卫星运行可视化仿真平台的设计与实现

发布时间：2017-09-24 12:26

  本文关键词：卫星运行可视化仿真平台的设计与实现

  更多相关文章： 卫星 计算机仿真 OpenGL 可视化平台 星下点 覆盖范围

【摘要】：卫星是航天领域的重要组成部分,为获取地球各种环境信息提供工具。由于卫星的数据量很大,如何能将大量的卫星数据转化为直观的显示,为管理与决策提供依据有着重要的应用意义。论文设计完成一个仿真平台,可以实现卫星位置与扫描范围的实时仿真。可视化仿真技术可以将仿真结果图形化,能够实现对仿真对象和仿真环境的真实再现。利用可视化仿真技术,可以对卫星的运行状况进行动态的模拟演示,有利于观察和研究卫星相对于地球的运动过程。论文利用卫星轨道动力学作为理论基础,用OpenGL开发库作为可视化引擎,用Visual Studio 2010中的MFC作为界面框架,设计并完成了卫星的可视化仿真平台。主要完成的工作有：1.卫星状态数据的读入：利用两行轨道根数文件(TLE)作为卫星数据的来源,选用SGP4/SDP4模型作为卫星轨道的解析模型。编程实现了外部数据文件的读取、格式转换和卫星参数的读入。2.卫星数据的计算：建立了时间系统和坐标系统,研究了描述卫星运行状态的时间标准。编程实现了系统时间的读入、各种时间标准的转换并最终在仿真平台上建立了卫星的时间系统。编程实现了坐标系之间的转换,并建立了坐标系统。设计了实时状态和模拟状态两种卫星仿真模式,读取系统时间实现卫星的实时仿真,自由设定时间参数实现卫星的模拟仿真。研究了卫星轨道动力学的理论,研究了二体问题和开普勒方程在卫星上的应用。利用卫星轨道动力学的理论,编程实现对卫星轨道、卫星星下点和覆盖范围的计算。3.卫星轨道的三维可视化仿真。利用OpenGL作为三维建模工具,建立了地球和卫星覆盖范围的三维模型。编程实现了太阳位置的实时仿真,并用OpenGL模拟了太阳光照的变化。利用OpenGL中的绘制函数,将经过计算得到的卫星轨道位置和形状的数据在三维可视化区域进行绘制。4.星下点轨迹和覆盖范围的二维可视化仿真：利用正交投影的方法,实现了二维可视化仿真背景的载入,并绘制了背景的经纬网络。利用OpenGL中的绘制函数,将经过计算后得到的星下点轨迹和覆盖范围的数据在二维可视化区域进行绘制。5.卫星的状态信息查询：实现了对卫星的实时信息查询,对卫星的可见性进行了分析,并将最后的查询结果在对话框中显示。在以上5点的基础上建立了卫星可视化仿真平台。用Visual Studio 2010中的MFC搭建了仿真平台,编程实现了卫星可视化仿真。
【关键词】：卫星 计算机仿真 OpenGL 可视化平台 星下点 覆盖范围
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V411.8;TP391.9
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-12
• 第一章 序言12-15
• 1.1 选题背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-14
• 1.3 论文的主要研究内容14-15
• 第二章 卫星仿真平台的可视化环境搭建15-25
• 2.1 OpenGL概述15-18
• 2.1.1 OpenGL与其他三维工具库的比较15-16
• 2.1.2 OpenGL的工作流程16-17
• 2.1.3 OpenGL在仿真环境中的初始化17-18
• 2.2 卫星可视化仿真平台的视景变换实现18-21
• 2.2.1 几何变换18-19
• 2.2.2 投影变换19-21
• 2.3 卫星可视化仿真平台的仿真效果实现21-23
• 2.3.1 颜色模型21
• 2.3.2 纹理贴图技术21-23
• 2.3.3 光照技术23
• 2.4 小结23-25
• 第三章 卫星轨道的三维可视化仿真25-44
• 3.1 卫星轨道动力学基础25-29
• 3.1.1 卫星的基本运动规律25-26
• 3.1.2 卫星轨道六根数26-27
• 3.1.3 开普勒方程及其解法27-29
• 3.2 时间系统的建立29-31
• 3.2.1 时间系统的模型29-30
• 3.2.2 时间系统的实现30-31
• 3.3 坐标系统的建立31-32
• 3.4 卫星轨道的数据读取32-35
• 3.4.1 TLE格式的卫星参数文件32-33
• 3.4.2 外部文件的读入33-35
• 3.5 卫星轨道的计算35-39
• 3.5.1 卫星的位置与速度35-38
• 3.5.2 卫星轨道的确定38-39
• 3.6 卫星轨道三维可视化仿真的实现39-43
• 3.6.1 地球三维模型的建立39-40
• 3.6.2 卫星轨道的生成40-41
• 3.6.3 卫星覆盖范围的三维效果实现41-42
• 3.6.4 太阳光的模拟42
• 3.6.5 三维可视化场景的其他仿真效果42-43
• 3.7 小结43-44
• 第四章 卫星星下点及覆盖范围的二维可视化仿真44-53
• 4.1 卫星星下点的二维可视化仿真44-47
• 4.1.1 卫星星下点的计算44
• 4.1.2 卫星星下点的二维可视化实现44-47
• 4.2 卫星覆盖范围的二维可视化仿真47-50
• 4.2.1 卫星覆盖范围的计算47-48
• 4.2.2 卫星覆盖范围的二维可视化实现48-50
• 4.3 卫星可见性分析50-52
• 4.4 小结52-53
• 第五章 卫星可视化仿真平台的实现53-72
• 5.1 卫星可视化仿真平台的总体介绍53-57
• 5.1.1 功能分析53-54
• 5.1.2 总体框架54-55
• 5.1.3 主要工作流程55-56
• 5.1.4 主要模块结构56-57
• 5.2 卫星可视化仿真平台的框架的搭建工具57-58
• 5.3 卫星可视化仿真平台的界面设计与实现58-66
• 5.3.1 三维可视化仿真窗口59-61
• 5.3.2 二维可视化仿真区域61-62
• 5.3.3 信息查询对话框62-63
• 5.3.4 参数设置对话框63-65
• 5.3.5 卫星基本参数和时间显示区域65-66
• 5.3.6 工具栏设计66
• 5.4 卫星可视化仿真平台的实验与结果分析66-71
• 5.5 小结71-72
• 第六章 结论与讨论72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 讨论73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 读研期间发表的论文79
• 读研期间参加的科研项目79

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本文编号：911388