CN114154355A

CN114154355A - 卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法

Info

Publication number: CN114154355A
Application number: CN202210123783.7A
Authority: CN
Inventors: 王常虹; 夏红伟; 马广程; 张桀睿; 李同顺; 朱文山; 李莉
Original assignee: Shenrui Technology Beijing Co ltd; Harbin Institute of Technology
Current assignee: Shenrui Technology Beijing Co ltd; Harbin Institute of Technology
Priority date: 2022-02-10
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2022-03-08

Abstract

本发明提供了一种卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法，该方法包括：构建卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统的层次模型结构；确定层次模型结构中每层相似元的权系数和相似元的相似值；对仿真系统与实际系统的相似程度进行跟踪对比，基于相似元的相似值确定仿真系统中每层相似元的相似度；根据每层相似元的权系数和每层相似元的相似度，确定仿真系统的系统相似度，系统相似度用于对仿真系统进行效能评估。该方案能够建立起该系统所对应的层次模型，通过与实际系统进行对比，最终得到整个仿真系统的效能分析结果，以此验证整个仿真系统的有效性与可行性，使得卫星跟踪指向控制地面仿真系统能够极大程度地贴近真实系统，提高了系统的适用性。

Description

卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法

技术领域

本发明涉及航天器跟踪指向技术效能评估领域，尤其涉及一种卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法。

背景技术

随着飞行器系统和人工智能技术的快速发展，对空间卫星远程修复的研究逐渐升温。在空间卫星远程修复系统中，跟踪卫星的跟踪和控制性能对修复效果至关重要的一部分，其需要在地面进行可靠、有效的试验测试与验证。为了将空间卫星远程智能修复的风险最小化，因此对仿真系统的效能评估显得尤为重要。

目前，相关技术中一种方式采用半物理仿真系统的超实时仿真方案，并进行了仿真验证，然而该超实时方案功能单一，仅能进行单一飞行器的姿轨控地面仿真试验，具有一定的局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法，能够通过与实际系统进行对比，最终得到整个仿真系统的效能分析结果，以此验证整个仿真系统的有效性与可行性，使得卫星跟踪指向控制地面仿真系统能够极大程度地贴近真实系统，提高了系统的适用性。

第一方面，本申请实施例提供了一种卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法，该方法包括：

构建卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统的层次模型结构；所述模型结构包括最高层、中间层及最底层，所述中间层包括所述仿真系统的分系统和/或结构单元，所述最底层为各分系统和/或结构单元下所对应的指标；

确定所述层次模型结构中每层相似元的权系数和所述相似元的相似值；

对所述仿真系统与实际系统的相似程度进行跟踪对比，基于所述相似元的相似值确定所述仿真系统中每层相似元的相似度；

根据所述每层相似元的权系数和所述每层相似元的相似度，确定所述仿真系统的系统相似度，所述系统相似度用于对所述仿真系统进行效能评估。

第二方面，本申请提供了一种卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估装置，包括：

模型构建模块，用于构建卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统的层次模型结构，所述模型结构包括最高层、中间层及最底层，所述中间层包括所述仿真系统的分系统和/或结构单元，所述最底层为各分系统和/或结构单元下所对应的指标；

第一确定模块，用于确定所述层次模型结构中每层相似元的权系数和所述相似元的相似值；

第二确定模块，用于对所述仿真系统与实际系统的相似程度进行跟踪对比，基于所述相似元的相似值确定所述仿真系统中每层相似元的相似度；

效能评估模块，用于根据所述每层相似元的权系数和所述每层相似元的相似度，确定所述仿真系统的系统相似度，所述系统相似度用于对所述仿真系统进行效能评估。

第三方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法。

第四方面，本申请实施例提供了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实现上述所述卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法。

