本發(fā)明涉及衛(wèi)星軌道仿真領(lǐng)域，尤其涉及一種衛(wèi)星軌道仿真方法及裝置。
背景技術(shù)：
：隨著衛(wèi)星應(yīng)用越來(lái)越廣，在各種工程應(yīng)用場(chǎng)合，為了實(shí)時(shí)掌握衛(wèi)星運(yùn)行狀況，需要對(duì)衛(wèi)星軌道進(jìn)行仿真計(jì)算。例如在研究對(duì)地觀測(cè)小衛(wèi)星的區(qū)域覆蓋性能時(shí)，需要對(duì)衛(wèi)星的軌道解算過(guò)程進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的衛(wèi)星軌道是否滿足區(qū)域覆蓋要求；又如，在研究星載傳感器系統(tǒng)如合成孔徑雷達(dá)(SyntheticApertureRadar，簡(jiǎn)稱SAR)仿真系統(tǒng)時(shí)，由于衛(wèi)星是在特定的軌道上飛行，也需要對(duì)衛(wèi)星軌道進(jìn)行建模仿真，以便為星載SAR仿真系統(tǒng)提供載體運(yùn)行激勵(lì)數(shù)據(jù)；再如，在研究多顆衛(wèi)星編隊(duì)飛行以共同完成一項(xiàng)任務(wù)或者一顆衛(wèi)星圍繞另一顆衛(wèi)星繞飛以完成對(duì)繞飛目標(biāo)的觀測(cè)時(shí)，需要同時(shí)對(duì)多顆衛(wèi)星進(jìn)行運(yùn)行軌道仿真計(jì)算，以考察各顆衛(wèi)星的運(yùn)行軌道是否滿足要求。目前使用最多的仿真工具包是衛(wèi)星工具包(SatelliteToolKit，簡(jiǎn)稱STK)。STK能夠針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，根據(jù)衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)原理，建立很精確的衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)定衛(wèi)星軌道參數(shù)，對(duì)衛(wèi)星軌道進(jìn)行仿真計(jì)算。STK工具包可以在一定程度上滿足人們進(jìn)行單顆衛(wèi)星軌道仿真計(jì)算以及多顆衛(wèi)星之間的相對(duì)軌道計(jì)算要求，但是，該工具包存在封閉性(源碼不開放)，不方便嵌入軌道控制算法程序，且單顆衛(wèi)星軌道仿真工具包只能進(jìn)行單顆衛(wèi)星軌道仿真，多顆衛(wèi)星軌道仿真工具包只能進(jìn)行多顆衛(wèi)星軌道仿真，對(duì)于不同的仿真應(yīng)用需要分別建立不同的仿真程序才可以完成。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)存的衛(wèi)星軌道仿真工具和方法中的不足，本發(fā)明提出一種衛(wèi)星軌道仿真方法及裝置，能夠同時(shí)滿足單顆衛(wèi)星軌道仿真、多顆衛(wèi)星軌道仿真及衛(wèi)星變軌控制仿真要求。本發(fā)明提供一種衛(wèi)星軌道仿真方法，包括：獲取衛(wèi)星軌道仿真需要的總體仿真參數(shù)，所述總體仿真參數(shù)包括：衛(wèi)星顆數(shù)、各顆衛(wèi)星質(zhì)量和總仿真時(shí)間；依據(jù)所述總體仿真參數(shù)，獲取各衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)，所述軌道參數(shù)包括：衛(wèi)星在當(dāng)前所處軌道的位置和速度分量；判斷是否存在變軌控制要求；如果是，則以所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、所述各顆衛(wèi)星質(zhì)量和所述變軌控制要求作為軌道優(yōu)化的輸入，調(diào)用軌道優(yōu)化程序，計(jì)算得到從所述慣性系下的軌道參數(shù)變化到最終軌道參數(shù)所需要的變軌次數(shù)以及每次變軌時(shí)的速度增量，并將每次變軌時(shí)的速度增量分別變換為對(duì)衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)模型的變軌加速度；如果否，則將衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)模型的變軌加速度設(shè)置為0；計(jì)算得到外部加速度，所述外部加速度為所述衛(wèi)星在當(dāng)前所處軌道位置上所受的環(huán)境因素所產(chǎn)生的加速度；將變軌時(shí)的速度增量變換得到的變軌加速度和所述外部加速度進(jìn)行求和，獲得總體加速度；以所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、所述總體加速度、所述總仿真時(shí)間作為輸入，調(diào)用軌道動(dòng)力學(xué)解算程序計(jì)算獲得所述衛(wèi)星的軌道解算數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，所述依據(jù)所述總體仿真參數(shù)，獲取各衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)，包括：判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是多顆衛(wèi)星軌道仿真還是單顆衛(wèi)星軌道仿真；如果是多顆衛(wèi)星軌道仿真，則選擇一顆衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星并獲取其在慣性系下的軌道參數(shù)，再獲取其他衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，并依據(jù)所述其他衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，計(jì)算得到其他衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)。如果是單顆衛(wèi)星軌道仿真，則獲取所述單顆衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)；進(jìn)一步地，所述依據(jù)所述總體仿真參數(shù)，獲取各衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)，包括：判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是多顆衛(wèi)星軌道仿真還是單顆衛(wèi)星軌道仿真；如果是多顆衛(wèi)星軌道仿真，則選擇一顆衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星并獲取其六要素軌道參數(shù)，并將所述參考衛(wèi)星的六要素軌道參數(shù)轉(zhuǎn)化為慣性系下的軌道參數(shù)，再獲取其他衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，依據(jù)所述其他衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)參考衛(wèi)星的位置和速度分量，計(jì)算得到其他衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)。如果是單顆衛(wèi)星軌道仿真，則獲取所述單顆衛(wèi)星的六要素軌道參數(shù)，并將所述六要素軌道參數(shù)轉(zhuǎn)化為慣性系下的軌道參數(shù)；進(jìn)一步地，所述以所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、所述各顆衛(wèi)星質(zhì)量和所述變軌控制要求作為軌道優(yōu)化的輸入，調(diào)用軌道優(yōu)化程序，計(jì)算得到從所述慣性系下的軌道參數(shù)變化到最終軌道參數(shù)所需要的變軌次數(shù)以及每次變軌時(shí)的速度增量，包括：由所述軌道優(yōu)化的輸入提取程序輸入?yún)?shù)；利用所述程序輸入?yún)?shù)構(gòu)造優(yōu)化模型，所述優(yōu)化模型包括決策變量、目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)；利用優(yōu)化算法計(jì)算得到所述優(yōu)化模型中的決策變量；將所述決策變量轉(zhuǎn)換為變軌控制參數(shù)并輸出，得到變軌次數(shù)以及每次變軌時(shí)的速度增量。