CN112632804A - 一种ngso航天器仿真并行计算的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种NGSO航天器仿真并行计算的实现方法，包括以下具体步骤：1)设置参与仿真的每个航天器系统在初始时刻的状态；2)根据参与仿真的航天器系统卫星数量；3)根据航天器系统每颗卫星的初始时刻状态，对分配到各CPU核心的卫星依次计算其在每个仿真时刻的轨道六根数，各CPU核心同时进行计算；4)根据航天器系统每颗卫星每个时刻的轨道六根数，得到是否可见的结果；5)根据每颗卫星每个时刻可见性计算结果，得到符合条件的卫星；6)根据仿真目标和初始设置条件，输出仿真结果。本发明提供的一种NGSO航天器仿真并行计算的实现方法，通过增加配置计算资源并进行资源分配后，使卫星轨道计算可以并行进行，大幅提高仿真时间效率。
Description
技术领域
本发明涉及航天器系统仿真领域，特别涉及一种NGSO航天器仿真并行计算的实现方法。
背景技术
所有航天器系统在规划设计、业务运行过程中，都需要掌握航天器在空间运行过程中的实时位置和一段时间内所经过的轨迹。航天器位置可以通过轨道动力学公式计算得到，即只要给定初始条件，就可以计算得到航天器任意时刻所在的位置，俗称轨道外推。在航天器实际运行中，其轨迹是一条连续变化的曲线，轨道外推计算一般通过离散采样的方式，每隔一定间隔对航天器位置进行计算。
实际航天器工程中，需要采样间隔足够小，才能相对准确地描述出航天器的运行轨迹，但这带来了计算量巨大的问题，特别是当航天器系统由多颗卫星组成，例如包含成百上千甚至上万颗星的巨型星座，轨道外推的计算量非常大，常规仿真方法普遍面临非常耗时、仿真效率低下、甚至运行不了等问题，远不能适应这种巨型星座的仿真需要。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明 提供了一种NGSO航天器仿真并行计算的实现方法，其通过增加配置计算资源并进行资源分配后，使卫星轨道计算可以并行进行，大幅提高仿真时间效率。
为了达到上述发明 目的，本发明 采用的技术方案为：
一种NGSO航天器仿真并行计算的实现方法，包括以下具体步骤：
1)设置参与仿真的每个航天器系统在初始时刻的状态，具体包括轨道面数、卫星数量、每颗卫星的轨道六根数、仿真起止时间、仿真步长、计算指标、选星策略及其他仿真所需的初始配置条件；
2)根据参与仿真的航天器系统卫星数量，计算CPU资源，将所有卫星平均分配到各CPU核内，进行分布式计算；
3)根据航天器系统每颗卫星的初始时刻状态，对分配到各CPU核心的卫星依次计算其在每个仿真时刻的轨道六根数，各CPU核心同时进行计算，即同一时刻有多颗卫星在不同CPU核心内同时进行轨道计算；
4)根据航天器系统每颗卫星每个时刻的轨道六根数，计算每颗卫星每个时刻与其通信对象是否满足建立链路条件，得到是否可见的结果；
5)根据每颗卫星每个时刻可见性计算结果，当通信终端同时可见多颗卫星时，需要从中选择一颗建立通信链路；根据仿真初始设置的条件对各可见卫星的备选条件进行计算，得到符合条件的卫星；
6)根据仿真目标和初始设置条件，计算被选中卫星与其通信对象间的仰角、方位角、天线主轴偏离角或称为旁瓣角、距离、传播衰减或损耗、传播模型等链路参数，将各个时刻计算的结果都进行存储，直到计算的t大于设定的tend输出仿真结果，否则，将t加上一个周期时间回到链路参数的步骤继续计算。
作为改进，所述步骤3)、4)、5)、6)中，根据步骤2)CPU分配的每组卫星的参数计算可同时进行。
作为改进，所述步骤3)、4)、5)、6)中，根据步骤1)设置的每个仿真时刻的计算可同时进行。
作为改进，所述步骤5)中计算对象只包括选中卫星的链路参数，对其他未选中卫星包括可见的和不可见的都不进行后续计算。
作为改进，所述步骤4)、5)中的顺序，须先计算可见性，对不可见卫星不再计算后续步骤。
本发明 的有益效果为：
本方法通过增加配置(每个参数都连接独立的识别器和独立的计算模块)计算资源并进行资源分配后，使卫星轨道计算可以并行进行，大幅提高仿真时间效率。航天器系统卫星数量越多，使用本方法比传统串行计算各卫星轨道时间效率提高得就越明显。同理，对应大规模航天器星座系统频率兼容性仿真计算中，“可见性”计算等不依赖于其他卫星计算结果的计算步骤，都可以采用本并行计算方法，对提高仿真效率效果明显。
附图说明
图1为本发明 的流程图；
图2为现有替换方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明 的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。
