[发明专利]星座半物理仿真系统及仿真方法

说明书

本发明属于卫星星座设计与仿真技术领域，具体公开了一种星座半物理仿真系统及仿真方法，该系统包括用于完成星座构型、星间链路及地面覆盖仿真的星座数字仿真模块，与星座数字仿真模块的轨道信息输出端连接的卫星姿轨动力学模拟器、供配电模拟器、热控模拟器、可星载卫星电控设备和卫星测控模拟器，供配电模拟器的输入端与星座数字仿真模块的光照条件信息输出端连接，热控模拟器的输入端与星座数字仿真模块的轨道太阳角信息输出端连接，可星载卫星电控设备接收卫星敏感器信息、卫星供电信息和卫星设备温度信息。采用本技术方案，利用半物理仿真系统结合卫星真实单机与模拟设备产生物理信号，与星座数字仿真模块进行信息交互，提高仿真置信度。

技术领域

本发明属于卫星星座设计与仿真技术领域，涉及一种星座半物理仿真系统及仿真方法。

背景技术

卫星星座(简称“星座”)是指由多颗卫星组成，卫星轨道形成稳定的空间几何构型，卫星之间保持固定的时空关系，用于完成特定航天任务的卫星系统。卫星星座构成的航天系统称为卫星星座系统。

纵观卫星技术几十年来的发展历程，单颗卫星的性能不断提高，有效载荷种类不断丰富，载荷技术和能力不断提高。同时，航天任务将不再仅由单颗卫星来完成，多颗卫星合作已成为卫星应用的主流形式，卫星之间的联系越来越密切。对于空间全球通信应用系统，单颗卫星难以有效完成任务目标，完成这类任务需要在相同及不同轨道面上布置多颗卫星，因此卫星星座系统应运而生。

随着铱星系统、OneWeb系统、星链计划的有效部署，利用大型低地球轨道卫星星座，从太空提供全球宽带接入的想法逐渐成为现实。星座系统的建设，是一项非常复杂的系统工程，卫星数目众多，成本高昂，建设周期长，运行管理复杂，其设计、建设、管理均存在较大难度，为星座系统的实际应用带来巨大挑战。

因此，为了减少建设成本，提前识别技术风险，提高系统运行维护能力，开展星座系统仿真工作就显得尤为重要。通过较为完备的仿真试验手段，在关键技术攻关、试验卫星系统、组网建设等各个阶段，合理地规划、管理全过程的技术工作，充分验证系统体制的可行性，提前识别并控制系统的不确定因素及问题，从而以最少的时间和成本代价实现系统建设的总目标。

半物理仿真是在仿真系统组成基础上，将部分或全部硬件接入仿真系统中，但部分模块(如星座构型、轨道、空间环境)仍用数学模型代替。目前主流的星座仿真方法均为数学仿真，虽然数学仿真可以对星座构型、覆盖性、星间链路等进行仿真，而半物理仿真比数学仿真具有更高的置信度，可有效为星座系统建设和运行维护提供测试评估与分析验证的支持，因此搭建星座半物理仿真系统至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种星座半物理仿真系统及仿真方法，可有效反映卫星物理特性，提高仿真置信度。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种星座半物理仿真系统，包括星座数字仿真模块、卫星姿轨动力学模拟器、供配电模拟器、热控模拟器、可星载卫星电控设备和卫星测控模拟器；

所述星座数字仿真模块，用于完成星座构型、星间链路及地面覆盖仿真，设置基准卫星，并获取基准卫星的轨道信息、光照条件信息和轨道太阳角信息；

所述卫星姿轨动力学模拟器的输入端与星座数字仿真模块的轨道信息输出端连接，卫星姿轨动力学模拟器接收星座数字仿真模块基准卫星的初始轨道，将系统运行过程中计算得到的实时轨道发送给星座数字仿真模块基准卫星，卫星姿轨动力学模拟器输出敏感器模拟器信息，敏感器模拟器模拟卫星姿态敏感器，可用于模拟测量卫星三轴姿态；

所述供配电模拟器的输入端与星座数字仿真模块的光照条件信息输出端连接，供配电模拟器模拟卫星太阳电池阵列，实现供电电压和电流解算，输出对应的卫星供电信息；

所述热控模拟器的输入端与星座数字仿真模块的轨道太阳角信息输出端连接，热控模拟器模拟卫星热敏电阻，输出卫星设备温度信息；