CN115563800A - 一种海量卫星仿真建模方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海量卫星仿真建模方法、系统、设备及存储介质，通过建立最小包围球来将卫星模型中的所有卫星的位置信息以偏移量的形式保存下来，并一次性传输至GPU中进行各卫星位置的仿真重建，同时利用卫星模型的三维模型数据在GPU中做进一步的着色渲染，从而最终可得到卫星模型的空间分布。因此，本发明方法通过对海量卫星仅进行一次建模过程，减少了CPU与GPU的调度次数；并通过利用所建立的最小包围球来得到卫星与球心之间的偏移量数据，以替代卫星实际位置信息，从而便于利用一次绘制命令渲染出所有卫星，减少资源消耗；基于卫星轨道信息数据，还可实现高效动态地推演出卫星通信网络的演变过程。
Description
技术领域
本发明涉及三维可视化仿真技术领域，尤其是涉及一种海量卫星仿真建模方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
随着低轨卫星网络技术发展迅速，大规模卫星通信网络仿真模拟平台需要快速构建出海量卫星通信网络，目前基于Web的仿真模拟平台中，常规做法是单独对每个卫星模型进行建模处理，针对海量、高频刷新的情况建模能力明显不足，一方面卫星模型本身数据量较大，而且重复传输，从中央处理器(CPU)传输到图形处理器(GPU)耗费很多资源，导致效率低下，另一方面成千上万的位置数据集合总数据量也比较大，对CPU也造成很大的压力。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种海量卫星仿真建模方法，解决了当前卫星通信网络仿真模拟耗费资源且效率低下的问题。
本发明还提供一种海量卫星仿真建模系统、一种海量卫星仿真建模设备和一种计算机可读存储介质。
根据本发明的第一方面实施例的海量卫星仿真建模方法，所述方法包括以下步骤：
在连续的多个时间节点下循环执行仿真建模策略，以动态更新所建立的卫星模型的空间分布，所述仿真建模策略包括以下步骤：
获取多个卫星的轨道信息数据，以确定当前时间节点下各个所述卫星的坐标数据；
根据多个所述卫星的所述坐标数据，建立最小包围球，所述最小包围球为使多个所述坐标数据分别位于球体表面或球体内部的各个三维球体中半径最小的三维球体；
根据每个所述卫星的所述坐标数据和所述最小包围球的球心坐标，计算得到每个所述卫星的偏移量数据；
利用多个所述卫星的所述偏移量数据、所述最小包围球的球心坐标、多个所述卫星的三维模型数据进行仿真建模，以建立当前时间节点下卫星模型的空间分布。
根据本发明实施例的海量卫星仿真建模方法，至少具有如下有益效果：
在仿真建模策略中，通过建立最小包围球来将卫星模型中的所有卫星的位置信息以偏移量的形式保存下来，并一次性传输至GPU中进行各卫星位置的仿真重建，同时利用卫星模型的三维模型数据在GPU中做进一步的着色渲染，从而最终可得到卫星模型的空间分布。因此，通过利用本发明实施例的仿真建模方法，可以将成千上万的卫星星座分布与姿态等快速地构建出来，具体通过将海量的单个卫星模型合并成一个整体，即所有卫星模型只需一次建模过程，减少了CPU与GPU的调度次数；并且通过建立最小包围球并利用其球心位置来得到卫星与球心之间的偏移量数据，以替代卫星实际位置信息，从而便于利用一次绘制命令渲染出所有卫星，减少资源消耗；通过循环执行仿真建模策略，可实现基于卫星轨道信息数据来高效动态地推演出卫星通信网络的演变过程。
根据本发明的一些实施例，所述根据多个所述卫星的所述坐标数据，建立最小包围球，包括以下步骤：
