CN116109782A - 一种geo轨道视角的数字太空场景可视化系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种GEO轨道视角的数字太空场景可视化系统和方法，其中系统包括轨道计算模块、日凌月凌计算模块、数字卫星模型构建模块以及可视化框架模块；数字卫星模型构建模块、轨道计算模块、日凌月凌计算模块所处理后的数据以及本地存储的数据作为可视化框架模块的输入，构建可视化场景视窗用于展示数字太空场景；可视化框架模块可以通过切换按钮切换视角，并选择不同的可视化场景视窗中的视窗中心卫星，反馈到轨道计算模块中重新进行轨道计算。本发明通过轨道计算来确定在可视化场景视窗的数字卫星三维模型的位置及姿态，并在可视化场景视窗中呈现，通过切换菜单切换视窗中心卫星时，各模块重新计算，进行重绘。最终获取数字太空场景。

Description

一种GEO轨道视角的数字太空场景可视化系统和方法
技术领域
本发明属于新一代数字太空场景构建可视化应用新技术领域，特别涉及一种GEO轨道视角的数字太空场景可视化系统和方法。
背景技术
目前，国内外关于数字太空的场景构建中均以地球质心进行场景构建。该场景下从视觉上以地球为主进行显示，诸如恒星、中低轨卫星等太空要素被弱化。尤其是高轨卫星，以地球为视觉中心显示时，在整个太空场景中点位非常小。数字太空场景应该以太空各类要素均衡展示，传统的以地球为中心的可视化场景则无法体现出数字太空的概念：
(1)场景呈现的主要要素与数字太空的概念不一致，以地球为中心的场景更加体现的是数字地球的概念；
(2)对于高轨卫星在默认视窗不调整比例尺的情况下中无法显示；放大比例尺后显示为非常小的目标，不便于局部放大显示；
(3)无法对精细的太空目标在视窗内进行任意漫游。
发明内容
为了解决现有问题，本发明提供了一种GEO轨道视角的数字太空场景可视化系统和方法，具体方案如下：
一种GEO轨道视角的数字太空场景可视化系统，包括轨道计算模块、日凌月凌计算模块、数字卫星模型构建模块以及可视化框架模块；
所述数字卫星模型构建模块用于构建数字卫星三维模型；
所述轨道计算模块用于通过轨道计算，确定数字卫星三维模型的目标要素，所述目标要素包括位置及姿态；
所述日凌月凌计算模块、所述数字卫星模型构建模块以及所述轨道计算模块所处理后的数据作为可视化框架模块的输入，构建可视化场景视窗用于展示数字太空场景；所述数字太空场景展示了数字卫星三维模型的目标要素；
所述可视化框架模块可以通过切换按钮切换视角，并选择不同的可视化场景视窗中的视窗中心卫星，反馈到轨道计算模块中重新进行轨道计算。
进一步地，基于一种GEO轨道视角的数字太空场景可视化系统的可视化方法，包括以下步骤：
S1，启动可视化框架模块的处理程序，进行处理任务的解析，数字卫星模型构建模块在cesium构建的可视化场景视窗进行数字卫星三维模型显示；
S2，利用轨道计算模块获取步骤S1中所述可视化场景视窗中所有空间目标的轨道根数，根据获取的轨道根数计算空间目标在J2000坐标系中的位置，基于时间序列上的空间目标位置，拟合卫星轨道，构建以数字地球为中心的可视化场景展示于可视化场景视窗中；
S3，通过切换菜单切换视窗中心卫星，利用个空间目标和恒星的空间关系，通过轨道计算模块重新计算空间目标在可视化场景中的位置，完成后展示在可视化场景视窗中；
S4，重复切换视窗中心卫星，通过基础的漫游工具在所述可视化场景视窗中查看视窗中心卫星的三维模型；
S5，通过姿态调整按钮，重绘数字太空的各目标要素，所述目标要素包括空间目标的轨道和姿态，从而在可视化框架模块中显示不同视角的太空场景。
进一步地，所述空间目标包括视窗中心卫星和其他所有非视窗中心卫星；所述视窗中心卫星为任意选择的某一GEO轨道卫星，所述非视窗中心卫星包括除了所述视窗中心卫星以外的视窗内的所有LEO卫星、GEO卫星以及空间碎片。
一种计算机可读存储介质，介质上存有计算机程序，计算机程序运行后，执行上述任一所述的GEO轨道视角的数字太空场景可视化方法。
一种计算机系统，包括处理器、存储介质，存储介质上存有计算机程序，处理器从存储介质上读取并运行计算机程序以执行如上述任一所述的GEO轨道视角的数字太空场景可视化方法。
本发明的有益效果在于：
1）、支持卫星定位、姿态等可视化；
2）、具备视窗中心卫星快速切换能力，以在轨卫星为视窗中心卫星进行数字太空场景的绘制；
3）、该可视化方法能弱化数字地球的概念，体现数字太空主题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
附图说明如下：
图1，本发明的系统原理框图；
图2，本发明的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1，一种GEO轨道视角的数字太空场景可视化系统，包括轨道计算模块、日凌月凌计算模块、数字卫星模型构建模块以及可视化框架模块。
数字卫星模型构建模块用于构建数字卫星三维模型。
轨道计算模块用于通过轨道计算，确定数字卫星三维模型的目标要素，目标要素包括位置及姿态。
日凌月凌计算模块、数字卫星模型构建模块以及轨道计算模块所处理后的数据作为可视化框架模块的输入，构建可视化场景视窗用于展示数字太空场景；数字太空场景展示了数字卫星三维模型的目标要素。
