CN109711082B - 大椭圆冻结轨道卫星光照条件和帆板遮挡联合分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大椭圆冻结轨道卫星光照条件和卫星帆板遮挡联合分析方法，具体包括步骤：步骤1：根据光照条件对复杂外形的卫星进行包络化抽象处理；步骤2：对帆板进行网格化处理建模，判断帆板网格点和星体遮挡形成的阴影的关系，得到帆板被遮挡点的集合。本发明通过光照条件和遮挡的联合分析，获取卫星帆板被遮挡的计算结果，为卫星确定帆板面积和能源平衡计算提供依据，可实现复杂光照条件下批量计算卫星帆板遮挡。

Description

大椭圆冻结轨道卫星光照条件和帆板遮挡联合分析方法

技术领域

本发明涉及卫星领域，具体地，涉及大椭圆冻结轨道卫星光照条件和帆板遮挡联合分析方法。尤其是涉及卫星总体方案设计中帆板面积确定问题，通过光照条件和遮挡的联合分析，获取卫星帆板被遮挡的计算结果，为卫星确定帆板面积和能源平衡计算提供依据。

背景技术

与常用的太阳同步轨道、地球静止轨道不同，在J2000.0坐标系下，大椭圆冻结轨道卫星轨道面每天自东向西进动。轨道面进动与太阳自西向东的运动复合构成了大椭圆轨道独特而复杂的光照条件。此外，由于卫星的模型复杂，若按照真实模型和全寿命期内光照条件进行帆板遮挡计算，将面临建模困难、计算量大等困难。因此需要一种复杂光照条件下批量计算卫星帆板遮挡的方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大椭圆冻结轨道卫星光照条件和帆板遮挡联合分析方法。

根据本发明提供的一种大椭圆冻结轨道卫星光照条件和帆板遮挡联合分析方法，包括：

步骤1：根据光照条件对卫星进行包络化抽象处理，得到包络模型；

步骤2：对帆板进行网格化处理建模，得到帆板网格点；基于所述包络模型，判断帆板网格点与星体遮挡所形成阴影之间的关系，得到帆板被遮挡点的集合。

优选地，在步骤1中，通过计算全工况下卫星光照条件，并根据光照条件和卫星实际外形对卫星模型进行实时包络化抽象处理。

优选地，所述步骤1包括：

步骤1.1：获取计算帆板遮挡所需的参数；

步骤1.2：在XYZ空间直角坐标系中，以每一个时刻太阳至卫星矢量在XOY面的投影矢量为基准，实时建立一与该投影矢量垂直的基准平面，所述基准平面在XOY面内尺寸为遮光罩对角线长度，并且所述基准平面在XOY面内所处的位置距离原点的尺寸为卫星星体对角线长度；

其中，卫星星体朝向遮光罩的轴向方向为Z轴正向，卫星星体朝向一侧太阳帆板的轴向方向为Y轴正向，X轴正向分别垂直于Z轴正向、Y轴正向；帆板驱动轴安装点为XYZ空间直角坐标系的原点O。

优选地，所述计算帆板遮挡所需的参数，包括：遮光罩尺寸、星体尺寸、帆板尺寸、帆板连接架尺寸、帆板驱动轴安装点与遮光罩定点的距离尺寸、帆板驱动轴安装点与对天面的距离尺寸。

优选地，所述步骤2包括：

步骤2.1：根据太阳至卫星矢量与卫星Z轴方向的夹角，确定对地面遮挡或对天面遮挡，并根据夹角计算所述基准平面在XOY面内投影，包含基准平面的投影四边形各条边在XOY面内的表示方程；

步骤2.2：在XOY面对帆板作网格化处理，获得表征帆板的点阵集合；

步骤2.3：依次进行表征帆板的各点与基准平面投影的关系计算，判定该点是否处于基准平面投影内，获得帆板被遮挡的点阵集合；

步骤2.4：根据全寿命周期内光照条件，计算不同时刻卫星帆板被遮挡的面积。

根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的大椭圆冻结轨道卫星光照条件和帆板遮挡联合分析方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过光照条件和遮挡的联合分析，获取卫星帆板被遮挡的计算结果，为卫星确定帆板面积和能源平衡计算提供依据，可实现复杂光照条件下批量计算卫星帆板遮挡。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为卫星模型的平视结构示意图。

