本發(fā)明屬于衛(wèi)星仿真，具體涉及一種多模型聯(lián)合變步長求解的衛(wèi)星仿真方法。

背景技術(shù)：

1、目前，衛(wèi)星仿真主要采用物理和半物理等方式，導(dǎo)致仿真系統(tǒng)龐大復(fù)雜，并且數(shù)據(jù)交換效率低，仿真計算速度慢。近幾年，逐漸興起全數(shù)字超實(shí)時衛(wèi)星仿真系統(tǒng)的研究，將衛(wèi)星分系統(tǒng)和部件全部分解為不同的計算進(jìn)程或者計算模塊，定步長同步多學(xué)科計算模塊，采用共享內(nèi)存、管道技術(shù)、消息隊(duì)列或者套接字等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，由于模型之間存在耦合關(guān)系，使用較長定步長交換數(shù)據(jù)會損失計算精度，如果采用極小步長交換數(shù)據(jù)又會導(dǎo)致計算效率降低，很難實(shí)現(xiàn)超實(shí)時仿真。目前，基于fmi仿真協(xié)議的模塊獨(dú)立計算仿真方法和基于hla的結(jié)構(gòu)的分布式仿真方法均存在損失計算精度的問題。中國專利公開號為cn103926848b，專利名稱為：《衛(wèi)星仿真系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)同步方法》，采用多模塊分離計算，在系統(tǒng)離散化周期采用共享內(nèi)存方式進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。上述方法在計算模塊存在耦合關(guān)系時同樣會損失計算精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種多模型聯(lián)合變步長求解的衛(wèi)星仿真方法，解決了現(xiàn)有的仿真系統(tǒng)難以兼顧計算精度和計算效率的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，多模型聯(lián)合變步長求解的衛(wèi)星仿真方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

3、s1，對衛(wèi)星各分系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化建模并分類；

4、s2，將s1中得到的分類后的模型輸入求解器模型，計算t時刻的各衛(wèi)星實(shí)體自身狀態(tài)參數(shù)，結(jié)合各衛(wèi)星實(shí)體自身狀態(tài)參數(shù)計算衛(wèi)星之間的相互作用參數(shù)；

5、s3，確定求解器模型時間步長n，返回s2計算t+n時刻衛(wèi)星自身狀態(tài)參數(shù)和衛(wèi)星間的相互作用參數(shù)。

6、本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：

7、s1中衛(wèi)星各分系統(tǒng)包括衛(wèi)星控制子系統(tǒng)、熱控子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)、載荷子系統(tǒng)、推進(jìn)子系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)。

8、s1中對衛(wèi)星各分系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化建模并分類具體包括：環(huán)境模型、運(yùn)動模型、感知模型、決策模型和行動模型。

9、求解器模型包括內(nèi)部求解器模型和外部求解器模型，環(huán)境模型和運(yùn)動模型輸入至內(nèi)部求解器模型，感知模型、決策模型和行動模型輸入至外部求解器模型，內(nèi)部求解器模型優(yōu)先于外部求解器模型進(jìn)行求解。

10、s2中計算各衛(wèi)星實(shí)體自身狀態(tài)參數(shù)和計算衛(wèi)星之間的相互作用參數(shù)具體為：

11、通過離散方程直接進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算求解，取各衛(wèi)星實(shí)體自身狀態(tài)參數(shù)和計算衛(wèi)星之間的相互作用參數(shù)中的任一參數(shù)vi，參數(shù)vi的值由與其相關(guān)的參數(shù)和時間計算得出，如式(1)所示：

12、vi(t)＝f(u1,u2,...un,t)????????????????(1)

13、式(1)中，u1,u2,...,un表示與參數(shù)vi相關(guān)的參數(shù)；

14、結(jié)合s1中得到的分類后的模型，得到參數(shù)vi。

15、s2中計算各衛(wèi)星實(shí)體自身狀態(tài)參數(shù)和計算衛(wèi)星之間的相互作用參數(shù)具體為：

16、通過微分方程進(jìn)行積分運(yùn)算求解，取各衛(wèi)星實(shí)體自身狀態(tài)參數(shù)和計算衛(wèi)星之間的相互作用參數(shù)中的任一參數(shù)vj，參數(shù)vj表示為與其相關(guān)的參數(shù)的導(dǎo)數(shù)形式，即參數(shù)vj通過積分計算得出，如式(2)所示：