進(jìn)一步地，所述以所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、所述總體加速度、所述總仿真時(shí)間作為輸入，調(diào)用軌道動(dòng)力學(xué)解算程序計(jì)算獲得所述衛(wèi)星的軌道解算數(shù)據(jù)，包括：由所述總仿真時(shí)間確定仿真步長(zhǎng)和當(dāng)前仿真時(shí)間；利用所述總體加速度構(gòu)造軌道動(dòng)力學(xué)方程；根據(jù)衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、所述仿真步長(zhǎng)和當(dāng)前仿真時(shí)間，利用微分方程解算算法對(duì)所述軌道動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行解算，獲得所述衛(wèi)星的軌道解算數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供一種衛(wèi)星軌道仿真裝置，包括：總體仿真參數(shù)獲取單元，用于獲取衛(wèi)星軌道仿真需要的總體仿真參數(shù)，所述總體仿真參數(shù)包括：衛(wèi)星顆數(shù)、各顆衛(wèi)星質(zhì)量和總仿真時(shí)間；軌道參數(shù)獲取單元，用于依據(jù)所述總體仿真參數(shù)，獲取各衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)，所述軌道參數(shù)包括：衛(wèi)星在當(dāng)前所處軌道的位置和速度分量；變軌判斷單元，用于判斷是否存在變軌控制要求；調(diào)用計(jì)算單元，用于所述變軌判斷單元判斷存在變軌控制要求時(shí)，以所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、所述各顆衛(wèi)星質(zhì)量和所述變軌控制要求作為軌道優(yōu)化的輸入，調(diào)用軌道優(yōu)化程序，計(jì)算得到從所述慣性系下的軌道參數(shù)變化到最終軌道參數(shù)所需要的變軌次數(shù)以及每次變軌時(shí)的速度增量；變換單元，用于將每次變軌時(shí)的速度增量分別變換為對(duì)衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)模型的變軌加速度；置零單元，用于所述變軌判斷單元判斷不存在變軌控制要求時(shí)，將衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)模型的變軌加速度設(shè)置為0；外部加速度計(jì)算單元，用于計(jì)算得到外部加速度，所述外部加速度為所述衛(wèi)星在當(dāng)前所處軌道位置上所受的環(huán)境因素所產(chǎn)生的加速度；加速度求和單元，用于將變軌時(shí)的速度增量變換得到的變軌加速度和所述外部加速度進(jìn)行求和，獲得總體加速度；軌道解算單元，用于以所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、所述總體加速度、所述總仿真時(shí)間作為輸入，調(diào)用軌道動(dòng)力學(xué)解算程序計(jì)算獲得所述衛(wèi)星的軌道解算數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，所述軌道參數(shù)獲取單元，包括：第一判斷單元，用于判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是多顆衛(wèi)星軌道仿真還是單顆衛(wèi)星軌道仿真；第一多顆衛(wèi)星軌道參數(shù)獲取單元，用于所述第一判斷單元判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是多顆衛(wèi)星軌道仿真時(shí)，選擇一顆衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星并獲取其在慣性系下的軌道參數(shù)，獲取其他衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，并依據(jù)所述其他衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，計(jì)算得到其他衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)。第一單顆衛(wèi)星軌道參數(shù)獲取單元，用于所述第一判斷單元判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是單顆衛(wèi)星軌道仿真時(shí)，獲取所述單顆衛(wèi)星的慣性系下的軌道參數(shù)；進(jìn)一步地，所述軌道參數(shù)獲取單元，包括：第二判斷單元，用于判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是多顆衛(wèi)星軌道仿真還是單顆衛(wèi)星軌道仿真；第二多顆衛(wèi)星軌道參數(shù)獲取單元，用于所述第二判斷單元判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是多顆衛(wèi)星軌道仿真時(shí)，選擇一顆衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星并獲取其六要素軌道參數(shù)，并將所述參考衛(wèi)星的六要素軌道參數(shù)轉(zhuǎn)化為慣性系下的軌道參數(shù)，再獲取其他衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，依據(jù)所述其他衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)參考衛(wèi)星的位置和速度分量，計(jì)算得到其他衛(wèi)星的慣性系下的軌道參數(shù)。第二單顆衛(wèi)星軌道參數(shù)獲取單元，用于所述第二判斷單元判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是單顆衛(wèi)星軌道仿真時(shí)，獲取所述單顆衛(wèi)星的六要素軌道參數(shù)，并將所述六要素軌道參數(shù)轉(zhuǎn)化為慣性系下的軌道參數(shù)；進(jìn)一步地，所述調(diào)用計(jì)算單元，包括：輸入?yún)?shù)提取單元，用于由所述軌道優(yōu)化的輸入提取程序輸入?yún)?shù)；優(yōu)化模型構(gòu)造單元，用于利用所述程序輸入?yún)?shù)構(gòu)造優(yōu)化模型，所述優(yōu)化模型包括決策變量、目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)；計(jì)算單元，用于利用優(yōu)化算法計(jì)算得到所述優(yōu)化模型中的決策變量；輸出轉(zhuǎn)換單元，用于將所述決策變量轉(zhuǎn)換為變軌控制參數(shù)并輸出，得到變軌次數(shù)以及每次變軌時(shí)的速度增量。進(jìn)一步地，所述軌道解算單元，包括：參數(shù)提取單元，用于由所述總仿真時(shí)間確定仿真步長(zhǎng)和當(dāng)前仿真時(shí)間；方程構(gòu)造單元，用于利用所述總體加速度構(gòu)造軌道動(dòng)力學(xué)方程；方程解算單元，用于根據(jù)衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、所述仿真步長(zhǎng)和當(dāng)前仿真時(shí)間，利用微分方程解算算法對(duì)所述軌道動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行解算，獲得所述衛(wèi)星的軌道解算數(shù)據(jù)。本發(fā)明采用上述的方法及裝置，所取得的有益效果在于：本發(fā)明提出的衛(wèi)星軌道仿真方法及裝置，根據(jù)總體仿真參數(shù)，獲取待仿真衛(wèi)星的軌道參數(shù)，調(diào)用軌道動(dòng)力學(xué)解算程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的軌道仿真。對(duì)于不同的衛(wèi)星顆數(shù)，本發(fā)明的仿真方法能夠分別獲取衛(wèi)星軌道參數(shù)，實(shí)現(xiàn)仿真，滿足了不同用途的軌道仿真。本發(fā)明的方案，通過(guò)調(diào)用軌道優(yōu)化程序，滿足了衛(wèi)星軌道變軌控制要求，打破了傳統(tǒng)仿真工具的碼源封閉性。附圖說(shuō)明為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明實(shí)施例公開的一種衛(wèi)星軌道仿真方法的流程示意圖；圖2是變軌控制程序計(jì)算流程示意圖；圖3是軌道解算程序計(jì)算流程示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例公開的一種衛(wèi)星軌道仿真裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例公開了一種衛(wèi)星軌道仿真方法，參見(jiàn)圖1，該方法包括：S101、獲取衛(wèi)星軌道仿真需要的總體仿真參數(shù)，所述總體仿真參數(shù)包括：衛(wèi)星顆數(shù)、各顆衛(wèi)星質(zhì)量和總仿真時(shí)間；從衛(wèi)星顆數(shù)可以看出仿真需求是進(jìn)行單顆衛(wèi)星軌道仿真還是多顆衛(wèi)星軌道仿真，方便下一步針對(duì)不同情況作出不同處理；對(duì)于不同的衛(wèi)星，其質(zhì)量不同，則在相同的外力作用下其加速度不同，從而其運(yùn)動(dòng)速度也會(huì)有差別，因此針對(duì)不同的衛(wèi)星需要明確其質(zhì)量大??