综上所述，本申请提供的卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法，通过构建卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统的层次模型结构；模型结构包括最高层、中间层及最底层，中间层包括仿真系统的分系统和/或结构单元，最底层为各分系统和/或结构单元下所对应的指标，并确定层次模型结构中每层相似元的权系数和相似元的相似值，然后对仿真系统与实际系统的相似程度进行跟踪对比，基于相似元的相似值确定仿真系统中每层相似元的相似度，并根据每层相似元的权系数和每层相似元的相似度，确定仿真系统的系统相似度，该系统相似度用于对仿真系统进行效能评估。该技术方案能够依据卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统的实现形式，建立起该系统所对应的层次模型，通过与实际系统进行对比，分别获取每个相似元的相似值，从部分到整体，最终得到整个仿真系统的效能分析结果，以此验证整个仿真系统的有效性与可行性，使得卫星跟踪指向控制地面仿真系统能够极大程度地贴近真实系统，提高了系统的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例提供的卫星跟踪指向控制地面仿真系统的系统构成示意图；

图2为本申请实施例提供的卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的层次模型结构的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的仿真系统整体的构成示意图；

图5为本申请实施例提供的扰动模拟单元的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法的流程示意图；

图7为本申请实施例提供的跟踪卫星模拟分系统的构成示意图；

图8为本申请实施例提供的目标卫星模拟分系统和远程修复模拟分系统的构成示意图；

图9为本申请实施例提供的卫星跟踪指向控制地面仿真装置的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的计算机系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合；并且，基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

如背景技术中提到的，相关技术中一种方式采用物理仿真系统的超实时仿真方案，并进行了仿真验证，然而该超实时方案功能单一，仅能进行单一飞行器的姿轨控地面仿真试验，具有一定的局限性。

基于上述缺陷，本申请提供了一种卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法，与相关技术相比，该技术方案能够依据卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统的实现形式，建立起该系统所对应的层次模型，通过与实际系统进行对比，分别获取每个相似元的相似值，从部分到整体，最终得到整个仿真系统的效能分析结果，以此验证整个仿真系统的有效性与可行性，使得卫星跟踪指向控制地面仿真系统能够极大程度地贴近真实系统，提高了系统的适用性。

可以理解，本申请提供的卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法可以应用于卫星跟踪指向控制地面仿真系统中，该仿真系统用于航天器的相对运动的地面模拟，该仿真系统包括：跟踪卫星模拟分系统100、目标卫星模拟分系统200、远程修复指向模拟分系统300和坐标装订分系统400等四个分系统，其组成结构示意图如图1所示。

上述跟踪卫星模拟分系统100以三轴气浮台为主体，模拟跟踪卫星的运动学特性，通过高精度传感单元、台上管理控制计算机、姿态模拟控制单元形成控制闭环，控制三轴气浮台姿态。其中，高精度传感单元将反馈信号发送至台上管理控制计算机，台上管理控制计算机将控制信号发送至姿态模拟控制单元；同时进行载荷发射时扰动力矩的模拟。台上管理控制计算机将相对运动指令通过无线网络发给坐标装订分系统。跟踪指向单元完成对目标卫星的跟踪，并将反馈信号发送至台上管理控制计算机。扰动模拟单元用于模拟载荷发射时对跟踪卫星的扰动。

远程修复指向分系统300用于模拟载荷及载荷运动轨迹，台上管理控制计算机将控制信号发送给台上载荷模拟指向单元，在台上载荷模拟单元指向后，载荷模拟指向台下模拟单元在呈像单元上模拟载荷的运动轨迹，载荷模拟指向台下替代单元由二维转台和激光器实现。

目标卫星模拟分系统200由高精度扫描运动单元在呈像单元上模拟目标卫星与跟踪卫星的相对运动轨迹，高精度扫描运动单元由二维转台和激光器实现。

坐标装订分系统400用于在接收到台上管理控制计算机的指令后，进行坐标运算，将装订后的指令发给载荷模拟指向台下替代单元和高精度扫描运动单元。

本发明采用层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）对卫星跟踪指向控制地面仿真系统进行效能评估。

需要说明的是，上述层次分析法作为一种系统级的分析方法，其依据所要解决的问题，通过定性分析构建起整个系统的层次结构模型，再利用数学计算逐层求得每层因素对应的数值与权重大小，最终获得对总目标的分析结果，完成对系统的评价。基于AHP的效能评估方法所对应的关键实现步骤为：构建层次模型结构、确定相似元权系数、确定相似元的值。

