[发明专利]考虑遮挡效应的航天器太阳能帆板三维动态仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能帆板功率计算及三维动态仿真方法，尤其涉及一种航天器太阳帆板的遮挡情况分析及显示、发电效率预估、帆板温度预估的三维动态仿真方法，属于计算机仿真模拟技术领域。

背景技术

三维计算机仿真的应用涉及游戏、产品展示、虚拟制造及装配、航空航天模拟等各个方面，仿真可视化已经成为科研人员开发仿真系统、开展仿真实验的重要辅助手段。

太阳电池阵是众多航天器的能源提供者。太阳电池阵被完全或部分遮挡后，其输出功率将受到极大地影响。所以在航天器设计时，太阳电池阵应尽量避开遮挡多发区域，并对产生遮挡情况时进行发电效率预估，合理设计太阳电池数量。同时对太阳帆板的遮挡情况进行分析，还可以预估出太阳帆板的温度，并进行热分析。

由于现代卫星任务多样性，所携带的机构越来越多，会造成各种机构之间的互相遮挡，会产生遮挡效应，使卫星轨道、大型机构所产生的遮挡情况的分析任务复杂，所以对太阳能帆板的发电效率产生很大影响，导致发电效率预估不准确。

发明内容

本发明的目的是提出一种考虑遮挡效应的航天器太阳能帆板三维动态仿真方法，以解决针对现有的卫星轨道、大型机构所产生的遮挡情况的分析任务复杂，导致发电效率预估不准确的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

本发明所述的考虑遮挡效应的航天器太阳能帆板三维动态仿真方法，是按照以下步骤实现的：

步骤一、搭建实现环境：采用Qt搭建人机交互接口界面；

步骤二、航天器三维虚拟建模：根据航天器实际尺寸，利用3DS MAX建立航天器本体、太阳能帆板及遮挡机构的三维模型，并根据地球光晕渲染原理，大气云层渲染原理，太阳眩光原理建立地、月、日和太空空间场景；

步骤三、航天器本体、太阳能帆板、天线的实时显示：通过导入轨道参数及位姿数据，动态仿真航天器的运动；

步骤四、通过阴影遮挡算法计算遮挡矩阵：将太阳能帆板划分网格，设定遮挡机构和遮挡系数，通过阴影遮挡算法，得到遮挡机构对太阳能帆板的遮挡矩阵，用于模拟太阳能帆板受遮挡的真实情况；

步骤五、基于着色语言的太阳能帆板阴影可视化渲染；

步骤六、多视角交互式三维漫游；

步骤七、太阳能帆板功率及温度曲线的实时显示。

本发明的有益效果是：

1、本发明实现了大型机构所产生的遮挡情况的任务分析，为发电效率预估不准确的问题提出了解决方法，简化了地面人员的操作，降低了实物风险及研制成本。

2、本发明设计了航天器太阳能帆板阴影遮挡仿真方法，对太阳能帆板阴影进行实时计算仿真，并完成对太阳能帆板阴影的渲染及显示。

3、本发明设计了航天器太阳能帆板发电功率和帆板温度预估算法，实现了航天器太阳能帆板功率及温度实时仿真计算与显示，进而合理设计太阳能电池数量，从而实现最合理的供电效率。

4、本发明以航天器太阳能电池阵建模技术、可视化技术、虚拟现实技术和数值模拟技术等为核心，以Qt和OSG三维渲染引擎为实现工具，完成航天器太阳能电池阵阴影遮挡及发电效率计算的交互式虚拟仿真，具有真实感强、交互性好、实用性强等优点。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为具体实施方式四中遮挡矩阵计算流程图。

具体实施方式

结合附图进一步详细说明本发明的具体实施方式。

具体实施方式一：下面结合图1，图2说明本实施方式，本实施方式所述的考虑遮挡效应的航天器太阳能帆板三维动态仿真方法，包括以下步骤：

步骤一、搭建实现环境：采用Qt搭建人机交互接口界面；

Qt和OSG的实现都是基于C++，结合Qt和OSG三维渲染引擎共同搭建实现环境。C++用于基础语言实现和遮挡算法计算，Qt用于构建系统平台和相关界面，充分利用Qt开源的特点，采用其丰富的API类和独特安全的signals/slots技术等设计了人性化的人机交互接口界面，使界面美观简洁、操作简单易懂；OSG虚拟现实技术用于实现航天器太阳翼阴影及功率三维动态全过程仿真，相比于传统的二维仿真技术，OSG虚拟现实技术使仿真结果更加直观化、现场化，具有良好的可视化和交互性。

利用OSG三维渲染引擎来实现航天器太阳能帆板实时阴影遮挡的三维虚拟仿真，具体如下：