卫星平台参数化建模方法、装置、电子设备及存储介质

1.本技术涉及卫星建模技术领域，具体涉及一种卫星平台参数化建模方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.太空体系试验对航天装备研制、发射、测试、评估至关重要，由于政治、经费、时间等条件的限制，太空体系试验多在仿真环境下进行，卫星系统是开展太空体系试验不可或缺的部分。卫星系统建模包括平台建模和载荷建模，卫星具有种类多，组成多、技术复杂的特点。
3.相关技术中的卫星建模方法往往都是面向具体卫星型号的定向建模可重用性差，并且存在缺少数据标准化，建模效率低的问题。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本技术提供一种卫星平台参数化建模方法、装置、电子设备及存储介质，以提高卫星建模效率和重用性。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种卫星平台参数化建模方法，包括：获取用于构建卫星平台模型的功能组件，及各个所述功能组件对应的属性信息，其中，所述功能组件的参数是基于卫星平台数据的数据参数表确定的；基于所述功能组件的参数和所述属性信息采用模拟仿真技术生成所述卫星平台模型。
6.第二方面，本技术实施例提供了一种卫星平台参数化建模装置，包括：获取模块，用于获取用于构建卫星平台模型的功能组件，及各个所述功能组件对应的属性信息，其中，所述功能组件的参数是基于卫星平台数据的数据参数表确定的。生成模块，用于基于所述功能组件的参数和所述属性信息采用模拟仿真技术生成所述卫星平台模型。
7.第三方面，本技术实施例提供一种电子设备，该设备包括：至少一个处理器和存储器；处理器用于执行存储器中储存的计算机程序，以实现如第一方面任一项实施方式所介绍的卫星平台参数化建模方法。
8.第四方面，本技术实施例提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质储存有一个或多个程序，一个或者多个程序可被如第三方面介绍的电子设备执行，以实现如第一方面任一项实施方式所介绍的卫星平台参数化建模方法。
9.本技术实施例提供的一种卫星平台参数化建模方法、装置、电子设备及存储介质，可以利用分散的开源信息生成系统梳理后的数据参数表，数据参数表中的数据为卫星平台功能组件提供所需参数，根据功能组件和功能组件对应的参数信息采用模拟仿真技术来得到卫星平台模型，实现将不同功能的组件根据数据参数表进行封装，进而组成需要的卫星平台模型，以提高卫星建模的效率和模型的可重用性。
10.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
11.在下文中将基于实施例并参考附图来对本技术进行更详细的描述。
12.图1示出了本技术一实施例中提出的一种卫星平台参数化建模方法流程示意图；
13.图2示出了本技术一实施例中提出的另一种卫星平台参数化建模方法的流程示意图；
14.图3示出了本技术一实施例中提出的一种卫星平台参数化建模方法步骤s220中的一种流程示意图；
15.图4示出了本技术一实施例中提出的一种卫星平台参数化建模方法步骤s230中的一种流程示意图；
16.图5示出了本技术一实施例中提出的一种卫星平台参数化建模方法步骤s230中的另一种流程示意图；
17.图6示出了本技术一实施例中提出的一种卫星系统模型；
18.图7示出了本技术一实施例中提出的一种卫星平台组件组装图；
19.图8示出了本技术一实施例中提出的卫星平台参数化建模装置的结构框图；
20.图9示出了本技术实施例中提出的用于执行根据本技术实施例的卫星平台参数化建模方法的电子设备的结构框图；
21.图10示出了本技术实施例中提出的用于保存或者携带实现根据本技术实施例的卫星平台参数化建模方法的计算机可读存储介质。
具体实施方式
22.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
