空间辐射环境多模型耦合仿真方法、装置及计算机设备

1.本发明涉及计算机仿真技术领域，具体而言，涉及一种空间辐射环境多模型耦合仿真方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.由于受到地球自身磁场作用，宇宙空间中运动的带电粒子(以带负电荷的电子和带正电荷的质子为主要成分)会被地球磁场捕获，受地球磁场作用，在地磁场内做往复运动同时附带回旋和漂移运动。这些带电粒子来自于宇宙线和中子的衰变，高能带电粒子会不断的补充进地磁场内，与此同时，这些带电粒子也会从磁场中逃逸或者于地球中性大气作用而被消耗，地磁场内的高能带电粒子形成动态的平衡，被称为地球辐射带。
3.人造地球卫星上的电子电路和电子器件，当卫星的轨道经过地球辐射带时，高能粒子会穿过卫星的外壳，轰击卫星上的电气系统，造成失效或毁坏，使卫星任务失败。
4.现有技术中开发出了多个辐射带量化表征模型，用来描述和量化地球周围的辐射环境。而以往的空间辐射环境模型计算方法，一般是单独计算卫星轨道运行数据文件，得到轨道数据文件，使用不同的空间辐射环境仿真计算模型，分别对轨道运行数据文件单独再次计算辐射环境数据，并得到辐射环境数据文件，然后再进行后续分析或计算。如此计算方法，耦合度低，无法实现卫星轨道与辐射环境的同时计算并输出或显示结果；计算步骤多，给用户的使用带来不便，对于初级用户使用体验不友好，需用户具备相关行业知识和从业经验才能使用；效率不高，每步都需分别设置参数，并且读取和保存大量结果文件，使计算效率下降；无法实现多任务同时计算，无法实现轨道与模型同时高效计算。


技术实现要素：

5.本发明解决的问题是现有的空间辐射环境模型计算方法耦合度低，影响计算效率。
6.为解决上述问题，本发明提供一种空间辐射环境多模型耦合仿真方法，包括：
7.获取仿真时间范围和仿真粒度，
8.根据所述仿真粒度将所述仿真时间范围划分为连续分布的多个仿真时刻；
9.获取卫星在空间中的初始位置和初始轨道任务参数，
10.将每一所述初始轨道任务参数实例化为一个第一仿真对象，在每一所述仿真时刻遍历所有所述第一仿真对象，获取每一第一仿真对象在当前仿真时刻的当前状态参数；
11.根据所述初始位置和所述初始轨道任务参数，获取多个空间辐射环境模型初始参数，将每一所述空间辐射环境模型初始参数实例化为一个第二仿真对象，根据每一所述第一仿真对象在所述当前仿真时间的当前状态参数，遍历所有所述第二仿真对象，计算空间辐射环境模型的量化数据。
12.可选地，所述仿真时间范围通过仿真开始时刻与所述仿真结束时刻计算获得，且所述仿真开始时刻与所述仿真结束时刻均以整数儒略日为单位。
13.可选地，所述在每一所述仿真时刻遍历所有所述第一仿真对象，获取每一第一仿真对象在当前仿真时刻的当前状态参数，包括：从所述仿真开始时刻开始，在每一所述仿真时刻逐一遍历所有所述第一仿真对象，获取每一第一仿真对象在当前仿真时刻的当前状态参数，直至所述仿真结束时刻。
14.可选地，所述获取卫星在空间中的初始位置和初始轨道任务参数，包括:获取所述仿真开始时刻的卫星轨道根数，根据所述卫星轨道根数获取卫星在空间中的初始位置和初始轨道任务参数。
15.可选地，所述初始轨道任务参数包括初始轨道任务位置，且所述初始轨道任务位置以j2000地心惯性系中的初始位置信息表示。
16.可选地，所述第一仿真对象的当前状态参数包括用经纬高表示的当前位置信息。
17.可选地，所述空间辐射环境模型包括地球辐射带质子模型或地球辐射带电子模型。
18.本发明所述的空间辐射环境多模型耦合仿真方法相对于现有技术的优势在于：本发明提供了一种空间辐射环境多模型耦合仿真方法，能够实现多任务轨道与多模型高度耦合同时计算，提高了计算效率。
19.为解决上述问题，本发明还提供一种空间辐射环境多模型耦合仿真装置，其特征在于，包括：
20.获取单元，所述获取单元用于获取仿真时间范围和仿真粒度，
21.所述获取单元还用于获取获取卫星在空间中的初始位置和初始轨道任务参数，
22.分割单元，所述分割单元用于根据所述仿真粒度将所述仿真时间范围划分为连续分布的多个仿真时刻，
23.计算单元，所述计算单元用于将每一所述初始轨道任务参数实例化为一个第一仿真对象，在每一所述仿真时刻遍历所有所述第一仿真对象，获取每一第一仿真对象在当前仿真时刻的当前状态参数，
24.所述计算单元还用于根据所述初始位置和所述初始轨道任务参数，获取多个空间辐射环境模型初始参数，将每一所述空间辐射环境模型初始参数实例化为一个第二仿真对象，根据每一所述第一仿真对象在所述当前仿真时间的当前状态参数，遍历所有所述第二仿真对象，计算空间辐射环境模型的量化数据。