；對(duì)于衛(wèi)星軌道仿真，需要設(shè)置起始仿真時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，以“年-月-日-時(shí)-分-秒”的形式表示，仿真程序會(huì)自動(dòng)將時(shí)間轉(zhuǎn)換為以秒表示的總仿真時(shí)間。S102、依據(jù)所述總體仿真參數(shù)，獲取各衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)，所述軌道參數(shù)包括：衛(wèi)星在當(dāng)前所處軌道的位置和速度分量；根據(jù)衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)基本原理，若要實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星軌道變軌控制要求，則需要改變其速度，因此以位置和速度分量來(lái)描述衛(wèi)星軌道參數(shù)，是直觀合理的模型描述方法。在衛(wèi)星軌道仿真中只要衛(wèi)星軌道參數(shù)確定了，在不考慮外界擾動(dòng)的情況下，其軌道形狀、運(yùn)行周期也就確定了，因此，根據(jù)獲取的衛(wèi)星慣性系下的軌道參數(shù)，就能對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行軌道進(jìn)行仿真。S103、判斷是否存在變軌控制要求；如果是，則執(zhí)行步驟S104、以所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、所述各顆衛(wèi)星質(zhì)量和所述變軌控制要求作為軌道優(yōu)化的輸入，調(diào)用軌道優(yōu)化程序，計(jì)算得到從所述慣性系下的軌道參數(shù)變化到最終軌道參數(shù)所需要的變軌次數(shù)以及每次變軌時(shí)的速度增量；具體的，調(diào)用所述軌道優(yōu)化程序，利用所述軌道優(yōu)化程序處理所述軌道優(yōu)化的輸入，計(jì)算得到從所述慣性系下的軌道參數(shù)變化到最終軌道參數(shù)所需要的變軌次數(shù)以及每次變軌時(shí)的速度增量。S105、將每次變軌時(shí)的速度增量分別變換為對(duì)衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)模型的變軌加速度；需要說(shuō)明的是，調(diào)用軌道優(yōu)化程序處理所述軌道優(yōu)化的輸入，計(jì)算得到從所述慣性系下的軌道參數(shù)變化到最終軌道參數(shù)所需要的變軌次數(shù)以及每次變軌時(shí)的速度增量的過(guò)程，實(shí)際上就是利用程序輸入?yún)?shù)構(gòu)造具有約束條件的優(yōu)化模型并求解優(yōu)化模型得到所需決策變量的過(guò)程。這里所述的所需決策變量，就是優(yōu)化模型中的控制量。如果否，則執(zhí)行步驟S106、將衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)模型的變軌加速度設(shè)置為0；衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)基本原理為牛頓運(yùn)動(dòng)定律，即力是產(chǎn)生加速度的原因。要改變衛(wèi)星的運(yùn)行軌道，必須改變衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度，因此需要對(duì)衛(wèi)星施加外力，產(chǎn)生加速度，從而改變速度，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星變軌控制。還需要說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)所述軌道優(yōu)化程序沒(méi)有嚴(yán)格約束，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需求任意編寫合理的軌道優(yōu)化程序，只需輸出滿足軌道變軌控制要求的加速度值即可。S107、計(jì)算得到外部加速度，所述外部加速度為所述衛(wèi)星在當(dāng)前所處軌道的位置上所受的環(huán)境因素所產(chǎn)生的加速度；具體的，衛(wèi)星在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)受到大氣阻力、其他星球?qū)ζ鋽z動(dòng)力等外力作用，這些由衛(wèi)星所處的環(huán)境產(chǎn)生的外力都會(huì)對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生一個(gè)加速度，從而對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)行速度帶來(lái)影響，計(jì)算這些外部作用力產(chǎn)生的加速度，利于全面分析衛(wèi)星運(yùn)行狀況，使軌道仿真更加精確。S108、將變軌時(shí)的速度增量變換得到的變軌加速度和所述外部加速度進(jìn)行求和，獲得總體加速度；在三維立體空間中，所有加速度都包含三個(gè)方向的分量，將衛(wèi)星受到的所有加速度都進(jìn)行求和運(yùn)算，得到一個(gè)三維的加速度值，即是衛(wèi)星的總體加速度值。S109、以所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、所述總體加速度、所述總仿真時(shí)間作為輸入，調(diào)用軌道動(dòng)力學(xué)解算程序計(jì)算獲得所述衛(wèi)星的軌道解算數(shù)據(jù)。軌道解算程序的執(zhí)行過(guò)程是利用前一步所解算得到的加速度，構(gòu)造軌道運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，再調(diào)用常用微分方程解算算法進(jìn)行軌道參數(shù)解算。本發(fā)明將衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)仿真模型進(jìn)行通用化處理，其輸入僅包括衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、總體加速度、總仿真時(shí)間，從而具有較好的通用性，是本發(fā)明得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)之一；本發(fā)明不對(duì)軌道解算程序進(jìn)行嚴(yán)格約束，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要如解算精度、解算效率等，任意編寫軌道解算程序。本發(fā)明提出的衛(wèi)星軌道仿真方法，根據(jù)總體仿真參數(shù)，獲取待仿真衛(wèi)星的軌道參數(shù)，調(diào)用軌道動(dòng)力學(xué)解算程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的軌道仿真。對(duì)于不同的衛(wèi)星顆數(shù)，本發(fā)明的仿真方法能夠分別獲取衛(wèi)星軌道參數(shù)，實(shí)現(xiàn)仿真，滿足了不同用途的軌道仿真。本發(fā)明的方案，通過(guò)調(diào)用軌道優(yōu)化程序，滿足了衛(wèi)星軌道變軌控制要求，打破了傳統(tǒng)仿真工具的碼源封閉性?？蛇x的，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述依據(jù)所述總體仿真參數(shù)，獲取各衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)，包括：1)判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是多顆衛(wèi)星軌道仿真還是單顆衛(wèi)星軌道仿真；具體的，根據(jù)所述的衛(wèi)星顆數(shù)判斷是多顆衛(wèi)星軌道仿真還是單顆衛(wèi)星軌道仿真，如果顆數(shù)為1，則屬于單顆衛(wèi)星軌道仿真；如果是大于1的正整數(shù)，則屬于多顆衛(wèi)星軌道仿真。2)如果是多顆衛(wèi)星軌道仿真，則選擇一顆衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星并獲取其在慣性系下的軌道參數(shù)，獲取其他衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，并依據(jù)所述其他衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，計(jì)算得到其他衛(wèi)星的慣性系下的軌道參數(shù)。在多顆衛(wèi)星軌道仿真中，存在多顆衛(wèi)星協(xié)同飛行的情況下，以相對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)來(lái)描述多顆衛(wèi)星之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是最直觀、方便的方法，因此，在此處建立相對(duì)坐標(biāo)系，獲取其他衛(wèi)星在相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)參考衛(wèi)星的位置和速度分量，簡(jiǎn)便且直觀，充分利用了相對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)的優(yōu)勢(shì)。