为了使本发明 的内容更容易被清楚地理解，下面将结合本发明 实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种NGSO航天器仿真并行计算的实现方法，包括以下具体步骤：
第一步：初始化
设置参与仿真的每个航天器系统在“初始时刻”的状态，具体包括轨道面数、卫星数量、每颗卫星的轨道六根数、仿真起止时间、仿真步长以及其他仿真所需的初始配置条件(如计算指标、选星策略等)；
第二步：根据参与仿真的航天器系统卫星数量，计算CPU资源，将所有卫星平均分配到各CPU核内，准备进行后续计算。
第三步：轨道计算
根据航天器系统每颗卫星的初始时刻状态，对分配到各CPU核心的卫星依次计算其在每个仿真时刻的轨道六根数。各CPU核心同时进行计算，即同一时刻有多颗卫星在不同CPU核心内同时进行轨道计算。理论上，当配置的CPU核数越多，可以并行计算的卫星数量就越多。
第四步：计算卫星与通信对象可见性(简称可见性计算)
根据航天器系统每颗卫星每个时刻的轨道六根数，计算每颗卫星每个时刻与其通信对象是否满足建立链路条件(包括非合作对象，例如干扰链路)，得到是否可见的结果。
分配到不同CPU运算核心的卫星同时计算可见性。
第五步：选星
根据每颗卫星每个时刻可见性计算结果，当通信终端同时可见多颗卫星时，需要从中选择一颗建立通信链路；根据仿真初始设置的“选星策略”(例如要求选择通信链路衰减最小的卫星建立链路)，对各可见卫星的备选条件进行计算(例如计算链路衰减)，得到符合条件的卫星。
第六步：计算被选中卫星的链路参数
根据仿真目标和初始设置条件，计算被选中卫星与其通信对象间的链路参数，例如通信距离、发射/ 接收天线旁瓣角度等、干扰信号功率等，将各个时刻计算的结果都进行存储，直到计算的t大于设定的tend输出仿真结果。
第七步：结束。
输出仿真结果。
在第六步中，所有的计算都是可以时间并行的，即每个仿真时刻t0～tend的轨道六根数、可见性和各链路参数都同时计算。
如图2所示，当计算的t小于设定的tend的时候，时间增加一个周期之后可以从步骤3)开始重新操作计算。
以上所述仅为本发明 专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明 专利，凡在本发明 专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种NGSO航天器仿真并行计算的实现方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
1)设置参与仿真的每个航天器系统在初始时刻的状态，具体包括轨道面数、卫星数量、每颗卫星的轨道六根数、仿真起止时间、仿真步长、计算指标、选星策略及其他仿真所需的初始配置条件；
2)根据参与仿真的航天器系统卫星数量，计算CPU资源，将所有卫星平均分配到各CPU核内，进行分布式计算；
3)根据航天器系统每颗卫星的初始时刻状态，对分配到各CPU核心的卫星依次计算其在每个仿真时刻的轨道六根数，各CPU核心同时进行计算，即同一时刻有多颗卫星在不同CPU核心内同时进行轨道计算；
4)根据航天器系统每颗卫星每个时刻的轨道六根数，计算每颗卫星每个时刻与其通信对象是否满足建立链路条件，得到是否可见的结果；
5)根据每颗卫星每个时刻可见性计算结果，当通信终端同时可见多颗卫星时，需要从中选择一颗建立通信链路；根据仿真初始设置的条件对各可见卫星的备选条件进行计算，得到符合条件的卫星；
6)根据仿真目标和初始设置条件，计算被选中卫星与其通信对象间的仰角、方位角、天线主轴偏离角或称为旁瓣角、距离、传播衰减或损耗、传播模型等链路参数，将各个时刻计算的结果都进行存储，直到计算的t大于设定的tend输出仿真结果，否则，将t加上一个周期时间回到链路参数的步骤继续计算。
2.根据权利要求1所述的一种NGSO航天器仿真并行计算的实现方法，其特征在于：所述步骤3)、4)、5)、6)中，根据步骤2)CPU分配的每组卫星的参数计算可同时进行。
3.根据权利要求1所述的一种NGSO航天器仿真并行计算的实现方法，其特征在于：所述步骤3)、4)、5)、6)中，根据步骤1)设置的每个仿真时刻的计算可同时进行。
4.根据权利要求1所述的一种NGSO航天器仿真并行计算的实现方法，其特征在于：所述步骤5)中计算对象只包括选中卫星的链路参数，对其他未选中卫星包括可见的和不可见的都不进行后续计算。
5.根据权利要求1所述的一种NGSO航天器仿真并行计算的实现方法，其特征在于：所述步骤4)、5)中的顺序，须先计算可见性，对不可见卫星不再计算后续步骤。
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