面向低轨星座系统的体系模型构建方法及体系仿真方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116032396A(43)申请公布日2023.04.28(21)申请号202211383234.X(22)申请日2022.11.07(71)申请人中国空间技术研究院地址100094北京市海淀区友谊路104号(72)发明人吴志强高新宇贾振华朱晓辉李绍旸钱晋希韩笑钱志鹏(74)专利代理机构北京志霖恒远知识产权代理有限公司11435专利代理师郭栋梁(51)Int.Cl.H04B17/391(2015.01)H04B7/185(2006.01)权利要求书6页说明书15页附图6页(54)发明名称面向低轨星座系统的体系模型构建方法及体系仿真方法(57)摘要本发明提供了一种面向低轨星座系统的体系模型构建方法及体系仿真方法，属于低轨星座系统体系仿真与效能评估领域。所述构建方法对空间段、地面段、应用段、环境段的功能实体进行轻量化仿真建模，空间段构建的模型包括星座构型模型、姿轨控分系统模型和卫星载荷模型，地面段包括主信关站模型和副信关站模型，在应用段构建大规模终端模型，环境段包括星地微波信道子模型和星间激光信道子模型，并进行模型交互设计，形成星地一体的整体模型架构。本发明保证了功能实体的建模精度，同时满足了仿真建模的轻量化需求，降低了系统建模的复杂性，平衡了模型精确度和轻量化之间的关系，对星座系统的架构设计的正确性、合理性和有效性进行仿真验证和评估。CN116032396ACN116032396A权利要求书1/6页1.一种面向低轨星座系统的体系模型构建方法，其特征在于，所述体系模型构建方法包括：将低轨星座系统分为空间段、地面段、应用段和环境段；对空间段进行轻量化建模，空间段构建的模型包括星座构型模型、姿轨控分系统模型和卫星载荷模型；进行仿真时，星座构型模型根据星座构型设计生成星座拓扑关系和轨道姿态初始值，分别发送给卫星载荷模型和姿轨控分系统模型；姿轨控分系统模型根据轨道和姿态参数进行轨道计算和姿态计算，并将轨道、姿态数据发送给卫星载荷模型和星座构型模型；卫星载荷模型实现星地、星间波束功能，业务、信令链路分析功能，入网、建链信令处理功能，无线资源分配功能和星间路由交换功能；对地面段进行轻量化建模，地面段构建的模型包括主信关站模型和副信关站模型；进行仿真时，主信关站模型和副信关站模型同时实现接入网功能，主信关站模型还实现核心网功能；其中，接入网实现馈电链路信号收发功能，核心网实现终端入网注册、鉴权功能；对应用段进行轻量化建模，在应用段构建大规模终端模型；进行仿真时，应用段模型完成波束选择、可见性分析、业务数据产生、数据收发、信令处理功能；对环境段进行轻量化建模，环境段构建的模型包括星地微波信道子模型和星间激光信道子模型；进行仿真时，星地信道子模型考虑自由空间损耗、多普勒效应、噪声、大气、雨雪、云雾损耗，星间信道子模型考虑日凌对激光链路的影响。2.根据权利要求1所述的面向低轨星座系统的体系模型构建方法，其特征在于，对空间段、地面段、应用段和环境段轻量化建模时，进行如下模型交互设计：星座构型模型、大规模终端模型、主/副信关站模型通过数据中间件方式分别与星地微波信道子模型和星间激光信道子模型交互业务信息和信令信息；在实例化过程中，星地微波信道子模型和星间激光信道子模型分别只实例化1个，所有星座构型模型、终端模型和主/副信关站模型的数据均集中在1个信道模型里进行交互，减少星座构型模型和大规模终端模型的两两交叉进行信息重复传输；业务信息与信令信息通过各类实体的收、发天线模型进行转发，并采用统一的简化IP数据包进行传输，实现模型间复杂接口的简化处理，易于模型间数据交互。3.根据权利要求1或2所述的面向低轨星座系统的体系模型构建方法，其特征在于，所述星座构型模型生成的星间拓扑关系采用二维表进行描述，“1”代表卫星间存在星间连接，“0”代表卫星间无星间连接；所述星座构型模型根据星座构型参数计算星座中每颗卫星的轨道六要素初值、姿态参数初值，并进行数据上传。4.根据权利要求1或2所述的面向低轨星座系统的体系模型构建方法，其特征在于，姿轨控分系统模型包括姿态动力学子模型、轨道动力学子模型和星上制导、导航与控制GNC控制子模型；其中，所述轨道动力学子模型由理想轨道模型和HPOP高精度轨道模型构成；理想轨道模型不考虑其他外界干扰力影响；HPOP高精度轨道模型考虑推力器控制力模型、地球非球形摄动力模型、大气阻力摄动力模型、日月引力摄动模型、太阳光压摄动力模型；所述姿态动力学子模型由内部控制力矩模型和外部干扰模型构成；内部控制力矩模型考虑飞轮模型、磁力矩器模型、推力器模型，外部干扰模型考虑重力梯度力矩模型、太阳辐射力矩模型、气动力矩模型、地磁力矩模型；所述星上GNC控制子模型根据轨道动力学子模型和姿态动力学子模型的