23.在相关技术中，面向单装试验的卫星建模方法往往都是面向具体卫星型号的定向建模，存在可重用性差问题。体系试验由于被试验的对象具有种类多、相互作用复杂、具有涌现性、更关注整体效能检验的特点，因此各对象建模需要建模粒度尽量一致以及高重用性以便体系试验仿真运行的流畅、高效。此外，卫星建模所需数据庞杂，需要哪些参数没有标准化梳理，无法保证面向体系试验建模的效率和可重用性。
24.为了解决上述问题，申请人经长期研究发现，并提出了本技术实施例提供的卫星平台参数化建模方法、装置、电子设备及存储介质，通过卫星平台数据的数据参数表获得对应的功能组件的参数数据，并基于需要的功能组件和参数信息采用模拟仿真技术生成卫星平台模型，实现组件与参数的分开配置，进而对功能组件配置不同的参数信息来组装出同一类型不同型号的仿真模型，以提高模型的可重用性和建模效率。其中，卫星平台参数化建模方法在后续的实施例中进行详细说明。
25.下面针对本技术实施例提供的卫星平台参数化建模方法的应用场景进行介绍：
26.请参阅图1，图1为本技术实施例中提供的一种卫星平台参数化建模方法流程示意图，在本实施例中，卫星平台参数化建模方法可以应用在如图8所示的卫星平台参数化建模装置800与电子设备200(图9)中，电子设备可以是智能手机、平板电脑、台式电脑等，在此不做限定，下面针对图1所示的流程进行详细的阐述，该卫星平台参数化建模方法可以包括步
骤s110至步骤s120。
27.步骤s110：获取用于构建卫星平台模型的功能组件，及各个功能组件对应的属性信息，其中，功能组件的参数是基于卫星平台数据的数据参数表确定的。
28.在本技术实施例中，电子设备在获取卫星平台模型的功能组件和属性信息时，功能组件和属性信息可以是根据功能组件的参数对应封装设置的。示例性地，一个功能组件可以对应设置有一个或多个属性信息。其中，卫星平台数据可以是以典型卫星类型的主流卫星平台为主抽取核心、可查参数作为标准化数据参数表基础，再基于组件参数需求进行补充。功能组件可以根据外形结构、主承力结构、卫星技术特点以及卫星应用情况对数据参数表的数据进行抽取来得到，在建立对应卫星主体结构后的多个功能组件后，可以根据使用需求对功能组件进行配置。需要说明的是，卫星主体结构可以包括：结构、电源、热控、测控、数据管理、姿态、轨道控制、推进等，在此不做限定。
29.步骤s120：基于功能组件和属性信息采用模拟仿真技术生成卫星平台模型。
30.在本技术实施例中，在电子设备中，在用户确认选择对应功能组件后，可对应添加该功能组件对应配置有的属性信息，及根据实际应用等需求来对卫星功能组件进行相应的配置来构建对应不同型号航天器，模拟仿真技术可以通过软件等方式配置在电子设备中，在对需要的卫星组件进行逐一配置功能组件并添加其属性信息后，参数信息对应进行配置填充写入，构建出需要的卫星平台模型。
31.在一些实施例中，通过模拟仿真将功能组件进行组装建立卫星平台模型后，可以对卫星平台模型进行仿真测试，示例性地，可以通过力、电、热、光等物理角度进行仿真模拟测试。
32.本实施例中，通过参数化建模方法，将不同卫星平台数据进行抽取得到数据参数表，并将数据参数表的数据对应功能组件进行配置，功能组件配置有不同属性信息，在确认功能组件后，根据属性信息对功能组件进行调整，进而对功能组件配置不同的属性参数，来组装出同一类型不同型号的仿真模型，提高卫星的建模效率和重用性。
33.请参阅图2，图2为本技术实施例提供的另一种卫星平台参数化建模方法的流程示意图，应用于电子设备，该卫星平台参数化建模方法可以包括步骤s210至步骤s230。
34.步骤s210：基于开源信息获取卫星平台数据。
35.在本技术实施例中，开源信息可以包括太阳同步轨道、地球同步轨道等关联的卫星平台数据，其可以根据网站等源头获取，本技术不对其进行限定，不同轨道对应的公用平台具有不同的卫星平台数据。此外，同一轨道也具有多个卫星平台数据，示例性地，以地球同步轨道为例，具有不同的平均发射质量、推力器功率不同、以及平台尺寸等。电子设备可以对目前存在的数据进行收集来获得各个不同的卫星平台数据。