为了便于理解和说明，下面通过图2至图10详细说明本申请实施例提供的卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法、装置、设备及存储介质。

图2为本申请实施例提供的卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估复方法的流程示意图，如图2所示，该方法包括：

S101、构建卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统的层次模型结构；模型结构包括最高层、中间层及最底层，中间层包括仿真系统的分系统和/或结构单元，所述最底层为各分系统和/或结构单元下所对应的指标。

首先，按照最高层、中间层以及最底层的形式进行排序。请参见图3所示，其中，最高层为此次分析的最终目的，该最终目的为卫星精度跟踪指向控制地面仿真系统的相似程度。中间层包含为达到最终目的所需完成的各个环节，该各个环节即整个仿真系统所包含的各个分系统与各分系统中相应结构单元，其中，各个分系统例如可以是分系统1、分系统2、...、分系统n，分系统2中相应结构单元包括结构单元1、结构单元2、...、结构单元n。最底层则为相应结构单元下对应的各项指标，该各项指标例如可以是指标1、指标2、...、指标n。

其中，分系统1为跟踪卫星模拟分系统，分系统2为目标卫星模拟分系统，分系统3为远程修复指向模拟分系统，分系统4为扰动模拟单元，即中间层包括仿真系统的跟踪卫星模拟分系统、目标卫星模拟分系统、远程修复指向模拟分系统以及扰动模拟单元。

跟踪卫星模拟分系统相应的结构单元包括：测量单元、控制单元、姿态运动学单元以及姿态动力学单元；目标卫星模拟分系统相应的结构单元包括：X、Y、Z三个方向上进行的运动模拟；远程修复指向模拟分系统相应的结构单元包括：X、Y、Z三个方向上进行的运动模拟；扰动模拟单元相应的结构单元包括：扰动力矩模拟；

最底层则为相应结构单元下所对应的各项指标，其中，跟踪卫星模拟分系统的测量单元对应指标为姿态测量单元和目标测量单元的测量精度；跟踪卫星模拟分系统的控制单元对应指标为控制算法和执行机构的推力和力矩；跟踪卫星模拟分系统的姿态运动学单元对应指标为运动学方程；跟踪卫星模拟分系统的姿态动力学单元对应指标为X、Y、Z三轴方向上的上升时间、超调量、稳定时间、峰值时间。

目标卫星模拟分系统X、Y、Z三个方向上进行运动模拟的指标为位置精度；

远程修复指向模拟分系统X、Y、Z三个方向上进行运动模拟的指标为位置精度。

S102、确定层次模型结构中每层相似元的权系数和相似元的相似值。

上述相似元的权系数用于表明某一相似元对仿真系统整体相似程度的贡献值。上述确定层次模型结构中每层相似元的权系数可以通过如下步骤得到：先从层次模型结构中的最高层、中间层及最底层，确定当前层，然后获取当前层相关相似元集合，该相似元集合中包括至少两个因素，并确定相似元集合中每个因素相对于其他因素的重要性，得到判断矩阵，对判断矩阵进行一致性校验和归一化处理，得到列向量，将列向量进行归一化处理，得到当前层相似元的权系数。

具体地，当前层相关相似元集合可以通过如下表示：

(1)

其中，

为第i个相似元因素。

将因素

与

进行对比，设相对于的重要性记为

，则可得判断矩阵

为：

(2)

采用指数标度来构造判断矩阵

。

在对选定的判断矩阵进行一致性校验后，将将按列归一化，可得，中各项元素为：

(3)

将

按行求和得到列向量

：

(4)

归一化处理得：

(5)

则由此计算求得的

即为当前层相应相似元所对应的权值系数值的大小。

上述确定相似元的相似值可以通过如下步骤实现：先获取仿真系统最底层中指标对应的数值和实际系统对应的指标值，根据最底层中指标对应的数值和实际系统对应的指标值，确定最底层相似元的相似值，并根据最底层相似元的相似值和相似元的权系数，确定中间层和最高层相似元的相似值。

对于最底层相似元而言，设仿真系统中某一指标

对应数值为

，实际系统相应指标值为

，则最底层相似元的相似值可以通过如下公式表示；

（6）

对于非底层相似元来说，该非底层例如是最高层和中间层，其相似元的值是通过下层与之相关的相似元的相似值计算求得的，计算公式为：

(7)