為了方便下一步調(diào)用通用軌道解算程序，完成衛(wèi)星軌道仿真解算，需要將衛(wèi)星在相對(duì)系下的坐標(biāo)變換到慣性系。以上，將絕對(duì)慣性系坐標(biāo)和相對(duì)坐標(biāo)系坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，綜合利用絕對(duì)運(yùn)動(dòng)模型和相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型的各自優(yōu)勢(shì)，同時(shí)滿足單顆衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)仿真和多顆衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)仿真要求。3)如果是單顆衛(wèi)星軌道仿真，則獲取所述單顆衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)；所述慣性系下的軌道參數(shù)包括：衛(wèi)星在慣性系下的三個(gè)方向的位置分量和三個(gè)方向的速度分量。還需要說(shuō)明的是，在另一實(shí)施例中，若判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是單顆衛(wèi)星軌道仿真，獲取衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)，還可以包括：選擇所述衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星，并獲取該衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)；獲取所述衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，并依據(jù)所述衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，計(jì)算得到所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)。具體的，若對(duì)單顆衛(wèi)星進(jìn)行軌道仿真，可以將待仿真的單顆衛(wèi)星設(shè)置為對(duì)兩顆同樣的衛(wèi)星進(jìn)行仿真，一顆衛(wèi)星作為另一顆衛(wèi)星的參考衛(wèi)星，再獲取所述參考衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)，以及，所述衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，并依據(jù)所述衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，計(jì)算得到所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)?？蛇x的，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述依據(jù)所述總體仿真參數(shù)，獲取衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)，包括：1)判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是多顆衛(wèi)星軌道仿真還是單顆衛(wèi)星軌道仿真；同樣，根據(jù)所述的衛(wèi)星顆數(shù)判斷是多顆衛(wèi)星軌道仿真還是單顆衛(wèi)星軌道仿真，如果顆數(shù)為1，則屬于單顆衛(wèi)星軌道仿真；如果是大于1的正整數(shù)，則屬于多顆衛(wèi)星軌道仿真。2)如果是多顆衛(wèi)星軌道仿真，則選擇一顆衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星并獲取其六要素軌道參數(shù)，并將所述參考衛(wèi)星的六要素軌道參數(shù)轉(zhuǎn)化為慣性系下的軌道參數(shù)，再獲取其他衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，依據(jù)所述其他衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)參考衛(wèi)星的位置和速度分量，計(jì)算得到其他衛(wèi)星的慣性系下的軌道參數(shù)。其中，所述六要素軌道參數(shù)，可簡(jiǎn)稱為衛(wèi)星軌道六要素，軌道六要素包括：a長(zhǎng)半軸i軌道傾角W升交點(diǎn)地理經(jīng)度w近地點(diǎn)幅角e偏心率M平近點(diǎn)角軌道六要素是經(jīng)典的表示衛(wèi)星軌道的方法，其對(duì)衛(wèi)星軌道的描述全面具體。而在存在變軌控制的衛(wèi)星軌道仿真中，需要改變衛(wèi)星軌道速度，用衛(wèi)星的速度和位置分量表示衛(wèi)星的軌道參數(shù)更加直接合理，因此，此處根據(jù)衛(wèi)星軌道六要素，利用數(shù)學(xué)運(yùn)算，將所述素軌道六要參數(shù)轉(zhuǎn)換為慣性系下的軌道參數(shù)，即衛(wèi)星位置和速度分量。假設(shè)將所述素軌道六要參數(shù)轉(zhuǎn)換為慣性系下的軌道參數(shù)即衛(wèi)星位置和速度分量所調(diào)用函數(shù)為[RV]＝El2RV(a,i,W,w,e,M)其中，a為長(zhǎng)半軸；i為軌道傾角；W為升交點(diǎn)地理經(jīng)度；w為近地點(diǎn)幅角；e為偏心率；M為平近點(diǎn)角；R為矢量，存放3個(gè)位位置分量；V為矢量，存放3個(gè)速度分量。將所述素軌道六要參數(shù)轉(zhuǎn)換為慣性系下的軌道參數(shù)即衛(wèi)星位置和速度分量的計(jì)算過(guò)程中，需要用到常值變量mu，mu＝G*M＝3.98600436e5，其中G為引力常數(shù)，M為地球質(zhì)量。計(jì)算過(guò)程如下：第一步：根據(jù)平近點(diǎn)角M，計(jì)算偏近點(diǎn)角E，再根據(jù)偏近點(diǎn)角E，計(jì)算真近點(diǎn)角f，計(jì)算過(guò)程如下：根據(jù)E＝M+e*sin(E)，采用迭代計(jì)算方法，計(jì)算得到偏近點(diǎn)角E，再根據(jù)公式tan(f/2)＝(sqrt((1+e)/(1-e)))*tan(E/2)計(jì)算得到真近點(diǎn)角f。第二步：根據(jù)a和e，計(jì)算中間變量p當(dāng)e不等于1時(shí)，p＝a*(1-e)*(1+e)當(dāng)e等于1時(shí)，p＝a*(1+e)第三步：根據(jù)真近點(diǎn)角f，計(jì)算三角函數(shù)cf＝cos(f)sf＝sin(f)第四步：計(jì)算軌道坐標(biāo)系下的位置分量和速度分量R＝p/(1+e*cf)*[cf；sf；0]V＝sqrt(mu/p)*[-sf；e+cf；0]第五步：利用矩陣運(yùn)算，將軌道坐標(biāo)系下的位置和速度分量，變換為慣性系統(tǒng)下的位置和速度分量。上述公式中，sqrt表示開方計(jì)算，sin表示正弦運(yùn)算，cos表示余弦運(yùn)算，tan表示正切運(yùn)算。3)如果是單顆衛(wèi)星軌道仿真，則獲取所述單顆衛(wèi)星的素軌道六要參數(shù)，并將所述素軌道六要參數(shù)轉(zhuǎn)換為慣性系下的軌道參數(shù)；同樣，還需要說(shuō)明的是，在另一實(shí)施例中，若判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是單顆衛(wèi)星軌道仿真，獲取衛(wèi)星的慣性系下的軌道參數(shù)，還可以包括：選擇所述衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星，獲取該衛(wèi)星的六要素軌道參數(shù)，并轉(zhuǎn)化為慣性系下的軌道參數(shù)；獲取所述衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，并依據(jù)所述衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，計(jì)算得到所述衛(wèi)星的慣性系下的軌道參數(shù)。具體的，若對(duì)單顆衛(wèi)星進(jìn)行軌道仿真，可以將待仿真的單顆衛(wèi)星設(shè)置為對(duì)兩顆同樣的衛(wèi)星進(jìn)行仿真，一顆衛(wèi)星作為另一顆衛(wèi)星的參考衛(wèi)星，再獲取所述參考衛(wèi)星的六要素軌道參數(shù)，并轉(zhuǎn)換為慣性系下的軌道參數(shù)，進(jìn)而獲取所述衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，并依據(jù)所述衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，計(jì)算得到所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)。