根据多个所述卫星的三维位置坐标来初次获得球心坐标和球体半径，以建立三维球体，所述三维位置坐标表示以地球中心为原点的笛卡尔坐标系下的所述坐标数据；
判断每个所述卫星与所述三维球体之间的位置关系，若待测卫星的三维位置坐标位于所述三维球体的外部，更新所述球心坐标和所述球体半径，使得所述卫星的三维位置坐标位于更新后所述三维球体的表面或内部；
遍历判断全部所述卫星后完成所述三维球体的更新，以建立得到所述最小包围球。
根据本发明的一些实施例，所述根据多个所述卫星的三维位置坐标来初次获得球心坐标和球体半径，以建立三维球体，包括以下步骤：
根据多个所述卫星的三维位置坐标，确定坐标x轴分量值最小的卫星和坐标x轴分量值最大的卫星，并计算两个卫星之间距离以得到第一距离；
根据多个所述卫星的三维位置坐标，确定坐标y轴分量值最小和坐标y轴分量值最大的卫星，并计算两个卫星之间距离以得到第二距离；
根据多个所述卫星的三维位置坐标，确定坐标z轴分量值最小和坐标z轴分量值最大的卫星，并计算两个卫星之间距离以得到第三距离；
比较所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离，以确定距离最大值所对应的两个卫星，将两个所述卫星之间连线的中点作为所述三维球体的球心坐标，将两个所述卫星之间距离的一半作为所述三维球体的球体半径。
根据本发明的一些实施例，所述若待测卫星的三维位置坐标位于所述三维球体的外部，更新所述球心坐标和所述球体半径，包括以下步骤：
若所述待测卫星的三维位置坐标位于所述三维球体的外部，所述三维球体的球体半径更新由以下数学模型约束：
R’＝(D+R)/2，
其中，R表示更新前的球体半径，D表示所述待测卫星与更新前球心坐标之间的距离，R’表示更新后的球体半径；
若所述待测卫星的三维位置坐标位于所述三维球体的外部，所述三维球体的球心坐标更新由以下数学模型约束：
C’＝C+(P-C)×(D-R)/(2D)，
其中，R表示更新前的球体半径，D表示所述待测卫星与更新前球心坐标之间的距离，P表示所述待测卫星的三维位置坐标，C表示更新前所述三维球体的球心坐标，C’表示所述更新后所述三维球体的球心坐标。
根据本发明的一些实施例，所述利用多个所述卫星的所述偏移量数据、所述最小包围球的球心坐标、多个所述卫星的三维模型数据进行仿真建模，以建立当前时间节点下卫星模型的空间分布，包括以下步骤：
将多个所述卫星的所述三维模型数据统一解析，以得到模型解析数据，所述模型解析数据包括模型几何体的顶点数据和纹理数据；
利用WebGL接口绑定缓冲区，将多个所述卫星的所述偏移量数据、所述最小包围球的球心坐标、所述模型解析数据存入缓冲区；
在顶点着色器中利用多个所述卫星的所述偏移量数据、所述最小包围球的球心坐标来批量复制出全部卫星的位置；
利用所述模型解析数据来对全部卫星进行着色器渲染，以建立当前时间节点下卫星模型的空间分布。
根据本发明的一些实施例，每个所述卫星的偏移量数据皆由以下数学模型约束：
δx＝Qx-Cx，
δy＝Qy-Cy，
δz＝Qz-Cz，
其中，Cx、Cy、Cz分别表示所述三维球体球心坐标的x轴、y轴、z轴分量，Qx、Qy、Qz分别表示所述卫星三维位置坐标的x轴、y轴、z轴分量，δx、δy、δz分别表示所述偏移量数据的x轴、y轴、z轴分量。
根据本发明的第二方面实施例的海量卫星仿真建模系统，所述系统用于在连续的多个时间节点下循环调用仿真建模模块，以动态更新所建立的卫星模型的空间分布，所述仿真建模模块包括：
数据获取单元，用于获取多个卫星的轨道信息数据，以确定当前时间节点下各个所述卫星的坐标数据；
球体建立单元，用于根据多个所述卫星的所述坐标数据，建立最小包围球，所述最小包围球为使多个所述坐标数据分别位于球体表面或球体内部的各个三维球体中半径最小的三维球体；