其中，

为与相似元

相关的下层相似元个数，

为下层相关相似元，

为相似元

对应的权系数，

为相似元对应的相似值大小；

S103、对仿真系统与实际系统的相似程度进行跟踪对比，基于相似元的相似值确定仿真系统中每层相似元的相似度。

在对卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统进行效能评估时，请参见图4所示，在整个仿真系统，关注跟踪卫星模拟分系统、目标卫星模拟分系统、远程修复指向模拟分系统以及扰动模拟单元与实际系统的相似程序。

此外，扰动模拟单元虽在进行系统设计和实现时，可被划分至跟踪卫星模拟分系统中，但在进行效能评估时，考虑到它功能上的独立性，将其单独拿出，与三个分系统处于同一层次。

作为一种可选的实现方式，在对扰动模拟单元进行AHP分析时，可以确定仿真系统中中间层的扰动模拟单元的相似度，先将将扰动模拟单元中的扰动力矩作为相似元，先获取扰动模拟单元中扰动力矩的输出误差，然后根据输出误差，确定扰动力矩的相似度，并将扰动力矩的相似度作为扰动模拟单元的相似度。

具体地，上述扰动模拟分系统用于对释放修复单元所产生的扰动力矩进行模拟，将扰动力矩作为相似元；根据扰动力矩输出误差，得到力矩模拟相似度，相应的，得到扰动模拟单元的相似度。其相应的层次结构模型可以参见图5所示。

例如，扰动模拟单元可实现指定扰动力矩输出误差优于7%，因此力矩模拟相似

度可以通过如下公式表示：

(8)

相应的，扰动模拟单元的相似度可以为：

。

作为另一种可选的实现方式，上述中间层还包括所述跟踪卫星模拟分系统的姿态运动学单元、姿态动力学单元、测量单元和控制单元。在对跟踪卫星模拟分系统进行AHP分析时，可以通过如下方法进行实现，如图6所示，该方法包括：

S201、将跟踪卫星模拟分系统中的姿态运动学单元、姿态动力学单元、测量单元和控制单元作为相似元。

S202、对姿态运动学单元、姿态动力学单元、测量单元和控制单元的相似度进行分析，基于相似元的相似值确定姿态运动学单元、姿态动力学单元、测量单元和控制单元的可信度。

S203、获取跟踪卫星模拟分系统的权系数。

S204、根据跟踪卫星模拟分系统的权系数和姿态运动学单元、姿态动力学单元、测量单元和控制单元的可信度，确定跟踪卫星模拟分系统的相似度。

具体地，上述跟踪卫星模拟分系统主要用于实现对跟踪卫星姿态的模拟，其对应的层次结构图如图7所示。

综合考虑跟踪卫星模拟分系统和实际在轨跟踪卫星所拥有的共有要素，将姿态动力学单元、姿态动力学单元、测量单元和控制单元四个结构单元作为相似元；然后计算下层的相似度。

可选的，可以通过如下计算方法计算下层的相似度：对于姿态运动学单元来说，由于实际在轨卫星与跟踪卫星模拟分系统均采用基于四元数的姿态运动学方程作为姿态运动学单元，姿态运动学单元相似度记为

，且有

=1。

对于姿态动力学单元来说，将姿态动力学单元中三个轴向的动力学特性选取为相似元，以

（上升时间）、

（峰值时间）、

（稳定时间）、

（超调量）以及四个要素作为指标层因素，对跟踪卫星模拟分系统中姿态动力学单元的相似度进行分析。

以X轴为例进行分析，通过对跟踪卫星模拟分系统进行试验，获得其绕X轴方向的姿态响应曲线，各指标相似元对应的仿真值与实际在轨卫星的实际值可以如下表所示：

表1 各指标相似元对应的仿真值与实际在轨卫星的实际值

利用公式（1）~（7），可得X方向的动力学特性可信度为

。

对于控制单元来说，跟踪卫星模拟分系统与在轨卫星采用相同的控制算法，以此保证“天地一致性”，所以控制算法的可信度为

为1。

跟踪卫星模拟分系统和实际空间在轨卫星二者均采用“飞轮+喷气推力器”的形式作为执行机构，分别产生推力和力矩。对于喷气推力器而言，虽然实际在轨卫星与跟踪卫星模拟分系统所采用的喷气推力器具有相同的推力电磁阀工作压力，但由于大气压力的影响，二者所能产生的推力大小是不同的，以此作为相似元，计算喷气推力器的可信度。经在轨验证，所采用的喷气推力器在太空中可产生5

