一种闭环空间碎片编目管理仿真系统

本发明属于空间探测，涉及空间碎片编目管理领域，具体为一种闭环空间碎片编目管理仿真系统。

背景技术：

1、在科学研究、工程应用等许多领域，都需要对空间碎片进行监视，获得空间碎片的测角和测距测量数据，确定空间碎片的运行轨道，从而给出空间碎片某一时刻在空间中的位置及其变化趋势等，为在轨航天器的安全提供基础保障。

2、由于航天活动的大幅增加，造成太空中的空间碎片越来越多，大于10厘米的空间碎片达到了几万个，将来甚至达到十几万、几十万个，威胁到了在轨工作航天器的安全。为了获得这些空间碎片的信息，必须对其进行观测，需要研制更多的观测设备或者性能更好的观测设备。因此为了验证空间碎片观测设备技术指标的合理性、空间碎片观测设备部署的合理性、分析观测设备在空间碎片监测体系中的贡献率等，通常通过仿真系统验证分析。

3、目前没有较为完整的空间碎片编目管理仿真系统，通常只有空间碎片星历计算、测量数据仿真及编目定轨的仿真系统，缺乏观测计划仿真以及测量数据的匹配、关联、评估、仿真信息综合显示等。而这种情况带来的后果就是仿真验证工作的实施效率低，且相关领域的研究人员在不同的研究或测试项目中获取业务需求的信息数据需要做出一些重复或耗时的测试活动，浪费人力物力，从而增加科研成本。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的不足，提供一种闭环空间碎片编目管理仿真系统，通过对空间碎片仿真业务的综合管理，提高相关仿真数据在系统中的利用率和流转速度，从而提高科研工作的效率以及降低成本。

2、为实现上述技术目标，本发明提供的技术方案为：

3、一种闭环空间碎片编目管理仿真系统，其特征在于，设有数据管理分系统、运行控制中心分系统和其它多个分系统，所述的其它多个分系统包括空间碎片星历计算分系统、空间碎片观测计划分系统、空间碎片测量数据分系统、空间碎片轨道匹配分系统、空间碎片数据关联分系统和空间碎片编目定轨分系统；

4、所述数据管理分系统及其它多个分系统分别与运行控制中心分系统建立双向的通信连接，实现信息数据的交互，其中：

5、所述数据管理分系统，同时与仿真系统内部或外部的数据库连接,负责管理维护其接收的数据，包括将数据文件存储在相应的目录中，或将数据归档在相应目录下的数据文件中；

6、所述运行控制中心分系统，基于其它分系统的业务需求从数据管理分系统中调用相应目录中的数据，以供其它分系统读取，同时接收其它分系统发送的数据，并向数据管理分系统转发其接收的数据，控制涉及多项业务或业务流程环节的数据在不同分系统中流转。

7、在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

8、进一步的，所述空间碎片星历计算分系统，依据运行控制中心分系统发送的指令，从控制中心分系统读取相应的数据，包括空间碎片轨道的根数数据和星历计算的初始化参数，完成对空间碎片星历数据的计算，之后向控制中心分系统输出；

9、所述空间碎片观测计划分系统、依据运行控制中心分系统发送的指令，从控制中心分系统读取相应的数据，包括空间碎片轨道的根数数据、观测时间和设备参数，以生成相应观测设备的空间碎片观测计划数据，之后向控制中心分系统输出；

10、所述空间碎片测量数据分系统，依据运行控制中心分系统发送的指令，从控制中心分系统读取相应数据，包括空间碎片星历数据、观测计划数据和设备参数，完成对相应观测设备的空间碎片测量数据的仿真，之后将仿真获得的测量数据向控制中心分系统输出；

11、所述空间碎片轨道匹配分系统，依据运行控制中心分系统发送的指令，从控制中心分系统读取相应数据，包括空间碎片轨道的根数数据、测量数据、匹配参数和相应的设备参数，实现已知空间碎片轨道和依据仿真测量数据生成轨道之间的匹配，匹配完成后，将匹配结果反馈给运行控制中心分系统，所述匹配结果包括匹配成功空间碎片的测量数据和匹配失败空间碎片的测量数据；