可视化框架模块可以通过切换按钮切换视角，并选择不同的可视化场景视窗中的视窗中心卫星，反馈到轨道计算模块中重新进行轨道计算。
系统运行时，本地存储的数据和系统实时接收的数据——通过轨道计算模块计算的GEO卫星轨道根数和LEO卫星轨道根数、系统时间、数字卫星三维模型作为可视化框架模块的输入，数字太空可视化场景作为输出进行展示。具体地，在可视化框架模块的基础上，通过轨道计算模块进行轨道计算，来确定在可视化场景视窗的数字卫星三维模型的位置及姿态，并在可视化场景视窗中呈现，通过切换菜单切换视窗中心卫星时，各模块重新计算，进行重绘。
如图2，基于一种GEO轨道视角的数字太空场景可视化系统的可视化方法，包括以下步骤：
S1，启动可视化框架模块的处理程序，进行处理任务的解析，数字卫星模型构建模块在cesium构建的可视化场景视窗进行数字卫星三维模型显示；
S2，利用轨道计算模块获取步骤S1中可视化场景视窗中所有空间目标的轨道根数，根据获取的轨道根数计算空间目标在J2000坐标系中的位置，基于时间序列上的空间目标位置，拟合卫星轨道，构建以数字地球为中心的可视化场景展示于可视化场景视窗中；
S3，通过切换菜单切换视窗中心卫星，利用个空间目标和恒星的空间关系，通过轨道计算模块重新计算空间目标在可视化场景中的位置，完成后展示在可视化场景视窗中；
S4，重复切换视窗中心卫星，通过基础的漫游工具在可视化场景视窗中查看视窗中心卫星的三维模型；
S5，通过姿态调整按钮，重绘数字太空的各目标要素，目标要素包括空间目标的轨道和姿态，从而在可视化框架模块中显示不同视角的太空场景。
空间目标包括视窗中心卫星和其他所有非视窗中心卫星；视窗中心卫星为任意选择的某一GEO轨道卫星，非视窗中心卫星包括除了视窗中心卫星以外的视窗内的所有LEO卫星、GEO卫星以及空间碎片。
本发明采用Cesium的二、三维地图引擎，构建了一种GEO轨道视角的数字太空场景可视化系统，通过GEO等多个轨道面切换视窗中心卫星，对数字太场景进行可视化，更好更精细化的展示中轨、高轨卫星的运行态势以及空间环境与空间目标要素的关系。
一种计算机可读存储介质，介质上存有计算机程序，计算机程序运行后，执行上述任一的GEO轨道视角的数字太空场景可视化方法。
一种计算机系统，包括处理器、存储介质，存储介质上存有计算机程序，处理器从存储介质上读取并运行计算机程序以执行如上述任一的GEO轨道视角的数字太空场景可视化方法。
本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟 (disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种GEO轨道视角的数字太空场景可视化系统，其特征在于：包括轨道计算模块、日凌月凌计算模块、数字卫星模型构建模块以及可视化框架模块；
所述数字卫星模型构建模块用于构建数字卫星三维模型；
所述轨道计算模块用于通过轨道计算，确定数字卫星三维模型的目标要素，所述目标要素包括位置及姿态；
所述日凌月凌计算模块、所述数字卫星模型构建模块以及所述轨道计算模块所处理后的数据作为可视化框架模块的输入，构建可视化场景视窗用于展示数字太空场景；所述数字太空场景展示了数字卫星三维模型的目标要素；
所述可视化框架模块可以通过切换按钮切换视角，并选择不同的可视化场景视窗中的视窗中心卫星，反馈到轨道计算模块中重新进行轨道计算。
2.基于权利要求1所述的GEO轨道视角的数字太空场景可视化系统的可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，启动可视化框架模块的处理程序，进行处理任务的解析，数字卫星模型构建模块在cesium构建的可视化场景视窗进行数字卫星三维模型显示；
S2，利用轨道计算模块获取步骤S1中所述可视化场景视窗中所有空间目标的轨道根数，根据获取的轨道根数计算空间目标在J2000坐标系中的位置，基于时间序列上的空间目标位置，拟合卫星轨道，构建以数字地球为中心的可视化场景展示于可视化场景视窗中；
S3，通过切换菜单切换视窗中心卫星，利用个空间目标和恒星的空间关系，通过轨道计算模块重新计算空间目标在可视化场景中的位置，完成后展示在可视化场景视窗中；
S4，重复切换视窗中心卫星，通过基础的漫游工具在所述可视化场景视窗中查看视窗中心卫星的三维模型；
S5，通过姿态调整按钮，重绘数字太空的各目标要素，所述目标要素包括空间目标的轨道和姿态，从而在可视化框架模块中显示不同视角的太空场景。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述空间目标包括视窗中心卫星和其他所有非视窗中心卫星；所述视窗中心卫星为任意选择的某一GEO轨道卫星，所述非视窗中心卫星包括除了所述视窗中心卫星以外的视窗内的所有LEO卫星、GEO卫星以及空间碎片。
4.一种计算机可读存储介质，其特征在于：介质上存有计算机程序，计算机程序运行后，执行如权利要求2-3任一所述的GEO轨道视角的数字太空场景可视化方法。
5.一种计算机系统，其特征在于：包括处理器、存储介质，存储介质上存有计算机程序，处理器从存储介质上读取并运行计算机程序以执行如权利要求2-3任一所述的GEO轨道视角的数字太空场景可视化方法。
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