還需要說(shuō)明的是，在上述實(shí)施例中，步驟S104中，需要采用軌道優(yōu)化程序完成衛(wèi)星軌道仿真中的變軌控制，在需要對(duì)至少兩個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行衛(wèi)星軌道仿真，或者對(duì)單顆衛(wèi)星進(jìn)行衛(wèi)星軌道仿真，且采用的是自己作為自己的參考衛(wèi)星的方式這兩種情況中，變軌控制的思想是：利用優(yōu)化算法，計(jì)算出作用在待變軌衛(wèi)星本體上的加速度值，使得待變軌衛(wèi)星向參考衛(wèi)星靠近，并與參考衛(wèi)星維持相對(duì)位置，以保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)(以相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程表示)，從而保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)隊(duì)形。若需要采用軌道優(yōu)化程序?qū)晤w衛(wèi)星進(jìn)行衛(wèi)星軌道仿真，變軌控制的思想為：利用優(yōu)化算法，計(jì)算出作用在待變軌衛(wèi)星本體上的加速度值，使得待變軌衛(wèi)星向最終軌道參數(shù)對(duì)應(yīng)的軌道靠近?；诖?，本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述以所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、所述各顆衛(wèi)星質(zhì)量和所述變軌控制要求作為軌道優(yōu)化的輸入，調(diào)用軌道優(yōu)化程序，計(jì)算得到從所述慣性系下的軌道參數(shù)變化到最終軌道參數(shù)所需要的變軌次數(shù)以及每次變軌時(shí)的速度增量，參見(jiàn)圖2，包括：S201、由所述軌道優(yōu)化的輸入提取程序輸入?yún)?shù)；具體的，執(zhí)行所述軌道優(yōu)化程序，從所述軌道優(yōu)化的輸入中提取得到程序輸入?yún)?shù)，其中，由所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)提取待變軌衛(wèi)星當(dāng)前的狀態(tài)(包括位置和速度)；由所述變軌控制要求提取待變軌衛(wèi)星最終要達(dá)到的狀態(tài)(包括位置和速度)、變軌的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間及變軌過(guò)程的約束條件等信息。進(jìn)一步地，為便于程序調(diào)用，將待變軌衛(wèi)星當(dāng)前的狀態(tài)(包括位置和速度)和待變軌衛(wèi)星最終要達(dá)到的狀態(tài)(包括位置和速度)放在一起用參數(shù)state表示；將變軌的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間等信息放在一起用參數(shù)goals表示；將變軌過(guò)程的約束條件，例如每次推力值最大不能超過(guò)多少(對(duì)應(yīng)到相應(yīng)加速度值最大不能超過(guò)多少)、總的加速度值不能超過(guò)多少等信息歸結(jié)到一起用參數(shù)parameters表示。S202、利用所述程序輸入?yún)?shù)構(gòu)造優(yōu)化模型，所述優(yōu)化模型包括決策變量、目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)；具體的，根據(jù)程序輸入?yún)?shù)中state和goals，按照優(yōu)化模型公式(2)構(gòu)造矩陣A；根據(jù)程序輸入?yún)?shù)中的parameters，按照優(yōu)化模型公式(2)構(gòu)造約束向量b。其中，公式(2)為具體的，上述公式(2)采用以下方法計(jì)算得到：在相對(duì)坐標(biāo)系中，假設(shè)待變軌星與參考衛(wèi)星受到的加速度總和之差表示為加速度只包含3個(gè)分量，分別為沿x、y、z三個(gè)坐標(biāo)系方向，則兩者相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程為：x··-2nz·=Δfx]]>y··+n2y=Δfy]]>z··+2nx·-3n2z=Δfz]]>其中，兩星的相對(duì)位置以x、y、z表示，速度分別以一階導(dǎo)數(shù)表示，加速度分別以二階導(dǎo)數(shù)表示，n表示參考衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)角速度。以上述相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程改寫成如下形式：x·y·z·x··y··z··=000100000010000001000002n0-n20000003n2-2n00xyzx·y·z·+000000000100010001ΔfxΔfyΔfz]]>簡(jiǎn)化寫成其中，A為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。對(duì)上式進(jìn)行離散化后得到假設(shè)k從0開始，也就是開始變軌時(shí)間從0開始，則上式(1)表示第1個(gè)離散周期的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程，對(duì)于第2個(gè)離散周期，狀態(tài)方程表示為對(duì)于第3個(gè)離散周期，狀態(tài)方程表示為依此類推，對(duì)于第n個(gè)離散周期，狀態(tài)方程表示為：其中，是所有控制量即變軌所需加速度所組成的列向量。這里的n，是根據(jù)程序輸入?yún)?shù)goals變軌結(jié)束時(shí)間來(lái)確定的。假設(shè)理想終態(tài)用表示，即并令則有這里的理想終態(tài)就是根據(jù)程序輸入?yún)?shù)states中存放的待變軌衛(wèi)星最終要達(dá)到的狀態(tài)(包括位置和速度)來(lái)確定的。要保證經(jīng)過(guò)控制后，終態(tài)滿足理想終態(tài)的要求，令其中error表示終態(tài)控制所允許的誤差。不等式關(guān)系式變?yōu)椋涸趦?yōu)化過(guò)程中，待優(yōu)化參數(shù)是大于0的數(shù)，而控制量加速度可正可負(fù)，因此，可以引入兩個(gè)變量，設(shè)為則因此不等式約束變?yōu)檫@里的約束條件b1和b11，就是根據(jù)程序輸入?yún)?shù)parameters中存放的變軌過(guò)程的約束條件來(lái)確定的。假設(shè)進(jìn)行n次變軌控制，第1次控制為6個(gè)分量，即u(1),u(2),u(3),u(4),u(5),u(6)，其中u(1),u(2),u(3)分別對(duì)應(yīng)upx,upy,upz，u(4),u(5),u(6)分別對(duì)應(yīng)umx,umy,umz，則進(jìn)行n次控制所需要的控制量總數(shù)為6×n個(gè)。所要進(jìn)行優(yōu)化的是6×n個(gè)控制量的值，因此可以建立優(yōu)化模型如下：S203、利用優(yōu)化算法計(jì)算得到所述優(yōu)化模型中的決策變量；其中，所述控制量u是一個(gè)列向量，是所述優(yōu)化模型(2)中的決策變量，列向量的每一維都表示一個(gè)控制量，每一個(gè)控制量對(duì)應(yīng)著實(shí)際變軌控制中的每一次速度增量；可以利用任意一種適用的優(yōu)化算法求解所述控制量u，只要能求解出想要的控制量即可，例如單純形法、對(duì)偶單純形法等。S204、將所述決策變量轉(zhuǎn)換為變軌控制參數(shù)并輸出，得到變軌次數(shù)以及每次變軌時(shí)的速度增量；將優(yōu)化計(jì)算得到的控制量u轉(zhuǎn)換為變軌控制參數(shù)，存放在mvr數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中；所述變軌控制參數(shù)的向量維數(shù)表示需要的變軌次數(shù)，每一維數(shù)值大小表示對(duì)應(yīng)各次變軌速度增量值?？蛇x的，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述以所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、所述總體加速度、所述總仿真時(shí)間作為輸入，調(diào)用軌道動(dòng)力學(xué)解算程序計(jì)算獲得所述衛(wèi)星的軌道解算數(shù)據(jù)，如圖3所示，包括：S301、由所述總仿真時(shí)間確定仿真步長(zhǎng)和當(dāng)前仿真時(shí)間；將總仿真時(shí)間根據(jù)實(shí)際情況分成若干個(gè)區(qū)間，每一區(qū)間表示一個(gè)仿真步長(zhǎng)，當(dāng)前仿真區(qū)間的開始時(shí)間表示當(dāng)前仿真時(shí)間。