2大小的推力4.8N

4.9N；而在标准大气压下，推力大小为。选取中值作为参考，可获取推力作为相似单元对应的相似值为

=97%，而对于飞轮而言，其运行效果在实际太空中和在地面环境下并无不同，可认为其相似度

=1。利用公式(1)~(7)，可得控制单元的可信度

=99.09%。

对于测量单元来说，测量单元由姿态测量单元与目标测量单元两部分组成。

对于实际卫星而言，所采用的姿态测量方法为“光纤陀螺组件+星敏感器”二者的组合方式。不论是在实际卫星姿态测量单元还是在地面跟踪卫星模拟分系统，姿态测量单元所能实现的测量精度能够满足控制精度的要求，因此可认为，姿态测量单元这一相似元所对应的相似值为

为1；不管是对目标相对方位进行测量还是对目标相对距离进行测量，激光测距仪与视觉导航相机能够代替真实测量设备（即雷达测量单元），完成地面仿真系统中对目标卫星的测量任务，可认为目标测量单元的相似值

同样为1。因此，测量单元可信度

=1。

则计算分析结果为：姿态运动学单元可信度为

=1，动力学单元的可信度

=88.67%，跟踪卫星模拟分系统中控制单元的可信度

=99.09%，测量单元可信度

=1。

经计算，姿态动力学单元、测量单元、控制单元以及姿态运动学单元所对应的权系数向量

为：

(9)

则跟踪卫星模拟分系统整体的相似度

为：

(10)

作为一种可选的实现方式，在对标卫星模拟分系统与远程修复指向模拟分系统进行AHP分析时，可以确定仿真系统中目标卫星模拟分系统和远程修复指向模拟分系统的相似度，通过先将目标卫星模拟分系统和远程修复指向模拟分系统中在X、Y、Z三个方向上进行运动模拟的位置精度作为相似元；

对所述目标卫星模拟分系统和远程修复指向模拟分系统进行指向误差分析，得到第一指向误差最大值和第二指向误差最大值，然后确定X、Y、Z三个方向上的行程，并获取目标卫星模拟分系统和修复指向模拟分系统的权系数，然后根据第一指向误差最大值和X、Y、Z三个方向上的行程，确定X、Y、Z三个方向对目标运动模拟的相似度，并根据第二指向误差最大值和所述X、Y、Z三个方向上的行程，确定X、Y、Z三个方向对修复单元运动模拟的相似度，

根据目标卫星模拟分系统的权系数和X、Y、Z三个方向对目标运动模拟的相似度确定目标卫星模拟分系统的相似度，并根据远程修复指向模拟分系统的权系数和X、Y、Z三个方向对修复单元运动模拟的相似度，确定远程修复指向模拟分系统的相似度。

具体地，上述目标卫星模拟分系统与远程修复指向模拟分系统分别用于实现对目标卫星和修复单元的相对运动轨迹进行模拟，其所需关注的为在三个方向上进行运动模拟的位置精度，将它们作为相似元，二者所对应的层次结构图如图8所示。

对目标卫星模拟分系统和远程修复指向模拟分系统进行指向误差分析后可得其第一指向误差最大值为：

(10)

为获取三个方向对目标运动模拟的相似度

，设

分别为三个方向的行程，且有

，则有：

(11)

对于目标卫星模拟分系统，将判断矩阵进行层次单排序可得三个方向的运动所对应的权系数向量

为：

(12)

由此可得目标模拟分系统的相似度为：

(13)

与目标模拟分系统的计算方式相同，其第二指向误差最大值为

(14)

远程修复指向模拟分系统三个方向对修复单元运动模拟的相似度为：

(15)

