本發(fā)明涉及衛(wèi)星軌道模擬，具體涉及一種基于軌道六根數(shù)的地面檢測平臺模擬軌道加速方法及設備。

背景技術：

1、高分辨率星載熱點監(jiān)測儀，在軌監(jiān)測全球熱點區(qū)域的溫室氣體排放，采用天底觀測的方式，熱點監(jiān)測儀在軌工作過程中，接收衛(wèi)星平臺每秒發(fā)送的廣播時間包，廣播時間包中包含衛(wèi)星的軌道信息。監(jiān)測儀通過軌道信息調(diào)整指向鏡角度，對準熱點區(qū)域，再進行拍攝。載荷在軌運行過程中，并非整軌連續(xù)工作，在星下點黑夜或熱點較少的區(qū)域，載荷處于待機狀態(tài)。

2、載荷研制過程中，需要地面檢測平臺仿真衛(wèi)星平臺，對載荷進行地面測試，以保證載荷在軌期間可以正常運行。載荷在地面調(diào)試過程中，如果完全按照真實軌道運行，耗時較長，調(diào)試效率低下。

3、用于載荷地面調(diào)試的設備稱為地面檢測平臺。衛(wèi)星分為衛(wèi)星平臺和載荷兩大主要組成部分，平臺和載荷按照統(tǒng)一的協(xié)議通訊。載荷研制過程中，地面檢測平臺仿真衛(wèi)星平臺，對載荷進行地面測試，驗證載荷的功能是否實現(xiàn)，排除其他安全隱患，保證其在軌的正常運行。

4、地面檢測平臺，需要對載荷進行測控以及業(yè)務數(shù)據(jù)的接收，其中測控平臺使用測控總線1553b，1553b的通訊內(nèi)容包括內(nèi)部指令、數(shù)據(jù)注入、遙測信息和廣播時間包等等。其中測控一般被稱為“數(shù)管通訊”主要內(nèi)容為直接指令、間接指令、直接遙測和間接遙測等等。業(yè)務數(shù)據(jù)一般被稱為“數(shù)傳通訊”主要內(nèi)容為數(shù)據(jù)的傳輸和廣播信號的接收。

5、由于軌道根據(jù)載荷運作時間被劃分為不同場景，某些場景下衛(wèi)星不會工作，例如當衛(wèi)星進入黑夜或非熱點區(qū)域。在測試過程中，載荷除去必要運作時間外，剩余冗余時間應該盡可能減少，于是設計出軌道加速作為一種減少冗余時間的方法。

6、現(xiàn)有方法主要是提前使用stk等軌道仿真軟件，先創(chuàng)建模擬衛(wèi)星在軌運行的軌道數(shù)據(jù)，再有地檢平臺解析進行發(fā)送。但是由于stk軟件較大，軟件接口調(diào)用困難，計算時間較長，輸出的數(shù)據(jù)不能直接使用，需要對數(shù)據(jù)進行二次加工。

7、本發(fā)明公開了一種基于軌道六根數(shù)的地面檢測平臺模擬軌道加速方法。在載荷地面測試的過程中，利用軌道六根數(shù)和時間確定衛(wèi)星運行軌道，根據(jù)載荷運作時間劃分載荷運作場景，當載荷處于非運作時間段時，加速軌道模擬進程?？焖俚竭_載荷下一即將運作時刻，從而減少載荷仿真時的冗余時間。(以下簡稱：軌道加速)本算法按照衛(wèi)星和載荷的工作狀態(tài)定制，可以嵌入至其他程序中，操作方便，實時性好。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出的一種基于軌道六根數(shù)的地面檢測平臺模擬軌道加速方法、設備及存儲介質(zhì)，可至少解決背景技術中的技術問題之一。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：

