一种运载火箭海上发射与回收虚拟仿真单元、系统及方法与流程

本发明涉及海上火箭发射仿真，尤其涉及一种运载火箭海上发射与回收虚拟仿真单元、系统及方法。

背景技术：

1、海上发射是一种在海上开展运载火箭发射的方式，具体指将运载火箭转载至海上发射平台，将海上发射平台驶往预定海域点位实施发射。海上卫星发射与回收任务通常由海上火箭发射平台、海上火箭回收平台、海上火箭发射指挥船、火箭、卫星、陆上基地等六大部分共同完成。任务过程复杂，由任务策划、资源准备、航天产品进场、装配、对接、测试、转运、起竖、加注、联调联试、安控对接、跟踪测量、联合检查、任务发射等组成；任务组织复杂，包括决策层、执行层、作业层，提供计划、配置、进度、质量、成本、风险等管理职能，沿着任务计划、任务实施、技术管理等流程开展工作；任务环境复杂，水文气象、电磁环境、平台晃动与振动、作业空间拥挤等，对安全作业提出更高要求。

2、海上火箭发射与回收活动受复杂海洋环境、船体运动特性、瞬间冲击载荷等多种因素影响，与常规陆地发射相比面临着巨大挑战，常规分析与计算手段难以有效保障海上发射平台、发射船安全及可靠性要求。

3、因此，本领域亟需一种产品和/或方法，能提供丰富逼真的仿真动画，实现海上火箭发射仿真的最优展现。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何提供丰富逼真的仿真动画，实现海上火箭发射仿真的最优展现。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种运载火箭海上发射与回收虚拟仿真单元，其包括相互之间进行通信连接的：三维地空环境仿真子单元、任务过程可视化子单元、仿真数据实时驱动与远程操控子单元、以及任务特效仿真子单元。

3、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

4、优选地，所述三维地空环境仿真子单元包括相互之间进行通信连接的：发射场地及装置仿真模块、气象环境模拟模块、以及特效模块。

5、优选地，所述任务过程可视化子单元包括：主控制模块、实时仿真模块、飞行控制模块、以及视景模块。

6、优选地，所述仿真数据实时驱动与远程操控子单元包括相互之间进行通信连接的仿真驱动数据接口模块和远程操控模块。

7、优选地，所述任务特效仿真子单元包括相互之间进行通信连接的粒子特效模拟模块和虚拟远程操控模块。

8、进一步地，本发明还提供一种运载火箭海上发射与回收虚拟仿真系统，其包括依次进行通信连接的组织管理资源、数据采集融合平台、网络及数据处理存储层、以及软件客户端，其中，所述软件客户端为上述的运载火箭海上发射与回收虚拟仿真单元。

9、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

10、优选地，所述组织管理资源包括：发射船、火箭、卫星、指挥系统、保障系统、及环境中的一种或几种。

11、优选地，所述组织管理资源还提供任务数据存储功能，所述任务数据包括：发射回收任务综合、仿真验证和/或仿真培训。

12、在此基础上，本发明又提供一种运载火箭海上发射与回收虚拟仿真方法，所述方法应用于上述运载火箭海上发射与回收虚拟仿真单元、系统，包含如下步骤：

13、进行三维地空环境仿真，包括：发射场地及装置仿真、气象环境模拟、以及特效制作；

14、进行任务过程可视化，包括：进行主要控制、实时仿真、进行飞行控制、以及视景展示；

15、进行仿真数据实时驱动与远程操控；

16、进行任务特效仿真，包括：粒子特效模拟及虚拟远程操控。

17、与现有技术相比，本发明具有如下技术特征：

18、1、本发明的模型构建过程以运载火箭海上发射与回收虚拟仿真系统的系统组成、执行方案、信息流程等为核心，结合海上发射回收任务全工作流程，运载火箭海上发射与回收虚拟仿真系统的数字孪生体模型，包括：实体模型、工作流模型及信息模型；

19、2、本发明考虑海上环境对发射船操作的影响关系，建立海洋环境任务影响关联模型，为发射船远程操控提供满足应用要求的多尺度模型支撑；模型构建过程中，利用历史积累的测控数据、海洋环境数据以及传感器观测数据等，结合数据分析，对建立的数字孪生模型进行优化，形成优化后的数字孪生模型，并在仿真数据的驱动下，依托虚拟仿真系统原型对优化后的数字孪生模型进行数据验证，根据验证结果，进一步优化全系统数字孪生体模型，最终形成可持续改进的运载火箭海上发射与回收虚拟仿真系统，为海上发射回收活动及发射状态无人短周期远程操控技术研究提供可靠的数据验证，对火箭发射及回收的决策指导、安全保障和风险预警等应用场景提供有力的模型支撑；

