面向遥感卫星星座体系协同的半物理仿真系统与仿真方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向遥感卫星星座体系协同的半物理仿真系统与仿真方法，所述半物理仿真系统包括物理平台、数字系统、高速硬件接口转换设备以及时间同步装置；所述时间同步装置用于对所述物理平台的各个组成部分和数字系统的各个模块进行时间校准；所述物理平台用于与数字系统进行双向数据通信，接收高速硬件接口转换设备发送的目标成像位置信息；所述数字系统得到信息处理与融合结果；向高速硬件接口转换设备发送载荷探测模拟得到的目标成像位置信息。本发明专利技术的半物理仿真系统能够实现半物理仿真系统中的数字系统与物理系统的时间一致性，对于不同的目标环境模拟任务以及不同的数字模型输入均能进行兼容处理。的数字模型输入均能进行兼容处理。的数字模型输入均能进行兼容处理。

【技术实现步骤摘要】
面向遥感卫星星座体系协同的半物理仿真系统与仿真方法


[0001]本专利技术涉及系统仿真与集成验证
，具体涉及一种面向遥感卫星星座体系协同的半物理仿真系统与仿真方法。

技术介绍

[0002]系统仿真技术是支撑遥感卫星设计、制造以及综合测试等研制全流程的有效方法。为了结合高置信度、低成本两种方式的优点，半物理仿真技术逐渐被引入遥感卫星研制领域。
[0003]目前多数针对遥感卫星的半物理仿真系统大多聚焦于单星的仿真功能实现，将单星内部易用于物理仿真的部分如星上敏感器、运动部件等实体纳入仿真闭环，对运动特性实现真实物理模拟，星上其余功能通过简易数字仿真实现，通过数字和物理的结合实现对于单星任务能力的模拟。对于星座级的仿真，目前现有的体系级星座协同仿真系统大多只针对特定类型的遥感卫星，没有适用于不同种类遥感卫星的通用性仿真平台。
[0004]但是当前半物理仿真的主要缺陷在于体系仿真能力缺失，需要对数十颗甚至数百颗星座集群进行仿真的能力不足，难以验证星座体系协同工作的能力。
[0005]特别地，对于星座级的仿真，物理平台和数字系统的同步，需要统一仿真进程，实现系统中多颗遥感卫星仿真动作的同步。如果不进行时间同步，物理平台与数字系统的仿真步骤会存在时间不匹配，影响星座整体仿真进程。目前往往是采用软件定义赋值的方法实现时间同步，受限于网络延迟、程序本身执行时间等外部因素的影响，并不能精确实现时间同步。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种面向遥感卫星星座体系协同的半物理仿真系统与仿真方法，能够解决现有技术无法实现遥感卫星星座的物理平台与数字系统的时间同步、无法实现仿真平台扩展数字卫星节点数量以及适应多种类型的遥感卫星接入的技术问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的。
[0008]一种面向遥感卫星星座体系协同的半物理仿真系统，包括：
[0009]物理平台、数字系统、高速硬件接口转换设备以及时间同步装置；
[0010]所述时间同步装置用于对所述物理平台的各个组成部分和数字系统的各个模块进行时间校准；所述时间同步装置发送的时间信号发送到所述物理平台的星务处理装置及所述数字系统；
[0011]所述物理平台用于与数字系统进行双向数据通信，接收高速硬件接口转换设备发送的目标成像位置信息；
[0012]所述数字系统用于与物理平台进行双向数字通信，接收时间同步装置发送的时间信号，将其转换为星时数据，实现数字卫星时间同步；对接入的多颗遥感卫星数字模型的状态信息进行处理及融合，得到信息处理与融合结果；向高速硬件接口转换设备发送载荷探
测模拟得到的目标成像位置信息。
[0013]优选地，所述物理平台中配置有总线接口卡、星务处理模块、协议转换网关；