偏移量计算单元，用于根据每个所述卫星的所述坐标数据和所述最小包围球的球心坐标，计算得到每个所述卫星的偏移量数据；
卫星模型建立单元，用于利用多个所述卫星的所述偏移量数据、所述最小包围球的球心坐标、多个所述卫星的三维模型数据进行仿真建模，以建立当前时间节点下卫星模型的空间分布。
根据本发明实施例的海量卫星仿真建模系统，至少具有如下有益效果：
在仿真建模模块中，通过利用数据获取单元获取相关数据后，利用球体建立单元来建立最小包围球，从而将卫星模型中的所有卫星的位置信息以偏移量的形式保存下来，并一次性传输至卫星模型建立单元中进行各卫星位置的仿真重建，同时利用卫星模型的三维模型数据在卫星模型建立单元中做进一步的着色渲染，从而最终可得到卫星模型的空间分布。因此，通过利用本发明实施例的仿真建模系统，可以将成千上万的卫星星座分布与姿态等快速地构建出来，具体通过将海量的单个卫星模型合并成一个整体，即所有卫星模型只需一次建模过程，减少了CPU与GPU的调度次数；并且通过建立最小包围球并利用其球心位置来得到卫星与球心之间的偏移量数据，以替代卫星实际位置信息，从而便于利用一次绘制命令渲染出所有卫星，减少资源消耗；通过循环调用仿真建模模块，可实现基于卫星轨道信息数据来高效动态地推演出卫星通信网络的演变过程。
根据本发明的第三方面实施例的海量卫星仿真建模设备，所述设备包括中央处理器和图形处理器，所述中央处理器和所述图形处理器共同用于执行如本发明第一方面实施例所述的海量卫星仿真建模方法。
根据本发明实施例的海量卫星仿真建模设备，至少具有如下有益效果：
在中央处理器中，通过建立最小包围球来将卫星模型中的所有卫星的位置信息以偏移量的形式保存下来，并一次性传输至图形处理器中进行各卫星位置的仿真重建，同时利用卫星模型的三维模型数据在图形处理器中做进一步的着色渲染，从而最终可得到卫星模型的空间分布。因此，通过利用本发明实施例的仿真建模设备，可以将成千上万的卫星星座分布与姿态等快速地构建出来，具体通过将海量的单个卫星模型合并成一个整体，即所有卫星模型只需一次建模过程，减少了CPU与GPU的调度次数；并且通过建立最小包围球并利用其球心位置来得到卫星与球心之间的偏移量数据，以替代卫星实际位置信息，从而便于利用一次绘制命令渲染出所有卫星，减少资源消耗；通过在CPU和GPU中循环执行仿真建模策略，可实现基于卫星轨道信息数据来高效动态地推演出卫星通信网络的演变过程。
根据本发明的第四方面实施例的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如本发明第一方面实施例所述的海量卫星仿真建模方法。
可以理解的是，上述第四方面与相关技术相比存在的有益效果与上述第一方面与相关技术相比存在的有益效果相同，可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一种实施例的海量卫星仿真建模方法的流程示意图；
图2是本发明一种实施例的海量卫星仿真建模系统的示意图；
图3是本发明一种实施例的海量卫星仿真建模设备的示意图。
附图标记：
数据获取单元100；
球体建立单元200；
偏移量计算单元300；
卫星模型建立单元400；
中央处理器500；
图形处理器600。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表征相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，并非全部实施例。
参见图1所示，为本发明一个实施例提供的海量卫星仿真建模方法，方法包括以下步骤：