36.示例性地，太阳同步轨道的平台典型参数如表1所示：
[0037][0038]
表1
[0039]
步骤s220：基于卫星平台数据确定数据参数表。
[0040]
在本技术实施例中，在电子设备得到各个不同的卫星平台数据后，可以存储该数据，并将获取的卫星平台数据对应归类后，来建立数据参数表。
[0041]
步骤s230：基于数据参数表确认卫星平台功能对应的功能组件的参数。
[0042]
在本技术实施例中，电子设备可以根据数据参数表中的参数类型确定卫星平台功能，并将不同功能的数据进行归类，得到对应参数类型的功能组件。
[0043]
本实施例中，通过开源信息来获取不同的卫星平台数据，根据卫星平台数据确认数据参数表，可以通过数据参数表确定不同需求轨道的功能组件所需的参数。
[0044]
需要说明的是，不同轨道的卫星平台可以有一些通用的数据项，将这些通用的数据项构建成标准参数表，其中，标准参数表可以不用随着平台类型的不同而发生改变，标准参数表可以满足不同类型平台建立标准表，各类型平台都可以在其中找到需要的相应参数。
[0045]
请参阅图3，图3为本技术实施例中提供的卫星平台参数化建模方法步骤s220中的另一种流程示意图。应用于电子设备，基于卫星平台数据确定数据参数表可以包括步骤s310。
[0046]
步骤s310：基于卫星平台数据中卫星在轨状态的数据和卫星平台组件建模所需的数据确认数据参数表。
[0047]
在本技术实施例中，首先，选取卫星平台数据中在轨状态相关的参数，再根据卫星平台组件选取与组件建模关联的参数并生成标准化的数据参数表，来实现对主要功能所需的建模参数进行梳理确认。
[0048]
本实施例中，通过在卫星平台数据参数选取的基础上，结合卫星功能确认能够建立卫星平台功能组件的数据，可以提高不同型号航天器对卫星平台组件的适用性，且通过筛选后，输入参数量降低，具有更好的复用性，进一步提高建模效率。
[0049]
请参阅图4，图4为本技术实施例中提供的一种卫星平台参数化建模方法步骤s230中的一种流程示意图。应用于电子设备，基于数据参数表确认卫星平台功能对应的所述功能组件的参数，可以包括步骤s410至步骤s430。
[0050]
步骤s410：基于卫星平台功能对数据参数表分类得到各个参数组。
[0051]
步骤s420：基于参数组确认对应的功能组件的参数。
[0052]
步骤s430：并基于模拟仿真计算建立各个功能组件，各个功能组件的属性信息能够进行调整，其中，功能组件包括：轨道动力组件、姿态控制组件、测控数传组件、数据平滑组件、温度平滑组件和能源平衡组件。
[0053]
在本技术实施例中，电子设备基于功能分析对获取的数据参数表进行分类来得到对应不同功能的各个组件的参数，并将需要的不同功能组件进行组合建立卫星平台模型，卫星平台模型主要用于对卫星在轨运行状态、处理分发各类指令等功能进行建模包括轨道动力学、姿态控制、测控分系统、数传分系统、电源分系统等。各个功能组件的属性信息可以通过用户选择后进行调整，例如，用户输入不同数据，或者用户选择不同配置的属性信息选择栏。
[0054]
示例性地，卫星平台模型可参阅图6，图6为本技术实施例提供的一种卫星系统模型，在本实施例中，轨道动力学组件用于实现卫星轨道的实时外推计算，轨道外推算法包括二体、j2、j234、hpop、sgp4等，同时完成各类空间可见性仿真。
[0055]
姿态控制组件可以用于根据姿态指令计算卫星实体的姿态，并解算在不同坐标系下的姿态四元数。
[0056]
测控数传组件可以用于模拟卫星遥测、遥控和数传数据的收发功能，模拟测控数传建链、数据传输时延等。
[0057]
数据平衡组件可以用于计算相应能源和数据约束条件并发送至载荷系统和测控数传系统，并影响后者功能。
[0058]
温度平衡组件可以用于模拟星体外热流、内热流，建立温度场状态方程，解算整星
的设备节点温度状态。
[0059]
能源平衡组件可以用于模拟电源分系统电池阵、蓄电池、充放电逻辑控制功能，实现整星负载平衡状态计算。