[0014]所述物理平台的总线接口卡提供通用总线接口，适用于各类遥感卫星电性件的总线接入和数据收发；所述总线接口卡与所述物理硬件直接相连，用于接收来自所述物理硬件的载荷实时数据；
[0015]所述星务处理模块为物理平台的综合数据管理系统，将遥测系统、遥控系统以及跟踪测轨系统综合在一起，并带有星上自主管理功能，产生数据信号驱动仿真系统中的其它分系统执行相应的动作；
[0016]所述协议转换网关定义了物理硬件的信息流与数字网络通信报文的字段转换协议，实现用于物理平台的基于硬件接口协议和数字系统的网络通信协议的双向转换，进而实现物理平台与数字系统的数据协同。
[0017]优选地，所述数字系统包括专用驱动程序模块、软件API接口模块、遥控遥测模块、载荷探测信息模拟模块；
[0018]所述专用驱动程序模块获取用于仿真的可扩展数量的多颗外部遥感卫星形成的外部数字卫星星座模型，生成所述数字卫星星座的状态信息；通过所述数字系统的软件API接口模块与所述物理平台的协议转换网关进行数据交换，实现数字平台对物理平台的数据驱动以及物理平台对数字系统的信息反馈；基于实际遥感卫星星座的工作流程对所述数字卫星星座进行模拟，由遥控遥测模块仿真生成所述数字卫星星座的遥控遥测信息；基于所述数字系统中的遥控遥测模块获取所述星务处理装置的信息处理与融合结果，并将遥控遥测信息实时传递给物理平台的星务处理装置；所述载荷探测信息模拟模块基于光学载荷成像原理，获取被观测目标在像平面的位置，即目标成像位置；将所述目标成像位置通过所述高速硬件接口转换设备传输给所述物理硬件。
[0019]一种面向遥感卫星星座体系协同的半物理仿真方法，基于如前所述的半物理仿真系统，所述半物理仿真方法包括：
[0020]步骤S21：由所述半物理仿真系统的时间同步装置对所述物理平台和所述数字系统进行同步校时；
[0021]步骤S22：所述的数字系统与物理平台通过软件API接口模块以及协议转换网关进行双向数据通信，设置遥感卫星星座的任务场景、工作模式；
[0022]步骤S23：所述物理平台接入多颗遥感卫星数字模型，模拟1～N颗遥感卫星数字模型的运行情况，通过专用驱动程序模块驱动各颗遥感卫星数字模型，进行星座体系的协同仿真；其中，N为接入多颗遥感卫星数字模型的数量；
[0023]步骤S24：所述遥感卫星星座模拟协同观测任务场景，进行星务处理，生成遥控遥测信号；基于光学载荷成像原理，获取被观测目标在像平面的位置，即目标成像位置。
[0024]优选地，所述基于光学载荷成像原理，获取被观测目标在像平面的位置，即目标成像位置，包括：
[0025]步骤S31：根据地球大地坐标系到地球固连坐标系的转换公式，引入地球赤道半径和地球椭圆度，根据被观测目标所在经度、纬度、高度进行换算，得到所述被观测目标目标在地球惯性坐标系下的坐标r
e
：
[0026][0027]其中，x
e
、y
e
、z
e
分别为所述被观测目标在地球惯性坐标系下的x、y、z三个方向上的坐标，H
r
为所述被观测目标在地固坐标系下的高度，L
r
为所述被观测目标在地固坐标系下的纬度，λ
r
为所述被观测目标在地固坐标系下的经度，R
N
＝R
e
(1+fsin2L)为子午圈主曲率半径，R
e
为地球赤道半径、f为地球椭圆度，R
z
(
·
)表示绕Z轴的旋转矩阵，α
Gr
表示当前时刻地固坐标系相对地惯坐标系的旋转角度；
[0028]步骤S32：将执行观测任务的卫星坐标代入地固坐标系到地惯坐标系的转换关系式，得到所述卫星在地惯坐标系下的坐标视线矢量在地惯系下的表示形式为：
[0029][0030]其中，v
e
为视线矢量，r
e
为被观测目标在地惯坐标系下的坐标，r
es