20、3、本发明的运载火箭海上发射与回收虚拟仿真单元、系统及方法针对海上火箭发射过程无人值守、自动操控等特点展开基于数字孪生的多信息管理技术研究，满足不同海域典型场景与突发特殊情况下的全模块全流程发射任务模拟，包括发射船、指挥船的航渡指挥控制，进入发射区的海上技术准备、海上发射、发射结果分析与评估，火箭(残骸)回收、编队撤收等阶段的仿真分析能力和培训能力，为海上发射回收活动提供可靠的数据验证，还对火箭发射的决策指导、安全保障和风险预警等具有重要意义；

21、4、本发明利用星、箭、船、指挥系统的实体数字孪生体，围绕星箭船一体化的信息保障、指挥控制、环境保障架构，通过信息流程分析、综合，模型融合和模型轻量化处理，建立多尺度的火箭发射回收作业计划数字孪生模型，然后通过海洋环境数据对模型的影响分析，完善数字孪生模型，通过实装数据和历史数据对模型进行验证，最终形成可支撑海上火箭发射回收全过程任务推演应用的作业计划数字孪生模型；

22、5、海上发射回收船位置姿态、设备运作、结构安全与稳定性等是影响海上顺利发射的主要因素，本发明基于数字孪生理念，综合多物理场信息采集、物联网等信息化技术，通过数据智能感知，关键核心数据全息映射等构建外界物理场与发射船间的数字孪生体全息映射关系，建设海上火箭发射回收过程虚实交互反馈、数据融合分析及决策迭代优化平台，有效解决海上发射回收典型工况模拟、关键步骤演练及核验以及可视化等问题，既有助于发射流程优化又能兼顾实施人员培训，对提升海上发射与回收安全性具有重要意义。

技术特征：

1.一种运载火箭海上发射与回收虚拟仿真单元，其特征在于，包括相互之间进行通信连接的：三维地空环境仿真子单元、任务过程可视化子单元、仿真数据实时驱动与远程操控子单元、以及任务特效仿真子单元。

2.根据权利要求1所述的运载火箭海上发射与回收虚拟仿真单元，其特征在于，所述三维地空环境仿真子单元包括相互之间进行通信连接的：发射场地及装置仿真模块、气象环境模拟模块、以及特效模块。

3.根据权利要求1或2所述的运载火箭海上发射与回收虚拟仿真单元，其特征在于，所述任务过程可视化子单元包括：主控制模块、实时仿真模块、飞行控制模块、以及视景模块。

4.根据权利要求3所述的运载火箭海上发射与回收虚拟仿真单元，其特征在于，所述仿真数据实时驱动与远程操控子单元包括相互之间进行通信连接的仿真驱动数据接口模块和远程操控模块。

5.根据权利要求3所述的运载火箭海上发射与回收虚拟仿真单元，其特征在于，所述任务特效仿真子单元包括相互之间进行通信连接的粒子特效模拟模块和虚拟远程操控模块。

6.一种运载火箭海上发射与回收虚拟仿真系统，其特征在于，包括依次进行通信连接的组织管理资源、数据采集融合平台、网络及数据处理存储层、以及软件客户端，其中，所述软件客户端为权利要求1至5任一项所述的运载火箭海上发射与回收虚拟仿真单元。

7.根据权利要求6所述的运载火箭海上发射与回收虚拟仿真系统，其特征在于，所述组织管理资源包括：发射船、火箭、卫星、指挥系统、保障系统、及环境中的一种或几种。

8.根据权利要求7所述的运载火箭海上发射与回收虚拟仿真系统，其特征在于，所述组织管理资源还提供任务数据存储功能，所述任务数据包括：发射回收任务综合、仿真验证和/或仿真培训。

9.一种运载火箭海上发射与回收虚拟仿真方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种运载火箭海上发射与回收虚拟仿真单元、系统及方法，该单元包括相互之间进行通信连接的：三维地空环境仿真子单元、任务过程可视化子单元、仿真数据实时驱动与远程操控子单元、及任务特效仿真子单元。该系统包括依次进行通信连接的组织管理资源、数据采集融合平台、网络及数据处理存储层、及软件客户端，该软件客户端为该运载火箭海上发射与回收虚拟仿真单元。该方法应用于该单元、系统，进行三维地空环境仿真、任务过程可视化、仿真数据实时驱动与远程操控、及任务特效仿真。本发明设计并研究开发运载火箭海上发射与回收虚拟仿真数字化单元、系统及方法，用于模拟、优化并辅助制定数据驱动的火箭发射流程，远程辅助现场情况监测。

技术研发人员：卢绪迪,滕瑶,巩庆涛,李康强,何士龙,罗阳军,徐诗涵
受保护的技术使用者：山东艾维互动网络科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16