3、一種基于軌道六根數(shù)的地面檢測平臺模擬軌道加速方法，具體步驟如下：

4、s1、模擬衛(wèi)星平臺通過數(shù)據(jù)總線向載荷發(fā)送廣播數(shù)據(jù)包；

5、s2、載荷中控對接收廣播數(shù)據(jù)包錄入軌道加速系統(tǒng)進行分析，計算衛(wèi)星位置；

6、s3、根據(jù)衛(wèi)星位置判斷是否加速；

7、s4、依據(jù)衛(wèi)星是否到達熱點位置，控制軌道加速是否結束；

8、s5、軌道加速結束時，判斷熱點檢測是否完成。

9、進一步地，本發(fā)明所述s2中軌道加速系統(tǒng)包括模擬軌道可視化模塊、注數(shù)注入模塊、加速判斷模塊；

10、注數(shù)注入模塊將系統(tǒng)錄入的廣播數(shù)據(jù)包中時間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為jd時間，并和軌道六根數(shù)數(shù)據(jù)一起傳輸至加速判斷模塊；

11、加速判斷模塊基于jd時間和軌道六根數(shù)計算衛(wèi)星位置并判斷衛(wèi)星是否需要加速，并將處理后的數(shù)據(jù)輸入可視化模塊。

12、進一步地，本發(fā)明所述s2中衛(wèi)星位置計算方法如下：

13、s21、引入輔助參數(shù)計算真近點角；

14、引入兩個輔助參數(shù)偏近點角e和平近點角m，m為一個假設量，則m＝n(t-t0)，其中，t0為衛(wèi)星過近地點的時刻，t為觀測衛(wèi)星時刻；

15、平近點角與偏近點角間存在如下關系為e＝m+e?sin?e，則真近點角余弦為：

16、

17、s22、結合真近點角計算衛(wèi)星任意時控天球坐標；

18、取直角坐標系的原點與地球質(zhì)心相重合，x軸指向近地點、z軸垂直于軌道平面向上，y軸在軌道平面上垂直于x軸構成右手系，則衛(wèi)星在任意時刻的天球坐標為：

19、

20、其中，r＝a(1-ecose)；

21、s23、將衛(wèi)星任意時刻天球坐標轉(zhuǎn)換為大地坐標；

22、將衛(wèi)星任意時刻天球坐標轉(zhuǎn)換為大地坐標方法如下：

23、

24、其中歲差矩陣：

25、

26、其中，θ為旋轉(zhuǎn)角度、ry為繞y軸的坐標變換矩陣、rz為繞z軸的坐標變換矩陣；

27、其中，時間t為從j2000.0歷元起算的歸化時間，即

28、

29、其中jd(tdb)表示由質(zhì)心動力學時(tdb)表示的儒略日；

30、章動矩陣為：

31、[nr]＝rx(-εs-δε)·rz(-δψ)·rx(εs)

32、其中δε和ψ分別為黃經(jīng)章動和交角章動；εs為平黃赤交角、rx為繞x軸的坐標變換矩陣；

33、晝夜自轉(zhuǎn)矩陣：

34、[er]＝ry(θg)

35、其中，

36、極移矩陣為：

37、[ep]＝ry(-xp)rx(-yp)。

38、進一步地，本發(fā)明所述s3中所述根據(jù)衛(wèi)星位置判斷是否加速方法具體如下：

39、s31、定義監(jiān)測區(qū)域；

40、s32、根據(jù)衛(wèi)星位置和監(jiān)測區(qū)域位置關系判斷工作狀態(tài)；

41、s33、依據(jù)衛(wèi)星工作狀態(tài)控制軌道加速。

42、進一步地，本發(fā)明所述步驟s31中監(jiān)測區(qū)域的

43、根據(jù)實際要求，載荷對特定位置進行監(jiān)測的區(qū)域，該區(qū)域為熱點區(qū)域，在大地坐標系中用熱點表示；

44、從地球上的熱點a點開始，向地心方向畫一條直線ad；

45、從熱點a點出發(fā)，沿ad線向外做兩個夾角為30°的線，這兩條線分別與衛(wèi)星的運行軌道相交于b和c兩點；

46、弧線bc即定義了衛(wèi)星停止加速以確保有效覆蓋a點的監(jiān)測區(qū)域。

47、進一步地，本發(fā)明所述步驟s32中工作狀態(tài)的判別方法如下：

48、軌道加速系統(tǒng)根據(jù)時間確定衛(wèi)星位置，若衛(wèi)星與熱點a點的連線與ad線之間的夾角小于或等于30°，表明衛(wèi)星正處于或即將進入對a點的理想觀測位置，此時軌道加速系統(tǒng)正常運作，無需進行軌道加速，衛(wèi)星為正常工作狀態(tài)；