为执行观测任务的卫星在地惯坐标系下的坐标，分别为所述卫星在地固坐标系下的纬度、经度、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向遥感卫星星座体系协同的半物理仿真系统，其特征在于，包括：物理平台、数字系统、高速硬件接口转换设备以及时间同步装置；所述时间同步装置用于对所述物理平台的各个组成部分和数字系统的各个模块进行时间校准；所述时间同步装置发送的时间信号发送到所述物理平台的星务处理装置及所述数字系统；所述物理平台用于与数字系统进行双向数据通信，接收高速硬件接口转换设备发送的目标成像位置信息；所述数字系统用于与物理平台进行双向数字通信，接收时间同步装置发送的时间信号，将其转换为星时数据，实现数字卫星时间同步；对接入的多颗遥感卫星数字模型的状态信息进行处理及融合，得到信息处理与融合结果；向高速硬件接口转换设备发送载荷探测模拟得到的目标成像位置信息。2.如权利要求1所述的半物理仿真系统，其特征在于，所述物理平台中配置有总线接口卡、星务处理模块、协议转换网关；所述物理平台的总线接口卡提供通用总线接口，适用于各类遥感卫星电性件的总线接入和数据收发；所述总线接口卡与所述物理硬件直接相连，用于接收来自所述物理硬件的载荷实时数据；所述星务处理模块为物理平台的综合数据管理系统，将遥测系统、遥控系统以及跟踪测轨系统综合在一起，并带有星上自主管理功能，产生数据信号驱动仿真系统中的其它分系统执行相应的动作；所述协议转换网关定义了物理硬件的信息流与数字网络通信报文的字段转换协议，实现用于物理平台的基于硬件接口协议和数字系统的网络通信协议的双向转换，进而实现物理平台与数字系统的数据协同。3.如权利要求1
‑
2中任一项所述的半物理仿真系统，其特征在于，所述数字系统包括专用驱动程序模块、软件API接口模块、遥控遥测模块、载荷探测信息模拟模块；所述专用驱动程序模块获取用于仿真的可扩展数量的多颗外部遥感卫星形成的外部数字卫星星座模型，生成所述数字卫星星座的状态信息；通过所述数字系统的软件API接口模块与所述物理平台的协议转换网关进行数据交换，实现数字平台对物理平台的数据驱动以及物理平台对数字系统的信息反馈；基于实际遥感卫星星座的工作流程对所述数字卫星星座进行模拟，由遥控遥测模块仿真生成所述数字卫星星座的遥控遥测信息；基于所述数字系统中的遥控遥测模块获取所述星务处理装置的信息处理与融合结果，并将遥控遥测信息实时传递给物理平台的星务处理装置；所述载荷探测信息模拟模块基于光学载荷成像原理，获取被观测目标在像平面的位置，即目标成像位置；将所述目标成像位置通过所述高速硬件接口转换设备传输给所述物理硬件。4.一种面向遥感卫星星座体系协同的半物理仿真方法，使用如权利要求1
‑
3中任一项所述的半物理仿真系统，所述仿真方法包括以下步骤：步骤S21：由所述半物理仿真系统的时间同步装置对所述物理平台和所述数字系统进行同步校时；步骤S22：所述的数字系统与物理平台通过软件API接口模块以及协议转换网关进行双向数据通信，设置遥感卫星星座的任务场景、工作模式；
步骤S23：所述物理平台接入多颗遥感卫星数字模型，模拟1～N颗遥感卫星数字模型的运行情况，通过专用驱动程序模块驱动各颗遥感卫星数字模型，进行星座体系的协同仿真；其中，N为接入多颗遥感卫星数字模型的数量；步骤S24：所述遥感卫星星座模拟协同观测任务场景，进行星务处理，生成遥控遥测信号；基于光学载荷成像原理，获取被观测目标在像平面的位置，即目标成像位置。5.如权利要求4所述的半物理仿真方法，其特征在于，所述基于光学载荷成像原理，获取被观测目标在像平面的位置，即目标成像位置，包括：步骤S31：根据地球大地坐标系到地球固连坐标系的转换公式，引入地球赤道半径和地球椭圆度，根据被观测目标所在经度、纬度、高度进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭亏，安亮，李晋，马舒洁，刘帅，罗荣蒸，吴萍萍，成明辉，邓玥，许凯航，周希睿，于忠江，林鹏达，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：