[0060]
请参阅图5，图5为本技术实施例中提供的一种卫星平台参数化建模方法步骤s230中的另一种流程示意图。应用于电子设备，基于所述数据参数表确认卫星平台功能对应的所述功能组件的参数，还可以包括步骤s510至步骤s520。
[0061]
步骤s510：获取数据参数表中卫星平台的输入数据和输出数据。
[0062]
在本技术实施例中，输入数据和输出数据可以是卫星系统模型中，各项动态变化的数据。
[0063]
示例性地，在卫星平台中，在轨道动力学组件获取输入数据后，其输出数据可以作为其他组件的输入数据，其中，各个组件的输入数据、输出数据构建接口连接传输数据，来根据卫星的建模需求进行对应的配置处理。
[0064]
步骤s520：基于输入数据和输出数据确定功能组件的参数。
[0065]
在本技术实施例中，电子设备的输入数据可以通过网络完成各项数据的采集，电子设备根据该卫星的输入数据和输出数据来确认对应的功能组件的参数，即通过数据交互，确认卫星模型的功能用途。
[0066]
需要说明的是，功能组件是根据卫星平台所具有的功能划分的，输入数据是为功能组件赋值，进行参数化，相同种类不同型号卫星的同一功能组件参数项是基本相同的，具体的参数值是不同的，这些参数值可以是输入数据。
[0067]
可参阅图6，卫星平台模型主要与卫星载荷模型、地面系统模型存在信息交互接口，来获得输入数据和输出数据。
[0068]
在一些实施例中，卫星平台模型对外输入：时间信息、星历信息、地面系统遥控上注指令、地面系统状态信息(包括地面站位置信息、天线指向信息、目标运动信息、目标姿态信息等)、载荷工作状态和和工作模式、载荷成像数据量。
[0069]
在另一些实施例中，卫星平台模型对外输出：卫星平台的位置姿态指向信息、链路可用状态和链路余量、载荷和遥测的下传数据。
[0070]
在一些实施例中，功能组件包括：轨道动力学组件，其中，卫星平台参数化建模方法还包括：
[0071]
获取输入数据中卫星当前轨道的位置和速度信息。
[0072]
在本技术实施例中，在卫星经过一个系统时间步长时后，可以根据卫星轨道动力学与运动学算法模型，计算预报出下一时刻卫星所在的位置与速度信息。
[0073]
其中，轨道动力学组件算法的表达式为：
[0074][0075]
f＝f
p
+δg+d+f
l
+fh+f
sr
；
[0076]
其中，r为卫星的矢径，r为卫星的位置矢量，f为摄动加速度，f
p
为卫星发动机推力加速度，δg为地球引力摄动加速度，d为空气阻力摄动加速度，f
l
为月球引力摄动加速度，f
sr
为太阳光压摄动加速度。
[0077]
需要说明的是，轨道仿真模型完成轨道预报与仿真功能。轨道仿真模型采用
cowell法求解航天器运动微分方程，其中，三体引力的计算采用jpl的de405模型，地球引力场采用jgm3模型，大气摄动部分选用美国标准大气模型，光压则采用标准光压截面算法，积分器采用rkf78，以便获得较高的精度。轨控部分使用有限推力方式，可分别选择惯性保持和轨道保持两种类型的轨控分析结果。
[0078]
在本技术实施例中，通过将卫星作为质点看待，计算其在地球引力及其它摄动因素(如太阳光压、大气阻力等)作用下的运动，可以包括轨道正常运动状态仿真、光照和测控可见性仿真。轨道外推计算支持二体、j2、j234、hpop、sgp4等方法。此外，可以同时完成各类空间可见性仿真同时支持以速度脉冲为输入的机动变轨仿真功能，可以接收用户对外部的机动变轨指令，电子设备对指令进行序贯处理。
[0079]
需要说明的是，在上述实施例中，输入数据可以是轨道预报模型支持tle、轨道六要素、eci坐标系位置速度等作为输入，其它输入包括变轨时刻和速度脉冲。输出数据可以是轨道预报模型输出高精度轨道预报结果，包括卫星在不同坐标系下的位置速度、星下点经纬度、实时轨道六要素等信息，同时可以计算输出卫星对阳光、地面站等的可见性计算。
[0080]
请参阅图7，图7为本技术实施例中提供的一种卫星平台组件组装图。
[0081]
