【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及巨型星座仿真领域，尤其涉及一种基于蜂窝网格的巨型星座对地覆盖能力分析仿真系统及方法。
技术介绍
1、伴随着航天技术的进步，人们越来越多地将目光投向太空，将人造地球卫星及其组成的星座作为多种问题的解决方案。低轨卫星星座由于星地链路时延低、传播损耗小、成像分辨率高等优点，在全球互联网、物联网、卫星遥感及军事等应用领域发挥着重要作用。然而受轨道高度较低的限制，单颗低轨卫星对地覆盖范围通常较小，因此，为实现高重访、高覆盖率，低轨卫星星座通常具有较多的卫星数量。此外，低轨卫星运动速度快、轨道周期短，对地覆盖情况变化较快，这对准确、高效地分析星座对地覆盖能力提出了挑战。
2、通常卫星对地覆盖能力的分析计算需要根据分析精度要求划分区域内的网格节点，并计算相应节点的覆盖能力，以减少计算资源。常规方法分析低轨巨型星座对地覆盖能力时，通常的做法如下：步骤一，在研究区域内，根据精度需求在经纬网上按固定经纬间隔选取网格点；步骤二，根据特定约束条件逐点分析所有卫星对该点的覆盖情况。上述方式存在两个问题：一是网格点划分方式不够合理，简单地按照经纬度等间隔选点会导致网格点密度不均，越靠近两极，网格点密度越大。二是当研究区域较大或精度要求较高时，网格点数量较多，再加上巨型星座中存在大量卫星，逐点逐星进行覆盖分析会耗费大量计算资源，难以达到较高的分析效率。且传统的卫星仿真常以matlab软件、卫星仿真工具包(stk)等为主，建立数学模型并仿真，不具备开源、跨平台条件。
技术实现思路
1、本
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于蜂窝网格的巨型星座对地覆盖能力分析仿真系统，包括系统底座模块、卫星管理模块、覆盖能力分析模块和可视化仿真分析模块，其中：
3、系统底座模块采用osg三维渲染引擎、osgearth三维数字地球引擎库和qt开发框架，通过三维渲染引osg提供二三维基础要素绘制能力及场景、动画、特效的渲染能力，通过osgearth提供地理信息空间参考系统，通过qt开发框架对osg三维渲染引擎、osgearth三维数字地球引擎库进行封装，支撑后续调用；
4、卫星管理模块根据星座卫星参数实现对星座中的卫星星历进行预测，并将星历坐标从惯性系转换至地固系下，支撑后续的星座的对地覆盖能力计算分析；
5、覆盖能力分析模块对待分析区域进行h3蜂窝网格划分，建立地理空间的网格索引，并基于卫星管理模块计算出的星历预报数据，对星座的对地覆盖能力进行计算分析；
6、可视化仿真分析模块基于osg、osgearth的渲染能力，实现星座的运行仿真，并生成星座覆盖能力热力图并渲染显示，提供基于qt实现的可视化交互界面。
7、进一步的，系统底座模块中，基于osg::geometry类接口实现图形要素顶点绘制和形状绘制能力，基于osg::group类接口将图形要素按照节点进行组织管理，基于使用osg::matrixtransform类接口对绘制的图形要素进行空间旋转、移动；基于osgearth::mapnode类接口实现影像、高程、矢量数据的加载渲染；基于qweight类接口实现对系统图形界面的开发，使用signal()、slot()函数实现程序中事件的交互。
8、进一步的，卫星管理模块包括星座参数设置模块、轨迹预测模块、坐标转换模块，其中：
9、星座参数设置模块对巨型星座中各卫星的两行轨道根数tle、卫星星历预报时间步长δt及星历需预报的时间范围tstatellite-range进行设置，其中δt根据覆盖能力分析所需的精度进行选取，tstatellite-range应包含覆盖能力分析的时间；
10、轨迹预测模块采用sgp4模型计算卫星在tstatellite-range时间范围内的各星历计算节点上的卫星所在空间位；
11、坐标转换模块将预报出的卫星星历从地心惯性坐标系坐标转换为地固系坐标。
12、进一步的，覆盖能力分析模块包括分析参数设置模块、网格划分模块、覆盖能力计算模块，其中：
13、分析参数设置模块对覆盖能力计算分析过程中的相关参数进行设置，包括待分析区域area、覆盖能力计算时间范围tcover-range或时刻tcover-moment、h3蜂窝网格分辨率参数res，其中待分析区域area使用经纬度列表表示区域的边界的方式进行标识；覆盖能力计算时间设置中，如果设定的是时间范围tcover-range，则计算tcover-range范围内星座卫星对待分析区域area的平均覆盖能力，如果设定的是时刻tcover-moment，则根据tcover-moment时的星座卫星星历计算区域area内的瞬时覆盖能力；
14、网格划分模块根据设置的网格分辨率res及待分析区域area，获取area中的所有的蜂窝网格索引集合hindex及各索引hk对应蜂窝网格的六个顶点的坐标，得到待分析区域area中的h3蜂窝网格数据，其中hk∈hindex，k＝1，2，3...，n，n为区域内网格总数；