假設(shè)總仿真時(shí)間為SimTime，并假設(shè)希望經(jīng)過(guò)N次循環(huán)仿真就完成軌道仿真過(guò)程，則每次仿真步長(zhǎng)為dTSim＝SimTime/N假設(shè)當(dāng)前已經(jīng)經(jīng)過(guò)第k次仿真，則當(dāng)前仿真時(shí)間為t＝k*dTSimS302、利用所述總體加速度構(gòu)造軌道動(dòng)力學(xué)方程；在實(shí)際運(yùn)用中，以ForbTest函數(shù)代表用于構(gòu)造軌道動(dòng)力學(xué)方程的過(guò)程，以總體加速度作為ForbTest函數(shù)的輸入，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理構(gòu)造軌道動(dòng)力學(xué)方程，其構(gòu)成過(guò)程說(shuō)明如下：假設(shè)衛(wèi)星在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)不受攝動(dòng)作用，沿Kepler(開普勒)軌道運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方程為：假設(shè)衛(wèi)星受到控制力為相應(yīng)的控制加速度為其運(yùn)動(dòng)方程變?yōu)椋航?jīng)過(guò)前一步所解算得到的加速度，包括變軌控制所需要的加速度、衛(wèi)星在軌道上運(yùn)動(dòng)所受到的環(huán)境和攝動(dòng)力所引起的加速等，利用公式(3)就可以構(gòu)造軌道動(dòng)力學(xué)方程。公式(3)中的等式右端就是所述總體加速度，因此將計(jì)算得到的總體加速度賦值到公式(3)中的右端變量就實(shí)現(xiàn)了軌道動(dòng)力學(xué)方程的構(gòu)造過(guò)程。S303、根據(jù)衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、所述仿真步長(zhǎng)和當(dāng)前仿真時(shí)間，利用微分方程解算算法對(duì)軌道動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行解算，獲得所述衛(wèi)星的軌道解算數(shù)據(jù)。可以利用任意一種常用的微分方程解算算法，如龍格庫(kù)塔法等，具體利用那種算法，可以根據(jù)仿真步長(zhǎng)、仿真精度及仿真效率要求來(lái)綜合考慮。為了更好說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的方案，下面通過(guò)具體舉例說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例公開的技術(shù)方案。假設(shè)要進(jìn)行兩顆星變軌計(jì)算，變軌要求是：兩顆星各自有各自的初始位置，經(jīng)過(guò)變軌，讓其中一顆星向另一顆星靠近(另一顆星稱為參考衛(wèi)星)，則計(jì)算程序框架如下：(1)設(shè)置總體仿真參數(shù)；具體的，設(shè)置仿真衛(wèi)星顆數(shù)為2，且設(shè)置第1顆衛(wèi)星為參考衛(wèi)星，第2顆衛(wèi)星為待變軌衛(wèi)星；分別設(shè)置兩顆衛(wèi)星的軌道六要素；設(shè)置總仿真時(shí)間為100000s；另外還可以設(shè)置變軌控制約束條件，如在該例中設(shè)置解算位置誤差及解算速度誤差分別為5e-3，一次施加變軌最小推力值為0.0005kN，每次變軌推力持續(xù)時(shí)間為10s。(2)將兩顆衛(wèi)星的軌道六要素分別轉(zhuǎn)換為在慣性坐標(biāo)系下的位置分量和速度分量，以及在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系下的位置分量和速度分量；(3)設(shè)置變軌控制的參數(shù)；具體的，由于第2顆衛(wèi)星的變軌目的是靠近第1顆衛(wèi)星，因此以第1顆衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)(即在慣性系下的位置分量和速度分量)作為第2顆衛(wèi)星的最終狀態(tài)；以第2顆衛(wèi)星在相對(duì)坐標(biāo)系下的軌道參數(shù)作為變軌控制的初始軌道參數(shù)；提取第2顆衛(wèi)星的質(zhì)量數(shù)據(jù)；設(shè)置開始變軌時(shí)間為1000s，結(jié)束變軌時(shí)間為10000s。(4)調(diào)用變軌控制程序計(jì)算變軌所需速度增量；具體的，以第2顆衛(wèi)星的變軌控制初始軌道參數(shù)、變軌最終狀態(tài)、變軌開始時(shí)間、變軌結(jié)束時(shí)間、變軌控制約束條件為變軌控制程序的輸入，計(jì)算變軌所需的速度增量，并由所得的速度增量計(jì)算實(shí)現(xiàn)該速度增量所需的變軌加速度(參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系下的加速度)。另外，由于第1顆衛(wèi)星不需要進(jìn)行變軌控制，因此將第1顆衛(wèi)星的變軌加速度值設(shè)置為0。(5)對(duì)兩顆衛(wèi)星分別計(jì)算由大氣阻力引起的加速度；(6)將兩顆衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系下的變軌加速度變換到慣性坐標(biāo)系下；(7)將由大氣阻力引起的加速度和慣性系下的變軌加速度進(jìn)行求和，得到第2顆衛(wèi)星的總體加速度值；對(duì)于第1顆衛(wèi)星，由于其不需要進(jìn)行變軌控制，因此第1顆衛(wèi)星所受的總體加速度值即為受到的大氣阻力引起的加速度值；(8)對(duì)于兩顆衛(wèi)星，分別以當(dāng)前慣性系下的軌道參數(shù)(即在慣性系下的位置分量和速度分量)、總體加速度值、總仿真時(shí)間作為輸入，調(diào)用軌道動(dòng)力學(xué)解算程序計(jì)算衛(wèi)星軌道解算數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)施例公開了一種衛(wèi)星軌道仿真裝置，參見(jiàn)圖4，該裝置包括：總體仿真參數(shù)獲取單元201，用于獲取衛(wèi)星軌道仿真需要的總體仿真參數(shù)，所述總體仿真參數(shù)包括：衛(wèi)星顆數(shù)、各顆衛(wèi)星質(zhì)量和總仿真時(shí)間；從衛(wèi)星顆數(shù)可以看出仿真需求是進(jìn)行單顆衛(wèi)星軌道仿真還是多顆衛(wèi)星軌道仿真，方便下一步針對(duì)不同情況作出不同處理；對(duì)于不同的衛(wèi)星，其質(zhì)量不同，則在相同的外力作用下其加速度不同，從而其運(yùn)動(dòng)速度也會(huì)有差別，因此針對(duì)不同的衛(wèi)星需要明確其質(zhì)量大?。粚?duì)于衛(wèi)星軌道仿真，需要設(shè)置起始仿真時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，以“年-月-日-時(shí)-分-秒”的形式表示，仿真程序會(huì)自動(dòng)將時(shí)間轉(zhuǎn)換為以秒表示的總仿真時(shí)間。軌道參數(shù)獲取單元202，用于依據(jù)所述總體仿真參數(shù)，獲取各衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)，所述軌道參數(shù)包括：衛(wèi)星在當(dāng)前所處軌道的位置和速度分量；根據(jù)衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)基本原理，若要實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星軌道變軌控制要求，則需要改變其速度，因此以位置和速度分量來(lái)描述衛(wèi)星軌道參數(shù)，是直觀合理的模型描述方法。在衛(wèi)星軌道仿真中只要衛(wèi)星軌道參數(shù)確定了，在不考慮外界擾動(dòng)的情況下，其軌道形狀、運(yùn)行周期也就確定了，因此，根據(jù)獲取的衛(wèi)星慣性系下的軌道參數(shù)，就能對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行軌道進(jìn)行仿真。變軌判斷單元203，用于判斷是否存在變軌控制要求；調(diào)用計(jì)算單元204，用于所述變軌判斷單元203判斷存在變軌控制要求時(shí)，以所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、所述各顆衛(wèi)星質(zhì)量和所述變軌控制要求作為軌道優(yōu)化的輸入，調(diào)用軌道優(yōu)化程序，計(jì)算得到從所述慣性系下的軌道參數(shù)變化到最終軌道參數(shù)所需要的變軌次數(shù)以及每次變軌時(shí)的速度增量；具體的，調(diào)用計(jì)算單元204調(diào)用所述軌道優(yōu)化程序，利用所述軌道優(yōu)化程序處理所述軌道優(yōu)化的輸入，計(jì)算得到從所述慣性系下的軌道參數(shù)變化到最終軌道參數(shù)所需要的變軌次數(shù)以及每次變軌時(shí)的速度增量。