可得远程修复指向模拟分系统的相似度为：

(16)

S104、根据每层相似元的权系数和每层相似元的相似度，确定仿真系统的系统相似度，系统相似度用于对仿真系统进行效能评估。

具体地，可以先获取跟踪卫星模拟分系统、目标卫星模拟分系统、远程修复指向模拟分系统、扰动模拟单元的权系数，然后对跟踪卫星模拟分系统、目标卫星模拟分系统、远程修复指向模拟分系统、扰动模拟单元的权系数和扰动模拟单元、跟踪卫星模拟分系统、目标卫星模拟分系统和远程修复指向模拟分系统的相似度，计算仿真系统的系统相似度。

对于整个仿真系统而言，综合考虑其所需实现与验证的航天任务，跟踪卫星模拟分系统最重要，目标卫星模拟分系统与远程修复指向模拟分系统次之且具有同样重要性，扰动模拟单元重要程度相对最低，相似元的重要程度从高至低依次为：

，其中，跟踪卫星模拟分系统对应的权系数向量为

，目标卫星模拟分系统对应的权系数向量为

，远程修复指向模拟分系统对应的权系数向量为

，扰动模拟单元对应的权系数向量为

。

由此构造判断矩阵

为：

(17)

式中a为指数标度值，取a=1.316,指数标度含义如下表2所示。

表2 指数标度与1-9标度的关系及对应含义

求得上述判断矩阵

的最大特征值

为

，求得一致性比率，满足一致性要求。

层次单排序，跟踪卫星模拟分系统、目标卫星模拟分系统、远程修复指向模拟分系统与扰动模拟单元所对应的权系数向量

为：

(18)

由前述分析所得的跟踪卫星模拟分系统、目标卫星模拟分系统、远程修复指向模拟分系统与扰动模拟单元的相似度分别为：

(19)

相应的，卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统的系统整体相似度

。至此完成了卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统AHP效能评估，所设计与实现的卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统能够极大程度地贴近真实系统。

需要说明的是，本实施例中所出现的当前层为当前正在分析的层次。在分析时，由下而上进行分析，先分析最底层，再分析中间层，最后分析最高层，分析最底层时，当前层就是最底层；分析中间层时，当前层是中间层，分析最高层时，当前层是最高层。

本申请提供的卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法，首先构建层次模型结构，按照最高层、中间层、以及最底层的形式进行排序；中间层包含各个分系统与各分系统中相应结构单元，分系统包括：跟踪卫星模拟分系统、目标卫星模拟分系统、远程修复指向模拟分系统以及扰动模拟单元；下一步，确定相似元权系数和相似元的值；然后进行卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统效能评估；分别对扰动模拟单元、跟踪卫星模拟分系统、目标卫星模拟分系统以及远程修复指向模拟分系统进行AHP分析；最后在对系统进行AHP分析，由分析所得的跟踪卫星模拟分系统、目标卫星模拟分系统、远程修复指向模拟分系统与扰动模拟单元的相似度，得到卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统的系统整体相似度，完成卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统AHP效能评估。该技术方案能够依据卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统的实现形式，建立起该系统所对应的层次模型，通过与实际系统进行对比，分别获取每个相似元的相似值，从部分到整体，最终得到整个仿真系统的效能分析结果，以此验证整个仿真系统的有效性与可行性，使得卫星跟踪指向控制地面仿真系统能够极大程度地贴近真实系统，提高了系统的适用性。

应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，流程图中描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

另一方面，图9为本申请实施例提供的卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统效能评估装置的结构示意图。

模型构建模块10，用于构建卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统的层次模型结构，模型结构包括最高层、中间层及最底层，中间层包括仿真系统的分系统和/或结构单元，最底层为各分系统和/或结构单元下所对应的指标；