在连续的多个时间节点下循环执行仿真建模策略，以动态更新所建立的卫星模型的空间分布，仿真建模策略包括以下步骤：
获取多个卫星的轨道信息数据，以确定当前时间节点下各个卫星的坐标数据；
根据多个卫星的坐标数据，建立最小包围球，最小包围球为使多个坐标数据分别位于球体表面或球体内部的各个三维球体中半径最小的三维球体；
根据每个卫星的坐标数据和最小包围球的球心坐标，计算得到每个卫星的偏移量数据；
利用多个卫星的偏移量数据、最小包围球的球心坐标、多个卫星的三维模型数据进行仿真建模，以建立当前时间节点下卫星模型的空间分布。
如图1所示，可以理解的是，本发明的建模方法重点在于仿真建模策略的各个步骤，在仿真建模策略中，通过利用各个卫星的轨道信息数据，来确定当前时间节点下各个卫星的位置，具体为在同一坐标系下的坐标数据。然后建立最小包围球来将当前位置下各个卫星包围起来，具体为在当前坐标系下各卫星的坐标数据位于最小包围球的三维球体表面或内部。可以理解的是，能包含所有卫星的包围球具有无数个，因此这里确定了其中体积最小的三维球体，即半径最小的三维球体，为最小包围球。然后计算每个卫星分别与最小包围球球心之间的偏移量，使得所有卫星的位置信息以偏移量数据的形式表示，并可统一在仿真建模时得到处理来还原当前各卫星的位置。最后结合各卫星自身的三维模型数据完成图形渲染，得到当前时间节点下卫星模型的空间分布。
进一步地，完成当前时间节点下卫星模型的空间分布的建立后，进入下一个时间节点，重新执行仿真建模策略的各个步骤，即确定下一个时间节点下各个卫星的坐标数据后，最终可建立下一个时间节点下卫星模型的空间分布。因此，通过在连续时间下循环执行仿真建模策略，则可以实时更新卫星模型的空间分布。
在本实施例的仿真建模策略中，通过建立最小包围球来将卫星模型中的所有卫星的位置信息以偏移量的形式保存下来，并一次性传输至GPU中进行各卫星位置的仿真重建，同时利用卫星模型的三维模型数据在GPU中做进一步的着色渲染，从而最终可得到卫星模型的空间分布。因此，通过利用本发明实施例的仿真建模方法，可以将成千上万的卫星星座分布与姿态等快速地构建出来，具体通过将海量的单个卫星模型合并成一个整体，即所有卫星模型只需一次建模过程，减少了CPU与GPU的调度次数；并且通过建立最小包围球并利用其球心位置来得到卫星与球心之间的偏移量数据，以替代卫星实际位置信息，从而便于利用一次绘制命令渲染出所有卫星，减少资源消耗；通过循环执行仿真建模策略，可实现基于卫星轨道信息数据来高效动态地推演出卫星通信网络的演变过程。
在一些实施例中，根据多个卫星的坐标数据，建立最小包围球，包括以下步骤：
根据多个卫星的三维位置坐标来初次获得球心坐标和球体半径，以建立三维球体，三维位置坐标表示以地球中心为原点的笛卡尔坐标系下的坐标数据；
判断每个卫星与三维球体之间的位置关系，若待测卫星的三维位置坐标位于三维球体的外部，更新球心坐标和球体半径，使得卫星的三维位置坐标位于更新后三维球体的表面或内部；
遍历判断全部卫星后完成三维球体的更新，以建立得到最小包围球。
具体地，首先确定坐标数据是以地球中心为原点的笛卡尔坐标系下的三维位置坐标，根据各卫星的三维位置坐标，可建立一个初始的三维球体，继续判断各个卫星是否位于该三维球体的表面或内部，从而来不断调整三维球体的球心位置和球体半径，以使得最终可将所有卫星包围。可以理解的是，三维球体的建立过程是根据遍历判断卫星是否被包围，来逐次调整其球心位置和球体半径，因此最终获得的三维球体一定是体积最小的三维球体，即最小包围球。
在一些实施例中，根据多个卫星的三维位置坐标来初次获得球心坐标和球体半径，以建立三维球体，包括以下步骤：
