CN107798170A - 基于三维环境的卫星在轨信息仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三维环境的卫星在轨信息仿真方法，其包括下列步骤：步骤一，卫星三维模型处理；步骤二，遥测驱动及故障显示；步骤三，卫星飞行状态显示；步骤四，卫星本体状态显示。本发明基于三维环境的卫星在轨信息仿真方法将卫星在轨环境的影响纳入参考范围，掌握卫星运行的全局状态，方便设计人员整体掌握卫星健康情况，解决卫星在轨高效、快捷的运行监测与仿真问题。

Description

基于三维环境的卫星在轨信息仿真方法

技术领域

本发明涉及一种卫星在轨信息仿真方法，特别是涉及一种基于三维环境的卫星在轨信息仿真方法。

背景技术

卫星的在轨运行监视与仿真是卫星使用过程的重要一环；及时发现并处理卫星在轨运行的各种异常是延长卫星使用寿命、保证卫星任务完成关键。以往的在轨监视系统通常是通过监测卫星自有的遥测数据，对各个遥测定义相关阈值范围，分散式的完成卫星状态监控。该方法对日益复杂的卫星系统、环境日益恶化的在轨运行环境以及数以万计的遥测波道数据量，原有监视方法愈发不再适应。

目前的卫星在轨运行监视主要不足为：一、仅依靠卫星自有遥测状态，无法考虑卫星在轨环境的影响，对卫星运行掌握也难以全面；二、依靠分散的遥测波道，不容易掌握卫星运行的全局状态，不利于设计人员整体掌握卫星健康情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于三维环境的卫星在轨信息仿真方法，其将卫星在轨环境的影响纳入参考范围，掌握卫星运行的全局状态，方便设计人员整体掌握卫星健康情况，解决卫星在轨高效、快捷的运行监测与仿真问题。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于三维环境的卫星在轨信息仿真方法，其包括下列步骤：

步骤一，卫星三维模型处理；

步骤二，遥测驱动及故障显示；

步骤三，卫星飞行状态显示；

步骤四，卫星本体状态显示。

优选地，所述卫星三维模型处理包括下列步骤：

步骤五，对卫星的静态几何外观信息建模；

步骤六，对卫星部件层次关系建模；

步骤七，对卫星部件运动方式建模；

步骤八，采用三维实体建模和属性配置相结合的方式，对ProE模型文件进行格式转换，利用专业建模软件对静态几何外观和部件层次关系进行建模，导出为3ds格式文件；

步骤九，以配置文件的方式描述模型部件动作，设置部件的运动信息。

优选地，所述遥测驱动及故障显示包括下列步骤：

步骤十，自动完成遥测参数与三维模型的信息绑定，在系统初始化读取卫星模型文件，获得每个单机的几何外形和材质信息，并根据部件层次结构关系，自动建立卫星单机之间的树结构；然后读取部件动作配置文件，根据单机名称字符串，建立部件动作与单机之间的绑定关系，并产生外部数据驱动接口；

步骤十一，在遥测参数中，获取每个单机的故障信息，更新到卫星表示中单机部件动作结构中，在渲染卫星画面时，检查单机部件动作结构中的故障状态，正常单机以普通颜色进行绘制，而对于处于故障状态的单机，使用其他颜色进行绘制，从而进行告警。

优选地，所述卫星飞行状态显示包括下列步骤：

步骤十二，对卫星飞行过程中的空间环境、地理位置、飞行姿态进行直观显示；

步骤十三，在对卫星轨道预报的基础上，根据地面测站的位置，显示卫星测控弧段信息；

步骤十四，卫星携带相机载荷，显示相机扫描区域，并对相机的成像结果进行模拟。

优选地，所述卫星本体状态显示包括下列步骤：

步骤十五，根据卫星内部信息完成对卫星天线帆板的展开、驱动运动状态；

步骤十六，根据遥测信息对火工品工作状态进行三维显示；系统采用粒子技术，对烟雾、火焰效果进行模拟，在火工品爆炸时，设置爆炸烟雾，模拟爆炸过程；压紧点解锁后，其展开过程的显示同帆板展开过程一致；

步骤十七，根据遥测信息，对卫星的推进系统工作状态进行三维动态呈现，在系统显示过程中，解析遥测数据中的发动机开关机状态，对卫星在轨执行的变轨、调姿等发动机点火、喷气动作进行三维可视化并驱动对应发动机火焰效果；