第一确定模块20，用于确定层次模型结构中每层相似元的权系数和相似元的相似值；

第二确定模块30，用于对仿真系统与实际系统的相似程度进行跟踪对比，基于相似元的相似值确定仿真系统中每层相似元的相似度；

效能评估模块40，用于根据每层相似元的权系数和每层相似元的相似度，确定仿真系统的系统相似度，系统相似度用于对仿真系统进行效能评估。

可选的，上述第一确定模块20，具体用于：

从层次模型结构中的最高层、中间层及最底层，确定当前层；

获取当前层相关相似元集合，相似元集合中包括至少两个因素；

确定相似元集合中每个因素相对于其他因素的重要性，得到判断矩阵；

对判断矩阵进行一致性校验和归一化处理，得到列向量；

将列向量进行归一化处理，得到当前层相似元的权系数。

可选的，上述第一确定模块20，具体用于：

获取仿真系统最底层中指标对应的数值和实际系统对应的指标值；

根据最底层中指标对应的数值和实际系统对应的指标值，确定最底层相似元的相似值；

根据最底层相似元的相似值和相似元的权系数，确定中间层和最高层相似元的相似值。

可选的，上述效能评估模块40，具体用于：

获取跟踪卫星模拟分系统、目标卫星模拟分系统、远程修复指向模拟分系统、扰动模拟单元的权系数；

对跟踪卫星模拟分系统、目标卫星模拟分系统、远程修复指向模拟分系统、扰动模拟单元的权系数和扰动模拟单元、跟踪卫星模拟分系统、目标卫星模拟分系统和远程修复指向模拟分系统的相似度，计算仿真系统的系统相似度。

可选的，上述第二确定模块30，具体用于：

将扰动模拟单元中的扰动力矩作为相似元；

获取扰动模拟单元中扰动力矩的输出误差；

根据输出误差，确定扰动力矩的相似度；

将扰动力矩的相似度作为扰动模拟单元的相似度。

可选的，上述第二确定模块30，具体用于：

将跟踪卫星模拟分系统中的姿态运动学单元、姿态动力学单元、测量单元和控制单元作为相似元；

对姿态运动学单元、姿态动力学单元、测量单元和控制单元的相似度进行分析，基于相似元的相似值确定姿态运动学单元、姿态动力学单元、测量单元和控制单元的可信度；

获取跟踪卫星模拟分系统的权系数；

根据跟踪卫星模拟分系统的权系数和姿态运动学单元、姿态动力学单元、测量单元和控制单元的可信度，确定跟踪卫星模拟分系统的相似度。

可选的，上述第二确定模块30，具体用于：

将目标卫星模拟分系统和远程修复指向模拟分系统中在X、Y、Z三个方向上进行运动模拟的位置精度作为相似元；

对目标卫星模拟分系统和远程修复指向模拟分系统进行指向误差分析，得到第一指向误差最大值和第二指向误差最大值；

确定X、Y、Z三个方向上的行程；

获取目标卫星模拟分系统和修复指向模拟分系统的权系数；

根据第一指向误差最大值和X、Y、Z三个方向上的行程，确定X、Y、Z三个方向对目标运动模拟的相似度，并根据第二指向误差最大值和X、Y、Z三个方向上的行程，确定X、Y、Z三个方向对修复单元运动模拟的相似度；

本实施例提供的卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估装置，可以执行上述方法的实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。

下面参考图10，其示出了适于用来实现本申请实施例的计算机系统600的结构示意图，该计算机系统可以应用于服务器。

如图10所示，计算机系统600包括中央处理单元（CPU）601，其可以根据存储在只读存储器（ROM）602中的程序或者从存储部分603加载到随机访问存储器（RAM）603中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 603中，还存储有系统600操作所需的各种程序和数据。CPU601、ROM602以及RAM 603通过总线604彼此相连。输入/输出（I/O）接口605也连接至总线604。

以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分608。

特别地，根据本申请公开的卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法的实施例，上文参考图10描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请公开的主控模块的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行图2-图4的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分605从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。

需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是—但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种计算机系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，前述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本申请实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括模型构建模块、第一确定模块、第二确定模块及效能评估模块。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定，例如，模型构建模块还可以被描述为“用于构建卫星高精度跟踪指向控制地面仿真系统的层次模型结构，所述模型结构包括最高层、中间层及最底层，所述中间层包括所述仿真系统的分系统和/或结构单元，所述最底层为各分系统和/或结构单元下所对应的指标”。