變換單元205，用于將每次變軌時(shí)的速度增量分別變換為對(duì)衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)模型的變軌加速度；需要說(shuō)明的是，調(diào)用計(jì)算單元204調(diào)用軌道優(yōu)化程序處理所述軌道優(yōu)化的輸入，計(jì)算得到從所述慣性系下的軌道參數(shù)變化到最終軌道參數(shù)所需要的變軌次數(shù)以及每次變軌時(shí)的速度增量的過(guò)程，實(shí)際上就是利用程序輸入?yún)?shù)構(gòu)造具有約束條件的優(yōu)化模型并求解優(yōu)化模型得到所需決策變量的過(guò)程。這里所述的所需決策變量，就是優(yōu)化模型中的控制量。置零單元206，用于所述變軌判斷單元203判斷不存在變軌控制要求時(shí)，將衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)模型的變軌加速度設(shè)置為0；衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)基本原理為牛頓運(yùn)動(dòng)定律，即力是產(chǎn)生加速度的原因。要改變衛(wèi)星的運(yùn)行軌道，必須改變衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度，因此需要對(duì)衛(wèi)星施加外力，產(chǎn)生加速度，從而改變速度，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星變軌控制。還需要說(shuō)明的是，調(diào)用計(jì)算單元204不對(duì)所述軌道優(yōu)化程序做嚴(yán)格約束，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需求任意編寫合理的軌道優(yōu)化程序，只需輸出滿足軌道變軌控制要求的加速度值即可。外部加速度計(jì)算單元207，用于計(jì)算得到外部加速度，所述外部加速度為所述衛(wèi)星在當(dāng)前所處軌道的位置上所受的環(huán)境因素所產(chǎn)生的加速度；具體的，衛(wèi)星在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)受到大氣阻力、其他星球?qū)ζ鋽z動(dòng)力等外力作用，這些由衛(wèi)星所處的環(huán)境產(chǎn)生的外力都會(huì)對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生一個(gè)加速度，從而對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)行速度帶來(lái)影響，外部加速度計(jì)算單元207計(jì)算這些外部作用力產(chǎn)生的加速度，利于全面分析衛(wèi)星運(yùn)行狀況，使軌道仿真更加精確。加速度求和單元208，用于將變軌時(shí)的速度增量變換得到的變軌加速度和所述外部加速度進(jìn)行求和，獲得總體加速度；在三維立體空間中，所有加速度都包含三個(gè)方向的分量，加速度求和單元208將衛(wèi)星受到的所有加速度都進(jìn)行求和運(yùn)算，得到一個(gè)三維的加速度值，即是衛(wèi)星的總體加速度值。軌道解算單元209，用于以所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、所述總體加速度、所述總仿真時(shí)間作為輸入，調(diào)用軌道動(dòng)力學(xué)解算程序計(jì)算獲得所述衛(wèi)星的軌道解算數(shù)據(jù)。軌道解算單元209的工作過(guò)程是利用前一步所解算得到的加速度，構(gòu)造軌道運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，再調(diào)用常用微分方程解算算法進(jìn)行軌道參數(shù)解算。本發(fā)明將衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)仿真模型進(jìn)行通用化處理，其輸入僅包括衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、總體加速度、總仿真時(shí)間，從而具有較好的通用性，是本發(fā)明得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)之一；軌道解算單元209不對(duì)軌道解算程序進(jìn)行嚴(yán)格約束，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要如解算精度、解算效率等編寫軌道解算程序。本發(fā)明提出的衛(wèi)星軌道仿真裝置，根據(jù)總體仿真參數(shù)，獲取待仿真衛(wèi)星的軌道參數(shù)，調(diào)用軌道動(dòng)力學(xué)解算程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的軌道仿真。對(duì)于不同的衛(wèi)星顆數(shù)，本發(fā)明的軌道參數(shù)獲取單元202能夠分別獲取衛(wèi)星軌道參數(shù)，實(shí)現(xiàn)仿真，滿足了不同用途的軌道仿真。本發(fā)明的方案，通過(guò)調(diào)用計(jì)算單元204調(diào)用軌道優(yōu)化程序，滿足了衛(wèi)星軌道變軌控制要求，打破了傳統(tǒng)仿真工具的碼源封閉性?？蛇x的，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述軌道參數(shù)獲取單元202，包括：第一判斷單元，用于判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是多顆衛(wèi)星軌道仿真還是單顆衛(wèi)星軌道仿真；具體的，第一判斷單元根據(jù)所述的衛(wèi)星顆數(shù)判斷是多顆衛(wèi)星軌道仿真還是單顆衛(wèi)星軌道仿真，如果顆數(shù)為1，則屬于單顆衛(wèi)星軌道仿真；如果是大于1的正整數(shù)，則屬于多顆衛(wèi)星軌道仿真。第一多顆衛(wèi)星軌道參數(shù)獲取單元，用于所述第一判斷單元判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是多顆衛(wèi)星軌道仿真時(shí)，選擇一顆衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星并獲取其在慣性系下的軌道參數(shù)，獲取其他衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，并依據(jù)所述其他衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，計(jì)算得到其他衛(wèi)星的慣性系下的軌道參數(shù)。所述慣性系下的軌道參數(shù)包括：衛(wèi)星在慣性系下的三個(gè)方向的位置分量和三個(gè)方向的速度分量。在多顆衛(wèi)星軌道仿真中，存在多顆衛(wèi)星協(xié)同飛行的情況下，以相對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)來(lái)描述多顆衛(wèi)星之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是最直觀、方便的方法，因此，多顆衛(wèi)星軌道參數(shù)獲取單元建立相對(duì)坐標(biāo)系，獲取其他衛(wèi)星在相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)參考衛(wèi)星的位置和速度分量，簡(jiǎn)便且直觀，充分利用了相對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)的優(yōu)勢(shì)。為了方便下一步調(diào)用通用軌道解算程序，完成衛(wèi)星軌道仿真解算，需要將衛(wèi)星在相對(duì)系下的坐標(biāo)變換到慣性系。以上，多顆衛(wèi)星軌道參數(shù)獲取單元將絕對(duì)慣性系坐標(biāo)和相對(duì)坐標(biāo)系坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，綜合利用絕對(duì)運(yùn)動(dòng)模型和相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型的各自優(yōu)勢(shì)，同時(shí)滿足單顆衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)仿真和多顆衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)仿真參數(shù)設(shè)置要求。