12、所述空间碎片数据关联分系统，依据运行控制中心分系统发送的指令，从控制中心分系统读取相应数据，包括匹配失败空间碎片的测量数据、关联参数和设备参数，用于实现对同一空间碎片测量数据的关联，之后将关联结果数据反馈至运行控制中心分系统；

13、所述空间碎片编目定轨分系统，依据运行控制中心分系统发送的指令，从控制中心分系统中读取相应数据，包括编目定位参数、空间碎片轨道的根数数据、匹配成功或关联成功空间碎片的测量数据和相应的设备参数，用于实现已知空间碎片的编目定轨，并将定轨结果数据反馈至运行控制中心分系统，所述定位结果包括更新后的空间碎片轨道的根数数据。

14、进一步的，所述空间碎片星历计算分系统由第一空间碎片根数读取、第一计算参数读取、星历计算等模块组成，其中：

15、第一空间碎片根数读取模块，通过读取指定目录中的空间碎片轨道的根数数据文件，载入空间碎片轨道的根数数据；

16、第一计算参数读取模块，通过读取指定目录中的空间碎片星历计算参数文件，载入空间碎片星历计算初始化参数；

17、星历计算模块，根据载入的空间碎片轨道的根数数据及星历计算初始化参数，计算和输出空间碎片星历数据。

18、进一步的，所述空间碎片观测计划分系统由第二空间碎片根数读取、第二计算参数读取和观测计划制定等模块组成，其中：

19、第二空间碎片根数读取模块，通过读取指定目录中的空间碎片轨道的根数数据文件，载入空间碎片轨道的根数数据；

20、第二计算参数读取模块，通过读取指定目录中的空间碎片观测计划计算参数文件，载入空间碎片观测计划所需的所有初始化参数，所述初始化参数包括设备技术参数及观测时间；

21、观测计划制定模块，根据载入空间碎片轨道的根数数据和初始化参数，生成并输出相应观测设备的空间碎片观测计划数据。

22、进一步的，所述空间碎片测量数据仿真分系统由空间碎片星历数据读取、设备技术参数和观测计划读取、测量数据生成等模块组成，其中：

23、空间碎片星历数据读取模块，通过读取指定目录中的空间碎片星历数据文件，载入空间碎片星历数据；

24、设备技术参数和观测计划读取模块，通过读取指定目录中的设备技术参数数据文件和空间碎片观测计划数据文件，载入空间碎片测量数据仿真所需的初始化参数；

25、测量数据生成等模块，根据载入的空间碎片的星历数据、设备技术参数及观测计划数据，完成相应类型测角或测距观测设备的测量数据仿真，并输出仿真获得的测量数据。

26、进一步的，所述空间碎片轨道匹配分系统由第三空间碎片根数读取、设备技术参数和匹配参数读取、第一测量数据读取、匹配及测量数据格式转换等模块组成，其中：

27、第三空间碎片根数读取模块，通过读取指定目录中的空间碎片根数数据文件，载入空间碎片轨道的根数数据；

28、设备技术参数和匹配参数读取模块，通过读取指定目录中的设备技术参数数据文件和匹配参数数据文件，载入本次空间碎片匹配所需的初始化参数，包括设备参数和匹配参数；

29、第一测量数据读取模块，通过读取指定目录中的测量数据文件，载入空间碎片测量数据；

30、匹配及测量数据格式转换模块，根据载入的设备技术参数、匹配参数和测量数据，完成对已知空间碎片的匹配，生成并输出匹配结果，同时完成测量数据文件的格式转换。

31、进一步的，所述空间碎片数据关联分系统由第二测量数据读取、设备技术参数及数据关联参数读取、初轨计算、数据关联及测量数据更新等模块组成，其中：

32、第二测量数据读取模块，通过读取指定目录中的空间碎片测量数据文件，载入匹配失败的空间碎片的测量数据；

33、设备技术参数及数据关联参数读取模块，通过读取指定目录中的设备技术参数数据文件和关联参数数据文件，载入空间碎片关联所需的初始化参数，包括设备参数及关联参数；

34、初轨计算模块，通过载入匹配失败空间碎片的测量数据，完成匹配失败空间碎片初轨信息的计算；

35、数据关联及测量数据更新模块，根据匹配失败空间碎片初轨信息和关联参数，实现对同一空间碎片测量数据的关联及对测量数据的更新，之后将包括更新后的测量数据在内的关联结果数据输出。