25.本发明所述的空间辐射环境多模型耦合仿真装置与所述空间辐射环境多模型耦合仿真方法相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
26.为解决上述问题，本发明还提供一种计算机设备，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现所述的空间辐射环境多模型耦合仿真方法。
27.本发明所述的计算机设备与所述空间辐射环境多模型耦合仿真方法相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
28.为解决上述问题，本发明还提供一种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程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现所述的空间辐射环境多模型耦合仿真方法。
29.本发明所述的计算机可读存储介质与所述空间辐射环境多模型耦合仿真方法相
对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
30.图1为本发明实施例中空间辐射环境多模型耦合仿真方法的应用环境图；
31.图2为本发明实施例中空间辐射环境多模型耦合仿真方法流程图；
32.图3为本发明实施例中空间辐射环境多模型耦合仿真方法的3个层级逻辑关系示意图；
33.图4为本发明实施例中空间辐射环境多模型耦合仿真装置结构图；
34.图5为本发明实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
35.下面将结合附图对本技术实施例中的技术方案进行清楚、详尽地描述。
36.在本技术实施例的描述中，术语“一些实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
37.图1为本技术实施例中空间辐射环境多模型耦合仿真方法的应用环境图。参照图1，该工控机异机还原方法应用于工控机异机还原系统。该工控机异机还原系统包括终端110和服务器120。终端110和服务器120通过网络连接。终端110具体可以是台式终端或移动终端，移动终端具体可以手机、平板电脑、笔记本电脑等中的至少一种。服务器120可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
38.如图2所示，在一个实施例中，提供了一种空间辐射环境多模型耦合仿真方法。本实施例主要以该方法应用于上述图1中的终端110(或服务器120)来举例说明。参照图2，该空间辐射环境多模型耦合仿真方法具体包括如下步骤：
39.步骤210，获取仿真时间范围和仿真粒度，
40.步骤220，根据所述仿真粒度将所述仿真时间范围划分为连续分布的多个仿真时刻；
41.步骤230，获取卫星在空间中的初始位置和初始轨道任务参数，
42.步骤240，将每一所述初始轨道任务参数实例化为一个第一仿真对象，在每一所述仿真时刻遍历所有所述第一仿真对象，获取每一第一仿真对象在当前仿真时刻的当前状态参数；
43.步骤250，根据所述初始位置和所述初始轨道任务参数，获取多个空间辐射环境模型初始参数，将每一所述空间辐射环境模型初始参数实例化为一个第二仿真对象，根据每一所述第一仿真对象在所述当前仿真时间的当前状态参数，遍历所有所述第二仿真对象，计算空间辐射环境模型的量化数据。
44.一些实施例中，步骤210中，所述仿真时间范围通过仿真开始时刻与所述仿真结束时刻计算获得，且所述仿真开始时刻与所述仿真结束时刻均以整数儒略日为单位，由此，使用连续的实数表示时间，便于计算。
45.本实施例中所述仿真开始时刻与所述仿真结束时刻由初始的公历年、月、日、时、
分、秒转换为整数儒略日得来。
46.一些实施例中，步骤240中，所述在每一所述仿真时刻遍历所有所述第一仿真对象，获取每一第一仿真对象在当前仿真时刻的当前状态参数，包括：从所述仿真开始时刻开始，在每一所述仿真时刻逐一遍历所有所述第一仿真对象，获取每一第一仿真对象在当前仿真时刻的当前状态参数，直至所述仿真结束时刻。
47.一些实施例中，步骤230中，所述获取卫星在空间中的初始位置和初始轨道任务参数，包括:获取所述仿真开始时刻的卫星轨道根数，根据所述卫星轨道根数获取卫星在空间中的初始位置和初始轨道任务参数。