第一單顆衛(wèi)星軌道參數(shù)獲取單元，用于所述第一判斷單元判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是單顆衛(wèi)星軌道仿真時(shí)，獲取所述單顆衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)；還需要說(shuō)明的是，在另一實(shí)施例中，若第一判斷單元判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是單顆衛(wèi)星軌道仿真時(shí)，還可以利用第一多顆衛(wèi)星軌道參數(shù)獲取單元獲取單顆衛(wèi)星的慣性系下的軌道參數(shù)，具體包括：第一多顆衛(wèi)星軌道參數(shù)獲取單元選擇所述單顆衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星，并獲取該單顆衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)；獲取所述單顆衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，并依據(jù)所述單顆衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，計(jì)算得到所述單顆衛(wèi)星的慣性系下的軌道參數(shù)。具體的，若對(duì)單顆衛(wèi)星進(jìn)行軌道仿真，可以將待仿真的單顆衛(wèi)星設(shè)置為對(duì)兩顆同樣的衛(wèi)星進(jìn)行仿真，一顆衛(wèi)星作為另一顆衛(wèi)星的參考衛(wèi)星，再獲取所述參考衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)，以及，所述衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，并依據(jù)所述衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，計(jì)算得到所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)。可選的，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述軌道參數(shù)獲取單元202，包括：第二判斷單元，用于判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是多顆衛(wèi)星軌道仿真還是單顆衛(wèi)星軌道仿真；同樣，第二判斷單元根據(jù)所述的衛(wèi)星顆數(shù)判斷是多顆衛(wèi)星軌道仿真還是單顆衛(wèi)星軌道仿真，如果顆數(shù)為1，則屬于單顆衛(wèi)星軌道仿真；如果是大于1的正整數(shù)，則屬于多顆衛(wèi)星軌道仿真。第二多顆衛(wèi)星軌道參數(shù)獲取單元，用于所述第二判斷單元判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是多顆衛(wèi)星軌道仿真時(shí)，選擇一顆衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星并獲取其六要素軌道參數(shù)，并將所述參考衛(wèi)星的六要素軌道參數(shù)轉(zhuǎn)化為慣性系下的軌道參數(shù)，再獲取其他衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，依據(jù)所述其他衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)參考衛(wèi)星的位置和速度分量，計(jì)算得到其他衛(wèi)星的慣性系下的軌道參數(shù)。第二單顆衛(wèi)星軌道參數(shù)獲取單元，用于所述第二判斷單元判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是單顆衛(wèi)星軌道仿真時(shí)，獲取所述單顆衛(wèi)星的六要素軌道參數(shù)，并將所述六要素軌道參數(shù)轉(zhuǎn)化為慣性系下的軌道參數(shù)。具體的，本實(shí)施例中各個(gè)單元的具體工作內(nèi)容請(qǐng)參見(jiàn)對(duì)應(yīng)的方法實(shí)施例內(nèi)容，此處不再贅述。同樣，還需要說(shuō)明的是，在另一實(shí)施例中，若第二判斷單元判斷所述衛(wèi)星軌道仿真是單顆衛(wèi)星軌道仿真，還可以利用第二多顆衛(wèi)星軌道參數(shù)獲取單元獲取單顆衛(wèi)星的慣性系下的軌道參數(shù)，具體包括：第二多顆衛(wèi)星軌道參數(shù)獲取單元選擇所述單顆衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星，獲取該單顆衛(wèi)星的六要素軌道參數(shù)，并轉(zhuǎn)化為慣性系下的軌道參數(shù)；獲取所述單顆衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，并依據(jù)所述單顆衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，計(jì)算得到所述單顆衛(wèi)星的慣性系下的軌道參數(shù)。具體的，若對(duì)單顆衛(wèi)星進(jìn)行軌道仿真，可以將待仿真的單顆衛(wèi)星設(shè)置為對(duì)兩顆同樣的衛(wèi)星進(jìn)行仿真，一顆衛(wèi)星作為另一顆衛(wèi)星的參考衛(wèi)星，獲取所述參考衛(wèi)星的六要素軌道參數(shù)，以及所述衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，再將所述參考衛(wèi)星的六要素軌道參數(shù)轉(zhuǎn)化為慣性系下的軌道參數(shù)，并依據(jù)所述衛(wèi)星在參考衛(wèi)星相對(duì)坐標(biāo)系中相對(duì)所述參考衛(wèi)星的位置和速度分量，計(jì)算得到所述衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)。還需要說(shuō)明的是，在上述實(shí)施例中，若存在變軌控制要求，可以采用軌道優(yōu)化程序完成衛(wèi)星軌道仿真中的變軌控制，在需要對(duì)至少兩個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行衛(wèi)星軌道仿真，或者對(duì)單顆衛(wèi)星進(jìn)行衛(wèi)星軌道仿真，且采用的是自己作為自己的參考衛(wèi)星的方式這兩種情況中，變軌控制的思想是：利用優(yōu)化算法，計(jì)算出作用在待變軌衛(wèi)星本體上的加速度值，使得待變軌衛(wèi)星向參考衛(wèi)星靠近，并與參考衛(wèi)星維持相對(duì)位置，以保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)(以相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程表示)，從而保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)隊(duì)形。若需要采用軌道優(yōu)化程序?qū)晤w衛(wèi)星進(jìn)行變軌控制，變軌控制的思想為：利用優(yōu)化算法，計(jì)算出作用在待變軌衛(wèi)星本體上的加速度值，使得待變軌衛(wèi)星向最終軌道參數(shù)對(duì)應(yīng)的軌道靠近。可選的，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述調(diào)用計(jì)算單元204，包括：輸入?yún)?shù)提取單元，用于由所述軌道優(yōu)化的輸入提取程序輸入?yún)?shù)；優(yōu)化模型構(gòu)造單元，用于利用所述程序輸入?yún)?shù)構(gòu)造優(yōu)化模型；計(jì)算單元，用于利用優(yōu)化算法計(jì)算得到所述優(yōu)化模型中的決策變量；輸出轉(zhuǎn)換單元，用于將所述決策變量轉(zhuǎn)換為變軌控制參數(shù)并輸出，得到變軌次數(shù)以及每次變軌時(shí)的速度增量。具體的，本實(shí)施例中各個(gè)單元的具體工作內(nèi)容請(qǐng)參見(jiàn)對(duì)應(yīng)的方法實(shí)施例內(nèi)容，此處不再贅述?？蛇x的，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述軌道解算單元209，包括：參數(shù)提取單元，用于由所述總仿真時(shí)間確定仿真步長(zhǎng)和當(dāng)前仿真時(shí)間；方程構(gòu)造單元，用于利用所述總體加速度構(gòu)造軌道動(dòng)力學(xué)方程；方程解算單元，用于根據(jù)衛(wèi)星在慣性系下的軌道參數(shù)、所述仿真步長(zhǎng)和當(dāng)前仿真時(shí)間，利用微分方程解算算法對(duì)軌道動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行解算，獲得所述衛(wèi)星的軌道解算數(shù)據(jù)。具體的，本實(shí)施例中各個(gè)單元的具體工作內(nèi)容請(qǐng)參見(jiàn)對(duì)應(yīng)的方法實(shí)施例內(nèi)容，此處不再贅述。對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3