作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中前述装置中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，前述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本申请的卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法，具体执行：

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。

Claims

1.一种卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述层次模型结构中每层相似元的权系数，包括：

从所述层次模型结构中的最高层、中间层及最底层，确定当前层；

获取所述当前层相关相似元集合，所述相似元集合中包括至少两个因素；

确定所述相似元集合中每个因素相对于其他因素的重要性，得到判断矩阵；

对所述判断矩阵进行一致性校验和归一化处理，得到列向量；

将所述列向量进行归一化处理，得到所述当前层相似元的权系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述相似元的相似值，包括：

获取所述仿真系统最底层中指标对应的数值和实际系统对应的指标值；

根据所述最底层中指标对应的数值和所述实际系统对应的指标值，确定所述最底层相似元的相似值；

根据所述最底层相似元的相似值和相似元的权系数，确定所述中间层和最高层相似元的相似值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间层包括仿真系统的跟踪卫星模拟分系统、目标卫星模拟分系统、远程修复指向模拟分系统以及扰动模拟单元，根据所述每层相似元的权系数和所述每层相似元的相似度，确定所述仿真系统的系统相似度，包括：

获取所述跟踪卫星模拟分系统、所述目标卫星模拟分系统、所述远程修复指向模拟分系统、所述扰动模拟单元的权系数；

根据所述跟踪卫星模拟分系统、所述目标卫星模拟分系统、所述远程修复指向模拟分系统、所述扰动模拟单元的权系数和所述扰动模拟单元、所述跟踪卫星模拟分系统、所述目标卫星模拟分系统和所述远程修复指向模拟分系统的相似度，计算所述仿真系统的系统相似度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定所述仿真系统中间层的扰动模拟单元的相似度，包括：

将扰动模拟单元中的扰动力矩作为相似元；

获取所述扰动模拟单元中扰动力矩的输出误差；

根据所述输出误差，确定扰动力矩的相似度；

将所述扰动力矩的相似度作为所述扰动模拟单元的相似度。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述中间层还包括所述跟踪卫星模拟分系统的姿态运动学单元、姿态动力学单元、测量单元和控制单元，基于所述相似元的相似值确定所述仿真系统中间层的跟踪卫星模拟分系统的相似度，包括：

将所述跟踪卫星模拟分系统中的姿态运动学单元、姿态动力学单元、测量单元和控制单元作为相似元；

对所述姿态运动学单元、所述姿态动力学单元、所述测量单元和所述控制单元的相似度进行分析，基于所述相似元的相似值确定所述姿态运动学单元、所述姿态动力学单元、所述测量单元和所述控制单元的可信度；

获取所述跟踪卫星模拟分系统的权系数；

根据所述跟踪卫星模拟分系统的权系数和所述姿态运动学单元、所述姿态动力学单元、所述测量单元和所述控制单元的可信度，确定所述跟踪卫星模拟分系统的相似度。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定所述仿真系统中间层的目标卫星模拟分系统和远程修复指向模拟分系统的相似度，包括：

将所述目标卫星模拟分系统和远程修复指向模拟分系统中在X、Y、Z三个方向上进行运动模拟的位置精度作为相似元；

对所述目标卫星模拟分系统和远程修复指向模拟分系统进行指向误差分析，得到第一指向误差最大值和第二指向误差最大值；

确定所述X、Y、Z三个方向上的行程；

获取所述目标卫星模拟分系统和所述修复指向模拟分系统的权系数；

根据所述第一指向误差最大值和所述X、Y、Z三个方向上的行程，确定X、Y、Z三个方向对目标运动模拟的相似度，并根据第二指向误差最大值和所述X、Y、Z三个方向上的行程，确定X、Y、Z三个方向对修复单元运动模拟的相似度；

根据所述目标卫星模拟分系统的权系数和所述X、Y、Z三个方向对目标运动模拟的相似度确定目标卫星模拟分系统的相似度，并根据所述远程修复指向模拟分系统的权系数和所述X、Y、Z三个方向对修复单元运动模拟的相似度，确定远程修复指向模拟分系统的相似度。

8.一种卫星跟踪指向控制地面仿真系统效能评估装置，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

10.一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实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。