49、若衛(wèi)星與熱點a點的連線與ad線之間的夾角大于30°，表面衛(wèi)星正遠離a點的有效觀測范圍，載荷中控機向模擬衛(wèi)星平臺申請發(fā)送修改時間指令，通過軌道加速來調(diào)整軌道以確保盡快回到或保持在bc弧線上方即監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，此時衛(wèi)星為非正常工作狀態(tài)。進一步地，本發(fā)明所述s33依據(jù)衛(wèi)星工作狀態(tài)控制軌道加速的方法如下：

50、進入監(jiān)測區(qū)域前(b點)：當衛(wèi)星軌道位置接近b點，即衛(wèi)星即將進入監(jiān)測區(qū)域時，系統(tǒng)檢測到這一狀態(tài)后會指令停止軌道加速。這是因為在bc弧段內(nèi)，衛(wèi)星已經(jīng)處于可以有效監(jiān)測a點的位置，無需進一步加速。

51、離開監(jiān)測區(qū)域后(c點)：一旦衛(wèi)星經(jīng)過c點，意味著它即將離開監(jiān)測區(qū)域，這時載荷中控機先向衛(wèi)星模擬平臺請求發(fā)送修改時間指令，衛(wèi)星模擬平臺向載荷中控機發(fā)送修改時間指令，系統(tǒng)啟動軌道加速機制。加速的目的是為了讓衛(wèi)星能夠更快地進入下一個過熱a點的軌道位置，確保持續(xù)或盡快恢復對熱點a點的監(jiān)測。

52、又一方面，本發(fā)明還公開一種計算機可讀存儲介質(zhì)，存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時，使得所述處理器執(zhí)行如上述方法的步驟。

53、再一方面，本發(fā)明還公開一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執(zhí)行時，使得所述處理器執(zhí)行如上方法的步驟。

54、由上述技術方案可知，本發(fā)明的基于軌道六根數(shù)的地面檢測平臺模擬軌道加速方法及系統(tǒng)，根據(jù)載荷運行情況，對模擬參數(shù)進行修改，加速至載荷即將需要運作的時間點。減少模擬所產(chǎn)生的冗余時間。由于衛(wèi)星在固定軌道運行時，其軌道六參數(shù)不變，地檢平臺根據(jù)加速的時間點計算衛(wèi)星軌道位置，并向載荷發(fā)送。

55、此方法利用軌道六根數(shù)代表整條軌道的運行曲線，再根據(jù)時間可確定衛(wèi)星此時刻所在軌道位置。若處于非運作狀態(tài)，系統(tǒng)會計算下一運作時間點，并導入相應參數(shù)對載荷進行模擬測試。相較于傳統(tǒng)方法具有以下優(yōu)點：

56、1、利用軌道六根數(shù)與時間減少數(shù)據(jù)傳輸量，減少數(shù)據(jù)冗余。

57、2、利用軌道六根數(shù)與時間實現(xiàn)了一種軌道加速的方法加快載荷檢測時間。

58、3、不需要花費整條軌道運行的時間，在對于一些載荷非必要運行的冗余時間，會進行加速，以更快的達到即將下一次運行的模擬場景。節(jié)省了載荷的檢測時間。

59、4、增加了加速觀測序列的功能，可以仿真多軌中的某幾段工作時間，可以對衛(wèi)星在軌的長期運行性能進行考察，提高了測試效率。