在图7中，通过选择卫星框架模型组件、卫星目标特征组件、卫星轨道运动组件、卫星电源组件和卫星机动规划行为组件构建卫星仿真模型amos3。同时每个组件都可以配置不同的属性参数，即每个组件都可以对配置信息进行选择或输入填充进而来调整卫星模型。
[0082]
需要说明的是，在本技术中可以根据需要来对姿态控制组件、测控数传组件、数据平滑组件、温度平滑组件以及能源平滑组件根据卫星建模需求来进行相应的构筑，不申请不再一一对其赘述。
[0083]
请参阅图8，图8为本技术提供的一种卫星平台参数化建模装置，该卫星平台参数化建模装置800包括：获取模块810以及生成模块820，其中：
[0084]
获取模块810，用于获取用于构建卫星平台模型的功能组件，及各个功能组件对应的属性信息，其中，功能组件的参数是基于卫星平台数据的数据参数表确定的。
[0085]
生成模块820，用于基于功能组件的参数和属性信息采用模拟仿真技术生成卫星平台模型。
[0086]
在一些实施例中，卫星平台参数化建模装置800还包括：第一获取模块、第一确认模块以及第二确认模块，其中：
[0087]
第一获取模块，用于基于开源信息获取卫星平台数据。
[0088]
第一确认模块，用于基于卫星平台数据确定数据参数表。
[0089]
第二确认模块，用于基于数据参数表确认卫星平台功能对应的功能组件的参数。
[0090]
在一些实施例中，第一确认模块包括：子确认模块，其中：
[0091]
子确认模块，用于基于卫星平台数据中卫星在轨状态的数据和卫星平台组件建模所需的数据确认数据参数表。
[0092]
在一些实施例中，第二确认模块包括：分类模块、第三确认模块以及建立调整模块，其中：
[0093]
分类模块，用于基于卫星平台功能对数据参数表分类得到各个参数组。
[0094]
第三确认模块，用于基于参数组确认对应的功能组件的参数。
[0095]
建立调整模块，用于基于模拟仿真计算建立各个功能组件，各个功能组件的属性信息能够进行调整，其中，功能组件包括：轨道动力组件、姿态控制组件、测控数传组件、数据平滑组件、温度平滑组件和能源平衡组件。
[0096]
在一些实施例中，第二确认模块还包括：数据获取模块以及组件确认模块，其中：
[0097]
数据获取模块，用于获取数据参数表中卫星平台的输入数据和输出数据。
[0098]
组件确认模块，用于基于输入数据和输出数据确定功能组件的参数。
[0099]
在一些实施例中，卫星平台参数化建模装置800还包括：卫星的运动数据确认模块，其中：
[0100]
卫星的运动数据确认模块，用于基于所述轨道动力组件中轨道动力学算法确认卫星的运动数据。
[0101]
在一些实施例中，卫星平台参数化建模装置800还包括：卫星位置确认模块，其中：
[0102]
卫星位置确认模块，用于基于所述轨道动力组件确认卫星的位置。
[0103]
在一些实施例中，卫星位置确认模块还用于基于所述轨道动力学算法输入的参数确认卫星高精度轨道预报结果，其中，所述预报结果包括卫星在不同坐标系下的位置速度、星下点经纬度和实时轨道六要素等信息。
[0104]
需要说明的是，本技术中装置实施例与前述方法实施例相互对应，装置实施例中具体的原理可以参见前述方法实施例中的内容，此处不再赘述。
[0105]
在本实施例提供的几个实施例中，模块互相之间的耦合可以是电性，机械或其他形式的耦合。
[0106]
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
[0107]
请参阅图9，图9为本技术实施例提供的一种可以执行上述卫星平台参数化建模方法的电子设备200的结构框图，该电子设备200可以是智能手机、平板电脑、计算机或者便携式计算机等设备。
[0108]
电子设备200还包括处理器202和存储器204。其中，该存储器204中存储有可以执行前述实施例中内容的程序，而处理器202可以执行该存储器204中存储的程序。
[0109]