根据多个卫星的三维位置坐标，确定坐标x轴分量值最小的卫星和坐标x轴分量值最大的卫星，并计算两个卫星之间距离以得到第一距离；
根据多个卫星的三维位置坐标，确定坐标y轴分量值最小和坐标y轴分量值最大的卫星，并计算两个卫星之间距离以得到第二距离；
根据多个卫星的三维位置坐标，确定坐标z轴分量值最小和坐标z轴分量值最大的卫星，并计算两个卫星之间距离以得到第三距离；
比较第一距离、第二距离、第三距离，以确定距离最大值所对应的两个卫星，将两个卫星之间连线的中点作为三维球体的球心坐标，将两个卫星之间距离的一半作为三维球体的球体半径。
可以理解的是，在获得最小包围球的过程中，对于初始三维球体，其需要获得其球心坐标和球体半径来建立。具体地，首先在所有卫星的三维位置坐标中确定三组卫星点对，即坐标x轴分量值最小的卫星和坐标x轴分量值最大的卫星为第一组，坐标y轴分量值最小的卫星和坐标y轴分量值最大的卫星为第二组，坐标z轴分量值最小的卫星和坐标z轴分量值最大的卫星为第三组。进一步地，在三组卫星点对中确定组对的两个卫星之间距离最大的一组，将该组的两个卫星之间连线的中点作为三维球体的球心坐标，两个卫星之间的距离作为三维球体的球体直径。
在一些实施例中，若待测卫星的三维位置坐标位于三维球体的外部，更新球心坐标和球体半径，包括以下步骤：
若待测卫星的三维位置坐标位于三维球体的外部，三维球体的球体半径更新由以下数学模型约束：
R’＝(D+R)/2，
其中，R表示更新前的球体半径，D表示待测卫星与更新前球心坐标之间的距离，R’表示更新后的球体半径；
若待测卫星的三维位置坐标位于三维球体的外部，三维球体的球心坐标更新由以下数学模型约束：
C’＝C+(P-C)×(D-R)/(2D)，
其中，R表示更新前的球体半径，D表示待测卫星与更新前球心坐标之间的距离，P表示待测卫星的三维位置坐标，C表示更新前三维球体的球心坐标，C’表示更新后三维球体的球心坐标。
可以理解的是，对于初始建立的三维球体，其难以一次性满足包围全部卫星的要求，通常情况下需要依次对所有卫星位置进行判断，即确定是否位于三维球体表面或内部，来逐次调整三维球体。具体地，当待测卫星未被三维球体包围，则三维球体的球体半径和球心坐标会基于待测卫星的三维位置坐标，来进行一次相应的调整，具体调整的量化大小由上述的两个数学模型所约束。
在一些实施例中，利用多个卫星的偏移量数据、最小包围球的球心坐标、多个卫星的三维模型数据进行仿真建模，以建立当前时间节点下卫星模型的空间分布，包括以下步骤：
将多个卫星的三维模型数据统一解析，以得到模型解析数据，模型解析数据包括模型几何体的顶点数据和纹理数据；
利用WebGL接口绑定缓冲区，将多个卫星的偏移量数据、最小包围球的球心坐标、模型解析数据存入缓冲区；
在顶点着色器中利用多个卫星的偏移量数据、最小包围球的球心坐标来批量复制出全部卫星的位置；
利用模型解析数据来对全部卫星进行着色器渲染，以建立当前时间节点下卫星模型的空间分布。
具体地，可以理解的是，在仿真建模策略中，前三个步骤为数据处理阶段，最后一步为仿真建模阶段，通常情况下，数据处理阶段由中央处理器进行处理，仿真建模阶段由图形处理器进行处理。在仿真建模阶段中，需要先利用中央处理器对各卫星的三维模型数据进行统一解析，以得到模型解析数据，然后将模型解析数据和之前在数据处理阶段得到的各卫星的偏移量数据、最小包围球的球心坐标，通过WebGL接口传输至图形处理器进行处理，具体处理过程为：在顶点着色器中利用多个卫星的偏移量数据、最小包围球的球心坐标来批量复制出全部卫星的位置；利用模型解析数据来对全部卫星进行着色器渲染，最终可建立得到当前时间节点下卫星模型的空间分布。