17、

18、式(2)中，u1,u2,...,um表示與vj參數(shù)相關(guān)的參數(shù)，結(jié)合s1中得到的分類后的模型，得到參數(shù)vj。

19、s3中確定求解器模型時間步長n的具體過程為：

20、設(shè)定系統(tǒng)時間步長ns，行動模型時間步長nai，感知模型請求時間步長nsi，將最小的時間步長作為求解器模型時間步長n。

21、本發(fā)明的有益效果是：

22、本發(fā)明的多模型聯(lián)合變步長求解的衛(wèi)星仿真方法，能夠保證全數(shù)字衛(wèi)星仿真計算的精確度，能進(jìn)行多求解器并行計算、多衛(wèi)星統(tǒng)一求解，提升仿真效率。本發(fā)明通過衛(wèi)星部件模型按因果關(guān)系分類計算、動態(tài)請求計算步長和積分器重新初始化，確保了數(shù)據(jù)的因果關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了多模型高精度、高效率混合求解。

技術(shù)特征：

1.多模型聯(lián)合變步長求解的衛(wèi)星仿真方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模型聯(lián)合變步長求解的衛(wèi)星仿真方法，其特征在于，s1中所述衛(wèi)星各分系統(tǒng)包括衛(wèi)星控制子系統(tǒng)、熱控子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)、載荷子系統(tǒng)、推進(jìn)子系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模型聯(lián)合變步長求解的衛(wèi)星仿真方法，其特征在于，s1中所述對衛(wèi)星各分系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化建模并分類具體包括：環(huán)境模型、運(yùn)動模型、感知模型、決策模型和行動模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多模型聯(lián)合變步長求解的衛(wèi)星仿真方法，其特征在于，所述求解器模型包括內(nèi)部求解器模型和外部求解器模型，環(huán)境模型和運(yùn)動模型輸入至內(nèi)部求解器模型，感知模型、決策模型和行動模型輸入至外部求解器模型，內(nèi)部求解器模型優(yōu)先于外部求解器模型進(jìn)行求解。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多模型聯(lián)合變步長求解的衛(wèi)星仿真方法，其特征在于，s2中所述計算各衛(wèi)星實(shí)體自身狀態(tài)參數(shù)和計算衛(wèi)星之間的相互作用參數(shù)具體為：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多模型聯(lián)合變步長求解的衛(wèi)星仿真方法，其特征在于，s2中所述計算各衛(wèi)星實(shí)體自身狀態(tài)參數(shù)和計算衛(wèi)星之間的相互作用參數(shù)具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的多模型聯(lián)合變步長求解的衛(wèi)星仿真方法，其特征在于，s3中所述確定求解器模型時間步長n的具體過程為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開的多模型聯(lián)合變步長求解的衛(wèi)星仿真方法，屬于衛(wèi)星仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體按照以下步驟實(shí)施S1，對衛(wèi)星各分系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化建模并分類；S2，將S1中得到的分類后的模型輸入求解器模型，計算t時刻的各衛(wèi)星實(shí)體自身狀態(tài)參數(shù)，結(jié)合各衛(wèi)星實(shí)體自身狀態(tài)參數(shù)計算衛(wèi)星之間的相互作用參數(shù)；S3，確定求解器模型時間步長n，返回S2計算t+n時刻衛(wèi)星自身狀態(tài)參數(shù)和衛(wèi)星間的相互作用參數(shù)。本發(fā)明能夠保證全數(shù)字衛(wèi)星仿真計算的精確度，能進(jìn)行多求解器并行計算、多衛(wèi)星統(tǒng)一求解，提升仿真效率。本發(fā)明通過衛(wèi)星部件模型按因果關(guān)系分類計算、動態(tài)請求計算步長和積分器重新初始化，確保了數(shù)據(jù)的因果關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了多模型高精度、高效率混合求解。

技術(shù)研發(fā)人員：李建輝,李勇,李恒年,林鵬,王蓉暉,冀蓉,翟敏,梁冰點(diǎn),杜仰澤,汪洪潮,杜衛(wèi)兵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國西安衛(wèi)星測控中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9