图2为卫星模型的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

针对大椭圆冻结轨道卫星星体主要部件对帆板的遮挡阴影分析问题，本发明提供一种大椭圆冻结轨道卫星光照条件和帆板遮挡联合分析方法，包括：

步骤1：根据光照条件对复杂外形的卫星进行包络化抽象处理；

步骤2：对帆板进行网格化处理建模，判断帆板网格点和星体遮挡形成的阴影的关系，得到帆板被遮挡点的集合。

具体地，首先根据光照条件对复杂外形的卫星进行包络化抽象处理：

步骤1.1：获取计算帆板遮挡所需的各项参数，包括遮光罩尺寸S1和S8、星体尺寸S4和S9、帆板尺寸S6和S7、帆板连接架尺寸S5、帆板驱动轴安装点与遮光罩定点的距离尺寸S2、帆板驱动轴安装点与对天面的距离尺寸S3、如附图1和附图2；

步骤1.2：在如附图1和附图2所示的坐标系中，以每一个时刻太阳至卫星矢量在XOY面的投影矢量为基准，实时建立一与该投影矢量垂直的基准平面，该平面Z方向尺寸为S2，XOY面内尺寸为遮光罩对角线长度，并且该面在XOY面内所处的位置距离原点的尺寸为卫星星体对角线长度；其中，卫星星体朝向遮光罩的轴向方向为Z轴正向，卫星星体朝向一侧太阳帆板的轴向方向为Y轴正向，X轴正向分别垂直于Z轴正向、Y轴正向；帆板驱动轴安装点为XYZ空间直角坐标系的原点O。

然后对帆板进行网格化处理建模，判断帆板网格点和星体遮挡形成的阴影的关系，得到帆板被遮挡点的集合：

步骤2.1：根据太阳至卫星矢量与卫星Z方向的夹角确定对地面遮挡或对天面遮挡，并根据夹角计算步骤2.2中基准平面在XOY面内投影，包含投影四边形各条边在XOY面内的表示方程；

步骤2.2：如附图2，在XOY面对帆板作网格化处理，获得表征帆板的点阵集合；

步骤2.3：依次进行表征帆板的各点与基准平面投影的关系计算，判定该点是否处于基准平面投影内，获得帆板被遮挡的点阵集合；

步骤2.4：根据全寿命期内光照条件计算每时每刻卫星帆板被遮挡的面积。

以上对本发明的具体实施例进行了描述，根据实际计算，该方法计算出的遮挡与Pro-E建模计算实际模型的遮挡面积的差别在10％以内，具有较高的工程参考价值。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，如近似模型中尺寸的确定、基准平面的位置确定等，均可按照工程实际进行适应性确定，这并不影响本发明的实质内容。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (3)

1.一种大椭圆冻结轨道卫星光照条件和帆板遮挡联合分析方法，其特征在于：

具体包括如下步骤：

步骤1：根据光照条件对复杂外形的卫星进行包络化抽象处理；

步骤2：对帆板进行网格化处理建模，判断帆板网格点和星体遮挡形成的阴影的关系，得到帆板被遮挡点的集合；

所述步骤1包括：

步骤1.1：获取计算帆板遮挡所需的参数；

步骤1.2：在XYZ空间直角坐标系中，以每一个时刻太阳至卫星矢量在XOY面的投影矢量为基准，实时建立一与该投影矢量垂直的基准平面，所述基准平面在XOY面内尺寸为遮光罩对角线长度，并且所述基准平面在XOY面内所处的位置距离原点的尺寸为卫星星体对角线长度；

其中，卫星星体朝向遮光罩的轴向方向为Z轴正向，卫星星体朝向一侧太阳帆板的轴向方向为Y轴正向，X轴正向分别垂直于Z轴正向、Y轴正向；帆板驱动轴安装点为XYZ空间直角坐标系的原点O；

所述步骤2包括：

步骤2.1：根据太阳至卫星矢量与卫星Z轴方向的夹角，确定对地面遮挡或对天面遮挡，并根据夹角计算所述基准平面在XOY面内投影，包含基准平面的投影四边形各条边在XOY面内的表示方程；

步骤2.2：在XOY面对帆板作网格化处理，获得表征帆板的点阵集合；

步骤2.3：依次进行表征帆板的各点与基准平面投影的关系计算，判定各点是否处于基准平面投影内，获得帆板被遮挡的点阵集合；

步骤2.4：根据全寿命周期内光照条件，计算不同时刻卫星帆板被遮挡的面积。

2.根据权利要求1所述的大椭圆冻结轨道卫星光照条件和帆板遮挡联合分析方法，其特征在于，在步骤1中，通过计算全工况下卫星光照条件，并根据光照条件和卫星实际外形对卫星模型进行实时包络化抽象处理。

3.根据权利要求1所述的大椭圆冻结轨道卫星光照条件和帆板遮挡联合分析方法，其特征在于，所述计算帆板遮挡所需的参数，包括：遮光罩尺寸、星体尺寸、帆板尺寸、帆板连接架尺寸、帆板驱动轴安装点与遮光罩定点的距离尺寸、帆板驱动轴安装点与对天面的距离尺寸。