48.一些实施例中，所述初始轨道任务参数包括初始轨道任务位置，且所述初始轨道任务位置以j2000地心惯性系中的初始位置信息表示。
49.其中，j2000地心惯性系定义为利用j2000(2000年1月1日12时)时刻的天赤道和二分点来定义天球参考坐标系，j2000坐标系坐标原点与地球质心重合，x轴指向j2000时刻平春分点，z轴指向北极，y轴与x轴、z轴构成右手直角坐标系，是一个惯性坐标系。
50.一些实施例中，所述第一仿真对象的当前状态参数包括用经纬高表示的当前位置信息。
51.本实施例中的经纬高产生于wgs-84质心坐标系，原点和地球质心重合。其z轴指向国际时间局1984.0定义的协议地极方向，x轴指向协议子午面和协议地级与赤道的交点，y轴和x轴、z轴构成右手直角坐标。
52.本实施例中wgs-84质心坐标系下的经纬高由地心j2000坐标系经过地心地固坐标系后转换得到。其中地心地固坐标系定义为地心地固坐标系的原点和地球质心重合，z轴指向地球北极，x轴指向赤道与格林尼治子午面的交点，y轴和x轴及z轴构成右手直角坐标系。
53.一些实施例中，所述空间辐射环境模型包括地球辐射带质子模型或地球辐射带电子模型。
54.如图3所示，本实施例提供了一种空间辐射环境多模型耦合仿真方法，包括三个层级，第一层级为仿真时刻集，从仿真开始时刻逐一遍历各个仿真时刻，直到仿真结束时刻为止。第二层级为轨道任务集，用户可初始化多个轨道任务参数，本方法将初始化的多个轨道任务参数分别实例化为多个第一仿真对象，计算时一次遍历所有的第一仿真对象，并更新第一仿真的最新状态。第三层级为空间辐射环境模型集，本级在第二层级内，根据多个轨道任务参数的初始化数据完成对所有空间辐射环境模型的初始化，并根据空间辐射环境模型的初始化信息分别实例化，并且根据第二层级内第一仿真的最新状态，计算空间辐射环境模型量化表征数据。能够实现多任务轨道与多模型高度耦合同时计算，提高了计算效率。
55.如图4所示，本发明的另一个实施例还提供一种空间辐射环境多模型耦合仿真装置，包括：
56.步骤410，获取单元，所述获取单元用于获取仿真时间范围和仿真粒度，
57.所述获取单元还用于获取获取卫星在空间中的初始位置和初始轨道任务参数，
58.步骤420，分割单元，所述分割单元用于根据所述仿真粒度将所述仿真时间范围划分为连续分布的多个仿真时刻，
59.步骤430，计算单元，所述计算单元用于将每一所述初始轨道任务参数实例化为一个第一仿真对象，在每一所述仿真时刻遍历所有所述第一仿真对象，获取每一第一仿真对
象在当前仿真时刻的当前状态参数，
60.所述计算单元还用于根据所述初始位置和所述初始轨道任务参数，获取多个空间辐射环境模型初始参数，将每一所述空间辐射环境模型初始参数实例化为一个第二仿真对象，根据每一所述第一仿真对象在所述当前仿真时间的当前状态参数，遍历所有所述第二仿真对象，计算空间辐射环境模型的量化数据。
61.本实施例所述的空间辐射环境多模型耦合仿真装置与所述空间辐射环境多模型耦合仿真方法相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
62.在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述空间辐射环境多模型耦合仿真方法的步骤。
63.图5示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备具体可以是图1中的终端110(或服务器120)。如图5所示，该计算机设备包括该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、输入装置和显示屏。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现空间辐射环境多模型耦合仿真方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行空间辐射环境多模型耦合仿真方法。计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
64.在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述空间辐射环境多模型耦合仿真方法的步骤。
65.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
66.虽然本发明披露如上，但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。