36、进一步的，空间碎片编目定轨分系统由第四空间碎片根数数据读取、第三测量数据读取、设备技术参数及编目定轨参数读取、编目定轨等模块组成，其中：

37、第四空间碎片根数数据读取模块，通过读取指定目录中的空间碎片根数数据文件，载入空间碎片轨道的根数数据；

38、第三测量数据读取模块，通过读取指定目录中的空间碎片测量数据文件，载入匹配成功或者关联成功的空间碎片的测量数据；

39、设备技术参数及编目定轨参数读取模块，通过读取指定目录中的设备技术参数数据文件和编目定轨参数数据文件，载入空间碎片编目定轨所需的所有初始化参数，包括设备技术参数和编目定轨参数；

40、编目定轨模块，根据匹配成功的空间碎片轨道的根数数据和初始化参数，实现已知空间碎片的编目定轨，之后将包括更新后的根数数据在内的定位结果数据输出。

41、进一步的，所述的多个其它分系统还包括数据精度评估分系统；

42、所述数据精度评估分系统由空间碎片测量数据及定轨星历数据读取、空间碎片精密星历读取、数据插值、地固系位置和速度向量转换、惯性系位置和速度向量转换、空间碎片站心向量计算、残差统计等模块组成，其中：

43、空间碎片测量数据及定轨星历数据读取，通过读取指定目录中的指定空间碎片测角数据文件、测距数据文件和定轨数据文件，实现空间碎片测量数据或者定轨星历数据的加载；

44、空间碎片精密星历读取模块，通过读取指定目录中的指定精密星历数据文件，实现空间碎片精密星历数据的加载；

45、数据插值模块，通过数据插值算法，实现给定时间的空间碎片精密星历插值；

46、地固系位置和速度向量转换模块，将插值后惯性系中的空间碎片位置和速度向量，转换为地固系位置和速度向量；

47、惯性系位置和速度向量转换模块，将插值后转换到地固系的位置和速度向量，转换为惯性系中空间碎片位置和速度向量；

48、空间碎片站心向量计算模块，通过空间碎片的理论地心向量和设备的站心向量，计算得到空间碎片的站心向量；

49、残差统计模块，通过空间碎片的理论地心向量和定轨数据，获得空间碎片的实测地心向量，并计算定轨数据的残差，获得空间碎片编目定轨数据精度统计结果；通过空间碎片的实测站心向量，获得空间碎片的理论平赤经和平赤纬，并计算及统计赤经和赤纬的残差，获得空间碎片定位数据精度统计结果；之后将包括空间碎片编目定轨数据精度统计结果和空间碎片定位数据精度统计结果在内的数据精度评估结果数据输出。

50、进一步的，所述的多个其它分系统还包括综合信息显示分系统和信息交互分系统；

51、所述综合信息显示分系统与运行控制中心分系统连接，根据用户输入的指令或预设程序读取和显示运行控制中心分系统发送的相应数据。

52、所述信息交互分系统与运行控制中心分系统连接，负责维护空间碎片编目仿真系统人机交互数据的输入和输出，

53、本发明的有益效果是：

54、1)本发明闭环空间碎片编目管理仿真系统通过梳理出不同空间碎片仿真业务流程环节间数据应用的逻辑关系，对分别具有空间碎片星历计算、观测计划仿真、空间碎片测量数据仿真、已知空间碎片匹配、同一碎片数据关联、空间碎片编目定轨、信息综合统计分析及可视化显示、仿真数据管理等功能的分系统进行集成，并对各分系统读取或产生的数据进行的综合调度和管理，可使仿真系统基于用户的需求，调动相应分系统针对不同平台、不同类型、不同观测模式的设备执行各类任务时，能够迅速获取其需要的基础数据，提高了数据在不同仿真业务流程环节间的利用率和数据在不同流程环节间的流转效率，同时相关的仿真数据在流转的过程得以匹配和更新，从而进一步提高了通过观测设备对已知目标碎片编目管理的能力和新碎片发现能力等；

55、2)本发明仿真系统与现有技术相比，可显著的提高针对观测设备进行仿真验证的工作效率，降低验证工作消耗的人力和物力，减少相关科研活动的项目成本。