步骤十八，根据遥测信息，对卫星各部位的热分布进行三维呈现，系统运行中，用颜色显示各个部分温度信息，超过规定限制温度的温控点使用红色绘制，正常温控点使用绿色绘制，从而直观地展示超过温度的卫星区域。

本发明的积极进步效果在于：本发明基于三维环境的卫星在轨信息仿真方法将卫星在轨环境的影响纳入参考范围，掌握卫星运行的全局状态，方便设计人员整体掌握卫星健康情况，解决卫星在轨高效、快捷的运行监测与仿真问题。

附图说明

图1为本发明基于三维环境的卫星在轨信息仿真方法的建模流程图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明基于三维环境的卫星在轨信息仿真方法包括下列步骤：

步骤一，卫星三维模型处理；

步骤二，遥测驱动及故障显示；

步骤三，卫星飞行状态显示；

步骤四，卫星本体状态显示。

卫星三维模型处理包括下列步骤：

步骤五，对卫星的静态几何外观信息建模；

步骤六，对卫星部件层次关系建模；

步骤七，对卫星部件运动方式建模；

步骤八，采用三维实体建模和属性配置相结合的方式，对ProE模型文件进行格式转换，利用专业建模软件对静态几何外观和部件层次关系进行建模，导出为3ds格式文件；

步骤九，以配置文件的方式描述模型部件动作，设置部件的运动信息。

遥测驱动及故障显示包括下列步骤：

步骤十，自动完成遥测参数与三维模型的信息绑定，在系统初始化读取卫星模型文件，获得每个单机的几何外形和材质信息，并根据部件层次结构关系，自动建立卫星单机之间的树结构；然后读取部件动作配置文件，根据单机名称字符串，建立部件动作与单机之间的绑定关系，并产生外部数据驱动接口；

步骤十一，在遥测参数中，获取每个单机的故障信息，更新到卫星表示中单机部件动作结构中，在渲染卫星画面时，检查单机部件动作结构中的故障状态，正常单机以普通颜色进行绘制，而对于处于故障状态的单机，使用其他颜色进行绘制，从而进行告警。

卫星飞行状态显示包括下列步骤：

步骤十二，对卫星飞行过程中的空间环境、地理位置、飞行姿态进行直观显示；

步骤十三，在对卫星轨道预报的基础上，根据地面测站的位置，显示卫星测控弧段信息；

步骤十四，卫星携带相机载荷，显示相机扫描区域，并对相机的成像结果进行模拟。

卫星本体状态显示包括下列步骤：

步骤十五，根据卫星内部信息完成对卫星天线帆板的展开、驱动运动状态；

步骤十六，根据遥测信息对火工品工作状态进行三维显示；系统采用粒子技术，对烟雾、火焰效果进行模拟，在火工品爆炸时，设置爆炸烟雾，模拟爆炸过程；压紧点解锁后，其展开过程的显示同帆板展开过程一致；

步骤十七，根据遥测信息，对卫星的推进系统工作状态进行三维动态呈现，在系统显示过程中，解析遥测数据中的发动机开关机状态，对卫星在轨执行的变轨、调姿等发动机点火、喷气动作进行三维可视化并驱动对应发动机火焰效果；

步骤十八，根据遥测信息，对卫星各部位的热分布进行三维呈现，系统运行中，用颜色显示各个部分温度信息，超过规定限制温度的温控点使用红色绘制，正常温控点使用绿色绘制，从而直观地展示超过温度的卫星区域。

在具体实施例中，步骤一根据外部输入的卫星结构设计文件，设计模型的表示方式和建模方法，建立卫星的三维模型，设置卫星表面外观的纹理、材质，用于软件对卫星的显示；对卫星模型中的单机、部组件进行划分，并按照分系统结构建立各单机部组件的层次结构关系。用于后续卫星遥测参数驱动和卫星部件显示的管理；对单机部件的运动变形、发动机火焰进行描述，形成配置文件。

步骤三对卫星飞行过程中所处的空间环境、飞行态势、测控状态进行显示。包括：根据系统时间，计算日地月空间位置关系，驱动日地月的天文现象，根据太阳方向模拟光照环境。根据用户输入的辐射带位置和辐射剂量数据，显示辐射带在空间的分布和对卫星的影响区域。根据卫星遥测数据中的位置和姿态信息，显示卫星当前时刻在地球坐标系下的位置和姿态状态，并显示卫星的历史轨迹和预示轨迹、星下点。在地球影像基础上显示地面测控站的分布情况，根据卫星轨道信息计算卫星的测控弧段和测控区域。根据卫星轨道和用户输入的载荷开机计划，显示开机弧段内卫星的位置轨迹和载荷观测到的地面区域。根据卫星位置、姿态、相机转角信息，以光束形式标示出地球表面的被扫描区域，并模拟相机成像，生成扫描图像单独窗口显示，标注扫描位置的经纬度。可对多颗卫星同时或者分类显示其飞行状态，也可单独显示选择的某颗卫星。