其中，处理器202可以包括一个或者多个用于处理数据的核以及消息矩阵单元。处理器202利用各种借口和线路连接整个电子设备200内的各个部分，通过运行或执行储存在存储器204内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器204内的数据，执行电子设备200的各种功能和处理数据。可选地，处理器202可以采用数字信号处理(digital signal processing，dsp)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)、可编辑逻辑阵列(programmable logic array，pla)中的至少一种硬件形式来实现。处理器202可集成中央处理器(central processing unit，cpu)、图像处理器(graphics processing unit，gpu)和调制解码器等中的一种或几种的组合。其中，cpu主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；gpu用于负责显示内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解码器也可以不集成到处理器中，单独通过一块通信芯片进行实现。
[0110]
存储器204可以包括随机存储器(random access memory，ram)，也可以包括只读
存储器(read-only memory)。存储器204可用于储存指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器204可包括存储程序区和存储数据区，其中存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于实现至少一个功能的指令(如，用户获取随机数的指令)、用于实现下述各个方法实施例的指令等。存储数据区还可以存储终端在使用中所创建的数据(如，随机数)等。
[0111]
电子设备200还可以包括网络模块以及屏幕，网络模块用于接受以及发送电磁波，实现电磁波与电信号的互相转换，从而与通讯网络或者其他设备进行通讯，例如和音频播放设备进行通讯。网络模块可包括各种现有的用于执行这些功能的电路元件，例如，天线、射频收发器、数字信号处理器、加密/解密芯片、用户身份模块(sim)卡、存储器等等。网络模块可与各种网络如互联网、企业内部网、无线网络进行通讯或者通过无线网络与其他设备进行通讯。上述的无线网络可包括蜂窝式电话网、无线局域网或者城域网。屏幕可以进行界面内容的显示以及进行数据交互。
[0112]
请参考图10，其示出了本技术实施例提供的一种计算机可读存储介质的结构框图。该计算机可读存储介质900中存储有程序代码910，程序代码910可被处理器调用执行上述方法实施例中所描述的方法。
[0113]
计算机可读存储介质900可以是诸如闪存、eeprom(电可擦除可编程只读存储器)、eprom、硬盘或者rom之类的电子存储器。可选地，计算机可读存储介质包括非易失性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。计算机可读存储介质900具有执行上述方法中的任意方法步骤的程序代码910的存储空间。这些程序代码910可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。程序代码910可以例如以适当形式进行压缩。
[0114]
本技术实施例还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述各种可选实现方式中描述的卫星平台参数化建模方法。
[0115]
以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：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，并不驱使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。