历元、时间标记、预报圈数，且支持多选； 所述空间目标轨道预报模块用于解算星历信息，对于tle星历采用SGP4预 报方法预报，对于J2000.0坐标星历和ECEF坐标星历则采用空间目标动力 学模型
预报；所述空间事件计算模块用于依据输入的星历预报陨落、碰撞 事件。
[0022]更进一步地，所述SGP4预报方法，包括：
[0023]1)SGP4预报软件读入tle星历并解算；
[0024]2)采用SGP4模型预报tle星历；
[0025]SGP4模型是采用Lane和Cranford广义分析理论导出的简化模型，考 虑了地球扁率、日月引力的长期和周期摄动影响以及大气主力模型参数的 引力共振和轨道衰退。其中引力模型采用Brouwer解决方案，而大气模型 采用功率密度函数。
[0026]SGP4模型由如下函数表述：
[0027]y
i
＝f
i
(e,i,Ω,ω,f,n,B
*
),i＝1,...7
[0028]式中：e轨道偏心率，i轨道倾角，Ω升交点赤经，ω近地点幅角，f真 近点角，n是平均轨道元的平均运动速度，B
*
是SGP4模型中使用的弹道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交互式地基空间目标监视传感器模拟仿真系统，其特征在于，包括地基传感器仿真子系统、空间目标仿真子系统、空间态势显示子系统、模拟数据管理子系统，所述地基传感器仿真子系统用于设置传感器的参数信息，生成仿真的传感器工作状态并产生仿真的探测数据；空间目标仿真子系统用于根据输入的星历文件解算星历信息并预报轨道，还用于依据输入的星历预报陨落、碰撞事件；空间态势显示子系统用于对空间环境参数进行设置并对空间态势场景进行实时动态显示；模拟数据管理子系统用于仿真场景、仿真探测数据及仿真参数的管理。2.根据权利要求1所述的一种交互式地基空间目标监视传感器模拟仿真系统，其特征在于，所述地基传感器仿真子系统包括传感器设置模块、传感器工作状态仿真模块、探测数据生成模块，所述传感器设置模块用于设置传感器的参数信息；所述传感器工作状态仿真模块用于生成仿真的传感器工作状态；所述探测数据生成模块依据传感器的探测范围、精度和数据率产生仿真的探测数据，探测数据内容有雷达探测数据和光学装备探测数据，雷达探测数据包括距离、方位角、俯仰角，光学装备探测数据包括赤经、赤纬。3.根据权利要求2所述的一种交互式地基空间目标监视传感器模拟仿真系统，其特征在于，所述距离、方位角、俯仰角的生成方法，包括：1)设置好传感器的位置坐标，威力范围和探测精度，威力范围包括距离范围、方位范围、角度范围，探测精度包括距离精度、方位精度、角度精度；2)按1分钟一点预报空间目标的轨道，并计算轨道上各点的经度、纬度和高度；1分钟一点表示以1分钟为时间间隔；3)根据目标的经度、纬度和高度，当目标进入地球北半球中国一侧，即判定目标有可能被传感器捕获，判定目标可能进入传感器的观测范围内；4)对于可能进入观测范围内的点，采用Lagrange九阶插值法按探测装备的数据率计算对应时刻的坐标，再计算其到探测装备的距离、方位角、俯仰角。4.根据权利要求3所述的一种交互式地基空间目标监视传感器模拟仿真系统，其特征在于，所述赤经、赤纬的计算方法，包括：设观测矢量为r
obs
，α和δ表示赤经和赤纬观测量，那么观测矢量和α、δ之间的关系为：故赤经
‑
赤纬观测量的测量方程表示为：其中，x
obs
，y
obs
，z
obs
表示r
obs
的各分量，5.根据权利要求1所述的一种交互式地基空间目标监视传感器模拟仿真系统，其特征在于，所述空间目标仿真子系统包括星历设置模块、空间目标轨道预报模块、空间事件计算模块，所述星历设置模块用于多种星历文件输入；所述空间目标轨道预报模块用于解算星历信息，对于tle星历采用SGP4预报方法预报，对于J20...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭佳意，吴文堂，于喜庆，钮俊清，沈静波，王建富，武慧勇，邢建芳，丁帅，刘道江，邓博容，梁瑞慈，沈君，石小帆，李颖，朱晨曦，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：