在一些实施例中，每个卫星的偏移量数据皆由以下数学模型约束：
δx＝Qx-Cx，
δy＝Qy-Cy，
δz＝Qz-Cz，
其中，Cx、Cy、Cz分别表示三维球体球心坐标的x轴、y轴、z轴分量，Qx、Qy、Qz分别表示卫星三维位置坐标的x轴、y轴、z轴分量，δx、δy、δz分别表示偏移量数据的x轴、y轴、z轴分量。
可以理解的是，对于每个卫星，根据上述数据模型来分别计算卫星与三维球体球心之间在x轴、y轴、z轴上各个偏移量分量，从而最终可得到每个卫星的偏移量数据。
另外，如图2所示，本发明的一个实施例还提供了一种海量卫星仿真建模系统，系统用于在连续的多个时间节点下循环调用仿真建模模块，以动态更新所建立的卫星模型的空间分布，仿真建模模块包括：数据获取单元100、球体建立单元200、偏移量计算单元300、卫星模型建立单元400。数据获取单元100用于获取多个卫星的轨道信息数据，以确定当前时间节点下各个卫星的坐标数据；球体建立单元200用于根据多个卫星的坐标数据，建立最小包围球，最小包围球为使多个坐标数据分别位于球体表面或球体内部的各个三维球体中半径最小的三维球体；偏移量计算单元300用于根据每个卫星的坐标数据和最小包围球的球心坐标，计算得到每个卫星的偏移量数据；卫星模型建立单元400用于利用多个卫星的偏移量数据、最小包围球的球心坐标、多个卫星的三维模型数据进行仿真建模，以建立当前时间节点下卫星模型的空间分布。
具体地，参考图1和图2，需要说明的是，本申请实施例的海量卫星仿真建模系统用于实现上述海量卫星仿真建模方法，本申请实施例的海量卫星仿真建模系统与前述的海量卫星仿真建模方法相对应，具体的处理过程请参照前述的海量卫星仿真建模方法，在此不再赘述。
可以理解的是，在仿真建模模块中，通过利用数据获取单元100获取相关数据后，利用球体建立单元200来建立最小包围球，从而将卫星模型中的所有卫星的位置信息以偏移量的形式保存下来，并一次性传输至卫星模型建立单元400中进行各卫星位置的仿真重建，同时利用卫星模型的三维模型数据在卫星模型建立单元400中做进一步的着色渲染，从而最终可得到卫星模型的空间分布。因此，通过利用本发明实施例的仿真建模系统，可以将成千上万的卫星星座分布与姿态等快速地构建出来，具体通过将海量的单个卫星模型合并成一个整体，即所有卫星模型只需一次建模过程，减少了CPU与GPU的调度次数；并且通过建立最小包围球并利用其球心位置来得到卫星与球心之间的偏移量数据，以替代卫星实际位置信息，从而便于利用一次绘制命令渲染出所有卫星，减少资源消耗；通过循环调用仿真建模模块，可实现基于卫星轨道信息数据来高效动态地推演出卫星通信网络的演变过程。
此外，如图3所示，本发明的一个实施例还提供了一种海量卫星仿真建模设备，设备包括中央处理器500和图形处理器600，中央处理器500和图形处理器600共同用于执行如本发明实施例的海量卫星仿真建模方法。
具体地，对于本发明实施例海量卫星仿真建模方法中的仿真建模策略，其前三个步骤可以在中央处理器500中进行处理，以最终得到需要的数据偏移量和最小包围球的球心坐标；最后一个步骤可以在图形处理器600中进行处理，以最终建立当前时间节点下卫星模型的空间分布。通过循环调用中央处理器500和图形处理器600以循环执行本发明实施例的仿真建模策略，从而最终在本发明实施例设备中完成本发明实施例的仿真建模方法。
在一些实施例中，中央处理器500和图形处理器600之间通过WebGL的3D绘图协议，可以将CPU处理得到的数据传输至GPU中。
