实验步骤与方法

实验步骤与方法

(1)实验系统设计 

本项目的实验系统为“卫星虚拟仿真集成实验系统(SatSim)”平台。

Satsim系统主要针对卫星轨道计算及载荷功能,设计开放性系统仿真架构,支持数学仿真、半实物仿真和虚拟仿真;支持卫星轨道设计论证仿真计算功能,具有专业的仿真分析技术,并可以加入专业的定制技术。具体功能如下:

① 设计论证仿真计算 

(a)卫星轨道设计分析:卫星轨道设计采用SGP4及HPOP轨道计算模型,并采用GPU并行运算的计算框架,实现了准确切高速的卫星轨道计算功能。

(b)卫星星座设计分析:软甲你可以实现添加多颗卫星,并实现卫星的组网功能。每颗卫星为一个独立的设计单元,用户可以根据仿真需求,自主设置卫星的姿轨状态及载荷参数,实现了卫星星座组网功能。

(c)通信链路设计分析:软件可以对卫星的通信链路进行仿真,并分析包括误码率,带宽占用率,信道繁忙度等链路性能指标,实现了通信链路的仿真与性能分析功能。 

(d)空间目标状态测量分析:软件可以实现对空间目标的在轨观测、识别、轨道确定及姿态确定。可以实时显示相机观测到的图像信息,并根据获取的图像信息进行目标提取,进而实现空间目标的定姿定轨功能。

(e)天基观测设计分析:软件可以实现卫星相机载荷仿真功能,支持用户自定义一组天基观测卫星,组成天基观测网,并支持用户设定观测目标,实现观测状态的实时显示及对目标态势分析功能。

② 专业仿真分析技术

(a)轨道机动控制仿真:软件可以实现卫星轨道机动仿真,采用lambert变轨算法,可以实现高精度的变轨过程仿真,接近目标时,可以实现连续推力抵近运动的仿真。 

(b)高精度轨道预报:软件采用SGP4和HPOP高精度轨道计算模型,可以实现24小时以上的高精度轨道预报。

(c)链路规划仿真分析:软件采用基于带宽约束的最短路径路由算法和基于竞价的域间和域内路由负载均衡方法,实现了链路规划与仿真分析功能。 

(d)卫星覆盖计算分析:软件可以实现卫星天线圆覆盖计算以及GRD图覆盖计算,计算精度高,并可以在三维场景及二维地图中实时显示天线覆盖区域,精确且直观的实现了卫星覆盖计算分析功能。

(e)天基观测目标识别分析:软件采用最大类间方差改进法和基于形态学的空间目标条纹端点提取方法,可以精确的提取目标特征点和目标识别工作。

(f)天基观测高精度定姿定轨分析:软件可以实现短弧数据下的空间目标的初轨确定并采用基于容积卡尔曼滤波的空间目标轨道改进方法,实现了高精度的定轨功能。

 SatSim系统建立统一控制仿真平台,采用具有真实航天器细节的三维模型,利用空间环境仿真系统生成不同姿态的的近场空间目标虚拟仿真图像,综合卫星有效载荷的仿真信息,实现多任务综合地面集成仿真与三维虚拟仿真。

 SatSim系统组成及运行流程图如下:

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图1 SatSim系统组成

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图2 SatSim系统运行流程

(2)实验过程实施

实验过程分为实验前期准备、实验过程执行、实验点评等环节。

① 实验前期准备

学生可通过登录网站,预约实验,可选择“任务团队”和“独立实验”两种模式。

选择“团队模式”后,将由相关老师协助组建“团队任务交互群”,布置知识预习、任务研讨等工作;

选择“独立实验”后,则由学生自助登录网站,根据提示完成知识预习,并与相关老师进行答疑交互。

② 实验过程执行

选择“团队模式”:由团队成员共同完成任务设定后,按照基本任务的操作步骤在线执行虚拟仿真过程,同时通过并行运行的交互平台即时交流仿真过程中遇到的问题;一次仿真结束后,在线进行仿真结果分析;调整参数后,可进行下一轮迭代实验;团队完成基本任务后,可与指导教师探讨自主进阶仿真任务的设计,设定实验条件和参数,制定实验步骤,并操作完成实验,分析仿真实验结果;

选择“独立实验”后,则由学生自助登录网站,根据基本任务的操作步骤和要求,自助完成相关实验,并进行结果分析。

③ 实验点评

教师团队依据实验结果给出每个实验的点评,并与学生进行交互探讨。



E-mail:lilacsat@hit.edu.cn

建设单位:哈尔滨工业大学 丨 实验项目:紫丁香卫星对地观测任务虚拟仿真实验
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