空间目标天基监视分布式仿真系统设计
发布时间：2021-04-14 00:21
以HLA在航天系统仿真领域的广泛应用为背景,设计了基于HLA的空间目标天基监视分布式仿真系统。在系统架构层面,设计数据层、模型层、任务层的分层结构。在系统设计方面,设计仿真控制成员、天基监视成员、光学载荷成员、空间目标成员和视景仿真成员,建立天基监视系统中的轨道动力学及机动模型、姿态动力学与控制模型、载荷指向及目标成像模型。在系统实现方面,基于RTI进行系统集成。应用VegaPrime和OpenGL实现天基监视视景仿真和光学成像仿真,完成空间目标天基监视任务的仿真验证。
【文章来源】：系统仿真学报. 2020,32(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
系统体系结构Fig.1Systemarchitecturehttp:∥www.china-simulation.com任务设置数据库可视化
第32卷第4期Vol.32No.42020年4月张扬,等:空间目标天基监视分布式仿真系统设计Apr.,2020http:∥www.china-simulation.com623和视景仿真联邦成员，各联邦成员与体系设计中各成员和空间目标天基监视数学建模具体内容相对应，分别运行在单独的计算机中，其中视景仿真联邦成员外接投影显示系统进行全过程可视化。整个系统连接在同一局域网内，应用运行支撑环境（RTI）集成，底层通过网络通信。(a)系统物理架构(b)系统流程图图2天基监视分布式仿真系统结构Fig.2Structureofthespace-basedsurveillancedistributedsimulationsystem空间目标天基监视系统仿真系统流程如图2(b)所示。仿真控制成员控制系统联邦的创建和仿真运行。开始仿真后，在每一个仿真步长内，天基监视平台和空间目标成员分别进行平台和目标的动力学更新，并将轨道、姿态数据分别传递给光学载荷成员和视景仿真成员进行成像模拟和视景更新，光学载荷成员接收到平台和目标信息后进行载荷指向控制和目标成像模拟，同时将指向控制数据传递给视景仿真成员进行视景更新。整个仿真过程采用受控时间管理方式，保证仿真系统时间同步。4仿真示例4.1仿真设置以高轨失控卫星为观测目标，进行天基监视系统仿真。目标轨道模型中考虑地球非球形引力、日月引力、太阳光压摄动，监视平台初始轨道为大椭圆轨道，考虑地球非球形引力、日月引力、太阳光压摄动，大气阻力摄动，采用RK7(8)进行轨道外推计算。平台姿态控制模式设定为三轴对地定向，载荷安装位置与平台本体系三轴重合，目标姿态控制模式设定为无控模式，姿态更新应用吉尔法计算。载荷光轴初始指向为载荷成像坐标系z轴方向。初始参数设置见表1~4
第32卷第4期系统仿真学报Vol.32No.42020年4月JournalofSystemSimulationApr.,2020http:∥www.china-simulation.com6244.2仿真结果分析天基监视平台和空间目标在J2000系下xoy平面内的轨道变化曲线和相对距离变化曲线如图3所示，其中图3(a)红色为目标轨道变化曲线，蓝色为天基监视平台轨道变化曲线。图3(b)为监视平台与目标相对距离变化曲线。由图3可知，监视平台在经过脉冲变轨后，逐渐接近目标卫星，其相对距离逐渐减小，最终达到监视平台对目标成像的条件。(a)轨道变化曲线(b)相对距离变化曲线图3空间目标和监视平台运动变化Fig.3Movementofspacetargetandplatform文中姿态定义为本体坐标系相对于轨道坐标系的姿态角。目标姿态为无控模式，其姿态变化在俯仰轴方向呈幅值为±180的周期运动，滚动轴和偏航轴方向为小幅值类周期运动，如图4所示。监视平台为三轴对地定向模式，经过短时间的初始姿态控制后平台本体相对于轨道坐标系三轴姿态角变为零，如图5所示。图4目标姿态变化曲线Fig.4Curveoftargetattitude图5监视平台姿态变化曲线Fig.5Curveofplatformattitude仿真过程中，目标在载荷成像系下的高低角和方位角变化曲线如图6所示，高低角在整个仿真过程中变化较小，与目标、监测平台近似同轨道面，载荷安装位置与平台本体三轴重合的仿真设置保持一致。方位角在平台进行第1次脉冲变轨后变化相对较大，在平台第2次脉冲变轨后，方位角快速减小，之后进入一个缓慢变化的阶段。整个过程变化与平台、目标相对运动保持一致。目标载荷成像仿真结果如图7所示。图7(a)为目标进入视场并且未进行载荷指向控制时的成像结果，图7(b)为指
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于HLA的卫星仿真系统的设计与实现[J]. 张利强,郑昌文,胡晓惠,吕品,吴佳泽. 系统仿真学报. 2009(20)
[2]一种基于云计算理念的网络化建模与仿真平台——“云仿真平台”[J]. 李伯虎,柴旭东,侯宝存,李潭,张雅彬,余海燕,韩军,邸彦强,黄继杰,宋长峰,唐震,王鹏,施国强,王晓华. 系统仿真学报. 2009(17)
[3]卫星与深空动态场景实时仿真系统[J]. 王长波,王章野,缪永伟,曾阳艳,彭群生. 宇航学报. 2005(S1)
博士论文