步骤四对卫星自身的几何外观、单机工作状态进行显示。包括：用户可操作，控制各单机、部组件的组合、分离，切换各部件的显示状态。卫星部件状态展示：卫星天线可根据遥测数据驱动；帆板可根据遥测数据驱动其转动状态；帆板展开动作可根据展开到位信号进行驱动。火工品压紧机构展示：可以对火工品起爆和压紧机构展开过程进行显示。发动机工作状态展示：卫星的发动机的喷气过程根据遥测状态进行显示。卫星温控状态展示：可以根据分布于星体内部的星敏电阻遥测温度值，用颜色显示卫星温度情况，显示鼠标指示位置的温度值，并对温度超限位置标明报警。

综上所述，本发明基于三维环境的卫星在轨信息仿真方法将卫星在轨环境的影响纳入参考范围，掌握卫星运行的全局状态，方便设计人员整体掌握卫星健康情况，解决卫星在轨高效、快捷的运行监测与仿真问题。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于三维环境的卫星在轨信息仿真方法，其特征在于，其包括下列步骤：

步骤一，卫星三维模型处理；

步骤二，遥测驱动及故障显示；

步骤三，卫星飞行状态显示；

步骤四，卫星本体状态显示。

2.如权利要求1所述的基于三维环境的卫星在轨信息仿真方法，其特征在于，所述卫星三维模型处理包括下列步骤：

步骤五，对卫星的静态几何外观信息建模；

步骤六，对卫星部件层次关系建模；

步骤七，对卫星部件运动方式建模；

步骤八，采用三维实体建模和属性配置相结合的方式，对ProE模型文件进行格式转换，利用专业建模软件对静态几何外观和部件层次关系进行建模，导出为3ds格式文件；

步骤九，以配置文件的方式描述模型部件动作，设置部件的运动信息。

3.如权利要求1所述的基于三维环境的卫星在轨信息仿真方法，其特征在于，所述遥测驱动及故障显示包括下列步骤：

步骤十，自动完成遥测参数与三维模型的信息绑定，在系统初始化读取卫星模型文件，获得每个单机的几何外形和材质信息，并根据部件层次结构关系，自动建立卫星单机之间的树结构；然后读取部件动作配置文件，根据单机名称字符串，建立部件动作与单机之间的绑定关系，并产生外部数据驱动接口；

步骤十一，在遥测参数中，获取每个单机的故障信息，更新到卫星表示中单机部件动作结构中，在渲染卫星画面时，检查单机部件动作结构中的故障状态，正常单机以普通颜色进行绘制，而对于处于故障状态的单机，使用其他颜色进行绘制，从而进行告警。

4.如权利要求1所述的基于三维环境的卫星在轨信息仿真方法，其特征在于，所述卫星飞行状态显示包括下列步骤：

步骤十二，对卫星飞行过程中的空间环境、地理位置、飞行姿态进行直观显示；

步骤十三，在对卫星轨道预报的基础上，根据地面测站的位置，显示卫星测控弧段信息；

步骤十四，卫星携带相机载荷，显示相机扫描区域，并对相机的成像结果进行模拟。

5.如权利要求1所述的基于三维环境的卫星在轨信息仿真方法，其特征在于，所述卫星本体状态显示包括下列步骤：

步骤十五，根据卫星内部信息完成对卫星天线帆板的展开、驱动运动状态；

步骤十六，根据遥测信息对火工品工作状态进行三维显示；系统采用粒子技术，对烟雾、火焰效果进行模拟，在火工品爆炸时，设置爆炸烟雾，模拟爆炸过程；压紧点解锁后，其展开过程的显示同帆板展开过程一致；

步骤十七，根据遥测信息，对卫星的推进系统工作状态进行三维动态呈现，在系统显示过程中，解析遥测数据中的发动机开关机状态，对卫星在轨执行的变轨、调姿等发动机点火、喷气动作进行三维可视化并驱动对应发动机火焰效果；

步骤十八，根据遥测信息，对卫星各部位的热分布进行三维呈现，系统运行中，用颜色显示各个部分温度信息，超过规定限制温度的温控点使用红色绘制，正常温控点使用绿色绘制，从而直观地展示超过温度的卫星区域。