15、覆盖能力计算模块根据选取的覆盖能力的计算时间，选择对应的覆盖能力分析模式，调用相应的算法，计算出巨型星座在各区域内h3蜂窝网格的覆盖能力，瞬时覆盖能力计算中，根据卫星在选定时刻tcover-moment的星历，计算出该区域选定时刻的覆盖能力；平均覆盖能力计算中，计算卫星在选定时间范围tcover-range内的每个卫星星历计算时间节点时刻，对区域的瞬时覆盖能力，并计算在时间范围内的所有星历时刻的覆盖能力平均值，作为在该时间范围内的平均覆盖能力。
16、进一步的，覆盖能力计算模块中，平均覆盖能力计算，具体方法为：
17、(1)计算星链sall中单颗卫星si在星历计算时间tj时刻上的对地覆盖区域，即瞬时对地覆盖区域；
18、
19、式中θ为卫星对地观测视场或通讯的半锥角，re为地球半径，hs为卫星当前轨道高度，为覆盖区域对应的半地心角，r′为覆盖范围半径；
20、(2)计算该单颗卫星si对地覆盖区域中所包含的所有蜂窝网格的索引，并将相应网格的被覆盖次数加一；
21、(3)对所有卫星sall重复(1)和(2)，得到计算区域area内所有网格hindex在时刻tj的被覆盖次数，用ci_grid(hk，tj)表示星链sall在时刻tj时对网格hk的瞬时覆盖能力，用ci_area(tj)表征星链sall在时刻tj对计算区域hindex的瞬时对地覆盖能力，其中hk∈hindex，k＝1，2，3...，n，n为区域内网格总数；
22、(4)根据公式：
23、
24、计算得到每个网格hk在tcover-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于蜂窝网格的巨型星座对地覆盖能力分析仿真系统，其特征在于，包括系统底座模块、卫星管理模块、覆盖能力分析模块和可视化仿真分析模块，其中：
2.根据权利要求1所述的基于蜂窝网格的巨型星座对地覆盖能力分析仿真系统，其特征在于，系统底座模块中，基于osg：：Geometry类接口实现图形要素顶点绘制和形状绘制能力，基于osg：：Group类接口将图形要素按照节点进行组织管理，基于使用osg：：MatrixTransform类接口对绘制的图形要素进行空间旋转、移动；基于osgEarth：：MapNode类接口实现影像、高程、矢量数据的加载渲染；基于QWeight类接口实现对系统图形界面的开发，使用SIGNAL()、SLOT()函数实现程序中事件的交互。
3.根据权利要求1所述的基于蜂窝网格的巨型星座对地覆盖能力分析仿真系统，其特征在于，卫星管理模块包括星座参数设置模块、轨迹预测模块、坐标转换模块，其中：
4.根据权利要求1所述的基于蜂窝网格的巨型星座对地覆盖能力分析仿真系统，其特征在于，覆盖能力分析模块包括分析参数设置模块、网格划分模块、覆盖能
5.根据权利要求1所述的基于蜂窝网格的巨型星座对地覆盖能力分析仿真系统，其特征在于，覆盖能力计算模块中，平均覆盖能力计算，具体方法为：
6.根据权利要求1所述的基于蜂窝网格的巨型星座对地覆盖能力分析仿真系统，其特征在于，可视化仿真分析模块包括：巨型星座运行仿真模块、覆盖能力仿真模块和系统可视化交互模块，其中：
7.一种基于蜂窝网格的巨型星座对地覆盖能力分析仿真方法，其特征在于，基于权利要求1-6任一项所述的巨型星座对地覆盖能力分析仿真系统，实现基于蜂窝网格的巨型星座对地覆盖能力分析。
8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，基于权利要求1-6任一项所述的巨型星座对地覆盖能力分析仿真系统，实现基于蜂窝网格的巨型星座对地覆盖能力分析。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，基于权利要求1-6任一项所述的巨型星座对地覆盖能力分析仿真系统，实现基于蜂窝网格的巨型星座对地覆盖能力分析。
...【技术特征摘要】
1.一种基于蜂窝网格的巨型星座对地覆盖能力分析仿真系统，其特征在于，包括系统底座模块、卫星管理模块、覆盖能力分析模块和可视化仿真分析模块，其中：
2.根据权利要求1所述的基于蜂窝网格的巨型星座对地覆盖能力分析仿真系统，其特征在于，系统底座模块中，基于osg：：geometry类接口实现图形要素顶点绘制和形状绘制能力，基于osg：：group类接口将图形要素按照节点进行组织管理，基于使用osg：：matrixtransform类接口对绘制的图形要素进行空间旋转、移动；基于osgearth：：mapnode类接口实现影像、高程、矢量数据的加载渲染；基于qweight类接口实现对系统图形界面的开发，使用signal()、slot()函数实现程序中事件的交互。
3.根据权利要求1所述的基于蜂窝网格的巨型星座对地覆盖能力分析仿真系统，其特征在于，卫星管理模块包括星座参数设置模块、轨迹预测模块、坐标转换模块，其中：
4.根据权利要求1所述的基于蜂窝网格的巨型星座对地覆盖能力分析仿真系统，其特征在于，覆盖能力分析模块包括分析参数设置模块、网格划分模块、覆...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵杨，汪培新，任金宝，张冬林，练子铭，孙泽同，
申请(专利权)人：苏州空天信息研究院，
类型：发明
国别省市：
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