[1]基于SOA和HLA的分布式仿真关键技术研究[D]. 郭晓峰.解放军信息工程大学 2011
硕士论文
[1]空间目标星载可见光相机成像仿真[D]. 许兴星.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
本文编号：3136286
【文章来源】：系统仿真学报. 2020,32(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
系统体系结构Fig.1Systemarchitecturehttp:∥www.china-simulation.com任务设置数据库可视化
第32卷第4期Vol.32No.42020年4月张扬,等:空间目标天基监视分布式仿真系统设计Apr.,2020http:∥www.china-simulation.com623和视景仿真联邦成员，各联邦成员与体系设计中各成员和空间目标天基监视数学建模具体内容相对应，分别运行在单独的计算机中，其中视景仿真联邦成员外接投影显示系统进行全过程可视化。整个系统连接在同一局域网内，应用运行支撑环境（RTI）集成，底层通过网络通信。(a)系统物理架构(b)系统流程图图2天基监视分布式仿真系统结构Fig.2Structureofthespace-basedsurveillancedistributedsimulationsystem空间目标天基监视系统仿真系统流程如图2(b)所示。仿真控制成员控制系统联邦的创建和仿真运行。开始仿真后，在每一个仿真步长内，天基监视平台和空间目标成员分别进行平台和目标的动力学更新，并将轨道、姿态数据分别传递给光学载荷成员和视景仿真成员进行成像模拟和视景更新，光学载荷成员接收到平台和目标信息后进行载荷指向控制和目标成像模拟，同时将指向控制数据传递给视景仿真成员进行视景更新。整个仿真过程采用受控时间管理方式，保证仿真系统时间同步。4仿真示例4.1仿真设置以高轨失控卫星为观测目标，进行天基监视系统仿真。目标轨道模型中考虑地球非球形引力、日月引力、太阳光压摄动，监视平台初始轨道为大椭圆轨道，考虑地球非球形引力、日月引力、太阳光压摄动，大气阻力摄动，采用RK7(8)进行轨道外推计算。平台姿态控制模式设定为三轴对地定向，载荷安装位置与平台本体系三轴重合，目标姿态控制模式设定为无控模式，姿态更新应用吉尔法计算。载荷光轴初始指向为载荷成像坐标系z轴方向。初始参数设置见表1~4
第32卷第4期系统仿真学报Vol.32No.42020年4月JournalofSystemSimulationApr.,2020http:∥www.china-simulation.com6244.2仿真结果分析天基监视平台和空间目标在J2000系下xoy平面内的轨道变化曲线和相对距离变化曲线如图3所示，其中图3(a)红色为目标轨道变化曲线，蓝色为天基监视平台轨道变化曲线。图3(b)为监视平台与目标相对距离变化曲线。由图3可知，监视平台在经过脉冲变轨后，逐渐接近目标卫星，其相对距离逐渐减小，最终达到监视平台对目标成像的条件。(a)轨道变化曲线(b)相对距离变化曲线图3空间目标和监视平台运动变化Fig.3Movementofspacetargetandplatform文中姿态定义为本体坐标系相对于轨道坐标系的姿态角。目标姿态为无控模式，其姿态变化在俯仰轴方向呈幅值为±180的周期运动，滚动轴和偏航轴方向为小幅值类周期运动，如图4所示。监视平台为三轴对地定向模式，经过短时间的初始姿态控制后平台本体相对于轨道坐标系三轴姿态角变为零，如图5所示。图4目标姿态变化曲线Fig.4Curveoftargetattitude图5监视平台姿态变化曲线Fig.5Curveofplatformattitude仿真过程中，目标在载荷成像系下的高低角和方位角变化曲线如图6所示，高低角在整个仿真过程中变化较小，与目标、监测平台近似同轨道面，载荷安装位置与平台本体三轴重合的仿真设置保持一致。方位角在平台进行第1次脉冲变轨后变化相对较大，在平台第2次脉冲变轨后，方位角快速减小，之后进入一个缓慢变化的阶段。整个过程变化与平台、目标相对运动保持一致。目标载荷成像仿真结果如图7所示。图7(a)为目标进入视场并且未进行载荷指向控制时的成像结果，图7(b)为指
【参考文献】：
期刊论文
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[2]一种基于云计算理念的网络化建模与仿真平台——“云仿真平台”[J]. 李伯虎,柴旭东,侯宝存,李潭,张雅彬,余海燕,韩军,邸彦强,黄继杰,宋长峰,唐震,王鹏,施国强,王晓华. 系统仿真学报. 2009(17)
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博士论文
[1]基于SOA和HLA的分布式仿真关键技术研究[D]. 郭晓峰.解放军信息工程大学 2011
硕士论文
[1]空间目标星载可见光相机成像仿真[D]. 许兴星.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
本文编号：3136286
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