可以理解的是，在中央处理器500中，通过建立最小包围球来将卫星模型中的所有卫星的位置信息以偏移量的形式保存下来，并一次性传输至图形处理器600中进行各卫星位置的仿真重建，同时利用卫星模型的三维模型数据在图形处理器600中做进一步的着色渲染，从而最终可得到卫星模型的空间分布。因此，通过利用本发明实施例的仿真建模设备，可以将成千上万的卫星星座分布与姿态等快速地构建出来，具体通过将海量的单个卫星模型合并成一个整体，即所有卫星模型只需一次建模过程，减少了CPU与GPU的调度次数；并且通过建立最小包围球并利用其球心位置来得到卫星与球心之间的偏移量数据，以替代卫星实际位置信息，从而便于利用一次绘制命令渲染出所有卫星，减少资源消耗；通过在CPU和GPU中循环执行仿真建模策略，可实现基于卫星轨道信息数据来高效动态地推演出卫星通信网络的演变过程。
本发明实施例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存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个控制处理器执行，可使得上述一个或多个控制处理器执行上述方法实施例中的海量卫星仿真建模方法，例如，执行以上描述的图1中的方法。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (9)
1.一种海量卫星仿真建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在连续的多个时间节点下循环执行仿真建模策略，以动态更新所建立的卫星模型的空间分布，所述仿真建模策略包括以下步骤：
获取多个卫星的轨道信息数据，以确定当前时间节点下各个所述卫星的坐标数据；
根据多个所述卫星的所述坐标数据，建立最小包围球，所述最小包围球为使多个所述坐标数据分别位于球体表面或球体内部的各个三维球体中半径最小的三维球体；
根据每个所述卫星的所述坐标数据和所述最小包围球的球心坐标，计算得到每个所述卫星的偏移量数据；
利用多个所述卫星的所述偏移量数据、所述最小包围球的球心坐标、多个所述卫星的三维模型数据进行仿真建模，以建立当前时间节点下卫星模型的空间分布。
2.根据权利要求1所述的海量卫星仿真建模方法，其特征在于，所述根据多个所述卫星的所述坐标数据，建立最小包围球，包括以下步骤：
根据多个所述卫星的三维位置坐标来初次获得球心坐标和球体半径，以建立三维球体，所述三维位置坐标表示以地球中心为原点的笛卡尔坐标系下的所述坐标数据；
判断每个所述卫星与所述三维球体之间的位置关系，若待测卫星的三维位置坐标位于所述三维球体的外部，更新所述球心坐标和所述球体半径，使得所述卫星的三维位置坐标位于更新后所述三维球体的表面或内部；
遍历判断全部所述卫星后完成所述三维球体的更新，以建立得到所述最小包围球。
3.根据权利要求2所述的海量卫星仿真建模方法，其特征在于，所述根据多个所述卫星的三维位置坐标来初次获得球心坐标和球体半径，以建立三维球体，包括以下步骤：
根据多个所述卫星的三维位置坐标，确定坐标x轴分量值最小的卫星和坐标x轴分量值最大的卫星，并计算两个卫星之间距离以得到第一距离；
根据多个所述卫星的三维位置坐标，确定坐标y轴分量值最小和坐标y轴分量值最大的卫星，并计算两个卫星之间距离以得到第二距离；
根据多个所述卫星的三维位置坐标，确定坐标z轴分量值最小和坐标z轴分量值最大的卫星，并计算两个卫星之间距离以得到第三距离；
比较所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离，以确定距离最大值所对应的两个卫星，将两个所述卫星之间连线的中点作为所述三维球体的球心坐标，将两个所述卫星之间距离的一半作为所述三维球体的球体半径。
4.根据权利要求3所述的海量卫星仿真建模方法，其特征在于，所述若待测卫星的三维位置坐标位于所述三维球体的外部，更新所述球心坐标和所述球体半径，包括以下步骤：
若所述待测卫星的三维位置坐标位于所述三维球体的外部，所述三维球体的球体半径更新由以下数学模型约束：
R’＝(D+R)/2，
其中，R表示更新前的球体半径，D表示所述待测卫星与更新前球心坐标之间的距离，R’表示更新后的球体半径；
若所述待测卫星的三维位置坐标位于所述三维球体的外部，所述三维球体的球心坐标更新由以下数学模型约束：
C’＝C+(P-C)×(D-R)/(2D)，
其中，R表示更新前的球体半径，D表示所述待测卫星与更新前球心坐标之间的距离，P表示所述待测卫星的三维位置坐标，C表示更新前所述三维球体的球心坐标，C’表示所述更新后所述三维球体的球心坐标。
5.根据权利要求1所述的海量卫星仿真建模方法，其特征在于，所述利用多个所述卫星的所述偏移量数据、所述最小包围球的球心坐标、多个所述卫星的三维模型数据进行仿真建模，以建立当前时间节点下卫星模型的空间分布，包括以下步骤：
将多个所述卫星的所述三维模型数据统一解析，以得到模型解析数据，所述模型解析数据包括模型几何体的顶点数据和纹理数据；
利用WebGL接口绑定缓冲区，将多个所述卫星的所述偏移量数据、所述最小包围球的球心坐标、所述模型解析数据存入缓冲区；
在顶点着色器中利用多个所述卫星的所述偏移量数据、所述最小包围球的球心坐标来批量复制出全部卫星的位置；
利用所述模型解析数据来对全部卫星进行着色器渲染，以建立当前时间节点下卫星模型的空间分布。
6.根据权利要求1所述的海量卫星仿真建模方法，其特征在于，每个所述卫星的偏移量数据皆由以下数学模型约束：
δx＝Qx-Cx，
δy＝Qy-Cy，
δz＝Qz-Cz，
其中，Cx、Cy、Cz分别表示所述三维球体球心坐标的x轴、y轴、z轴分量，Qx、Qy、Qz分别表示所述卫星三维位置坐标的x轴、y轴、z轴分量，δx、δy、δz分别表示所述偏移量数据的x轴、y轴、z轴分量。
7.一种海量卫星仿真建模系统，其特征在于，所述系统用于在连续的多个时间节点下循环调用仿真建模模块，以动态更新所建立的卫星模型的空间分布，所述仿真建模模块包括：
数据获取单元，用于获取多个卫星的轨道信息数据，以确定当前时间节点下各个所述卫星的坐标数据；
球体建立单元，用于根据多个所述卫星的所述坐标数据，建立最小包围球，所述最小包围球为使多个所述坐标数据分别位于球体表面或球体内部的各个三维球体中半径最小的三维球体；
偏移量计算单元，用于根据每个所述卫星的所述坐标数据和所述最小包围球的球心坐标，计算得到每个所述卫星的偏移量数据；
卫星模型建立单元，用于利用多个所述卫星的所述偏移量数据、所述最小包围球的球心坐标、多个所述卫星的三维模型数据进行仿真建模，以建立当前时间节点下卫星模型的空间分布。
8.一种海量卫星仿真建模设备，其特征在于，所述设备包括中央处理器和图形处理器，所述中央处理器和所述图形处理器共同用于执行如权利要求1至6任一所述的海量卫星仿真建模方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1至6任一项所述的海量卫星仿真建模方法。
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| CN202211300203.3A CN115563800A (zh) | 2022-10-24 | 2022-10-24 | 一种海量卫星仿真建模方法、系统、设备及存储介质 |
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