实时数据驱动的交会对接仿真平台设计与实现

航天器地面综合测试时,为了在测试数据显示基础上,动态展示航天器交会对接过程,验证交会对接飞行方案的正确性,为航天员手控交会对接训练提供支持,设计航天器交会对接仿真系统,给出交会对接仿真平台设计架构。通过对航天器建模、虚拟场景装配、模型驱动方法、阳照区/阴影区绘制、姿态和星下点轨迹计算方法研究,开发实现航天器交会对接仿真平台。平台由实时测试数据驱动,在航天器地面静态测试下,可以实时显示航天器三维飞行状态及星下点轨迹。目前,仿真平台已经应用于航天器地面综合测试过程中,同时,平台可以扩展支持航天器在轨飞行动态展示,丰富了航天器测试和监视手段,具有较高工程应用价值。     

基于MapObjects的在轨卫星运行仿真

卫星轨道预报技术是与卫星通信及卫星回收的关键技术。该文将卫星轨道预报技术和计算机仿真技术相结合,提出了在GIS控件——MapObjects上建立卫星在轨运行仿真平台的设计思想。在综合卫星的轨道计算、覆盖区域推导与地图投影的基础上,设计了基于二维实时动态显示技术的卫星轨道预报仿真平台。该平台可用于卫星轨道预报的地面测试及分析,应用数据库技术进行卫星及观察站点的管理。在实时显示卫星当前的参数的同时,利用二维显示技术动态仿真演示卫星的星下点轨迹及其覆盖区域和太阳的位置及其照亮区域的变化。     

基于OpenGL的卫星星下点轨迹可视化仿真

星下点是卫星运动在地球表面的投影,其轨迹是将一段时间内卫星在地面投影的连线。该文首先介绍了OpenGL图形库的体系结构和绘图原理,然后利用两行轨道根数（TLE）文件,采用SGP4／SDP4模型计算卫星星下点的地理经度、地理纬度和卫星高度。使用等距墨卡托投影,将卫星的星下点轨迹绘制在地球平面图上。该文详细说明了运用OpenGL图形库绘制卫星星下点轨迹的具体步骤和关键技术,最后给出了多种不同形状的卫星星下点轨迹效果图。     

基于Unity3D的卫星运行可视化系统设计与实现

在航天工程中,人造卫星有着十分广泛的用途,比如导航定位、通信、科研及军事等应用。而人造卫星的这些应用往往离不开卫星状态的各个参数数据,其中卫星的运行轨道和运行姿态是决定卫星应用功能的两个主要因素,是卫星系统工程设计的重要组成部分。因此,本文应用可视化技术,设计出了一套基于Unity3D的卫星运行可视化系统。该系统可以实时显示卫星轨道运行的全过程,为卫星实时管理提供了重要的辅助决策。     

虚拟现实建模技术在数字化发射场中的应用

建立数字化发射场是卫星发射信息化和应急保障的基础。本文结合某卫星发射场实时性和交互性视景仿真实现的特点,采用基于三维几何模型的建模及动态显示技术的虚拟场景创建方法,讨论了虚拟漫游系统中建模流程、方法,以及关键技术的实现,分析了通用的三维场景建模的技术路线和流程,给出了地物、天空和实体模型构建的实际解决方案、方法,讨论了基于MultiGen Creator的模型格式转换、纹理贴图、模型简化、LOD技术、DOF技术等建模关键技术。采用MultiGen Creator和Vega软件平台,开发出了一个桌面型的虚拟发射场仿真系统,实现了发射场的数字化和卫星发射的实时仿真。     

MultiGen Creator建模技术的优化与实现

为了提高视景仿真系统的实时性能,降低系统资源开销,研究了MultiGen Creator三维虚拟场景建模关键技术,给出了Creator建模的详细实施过程,在虚拟校园漫游系统的开发中采用了三维虚拟场景建模的综合优化技术和方法,提高了系统的实时渲染响应速度。项目运行结果表明,优化建模技术使得三维模型数据读取迅速,仿真效果真实流畅。     

一种虚拟场景的动态建模与实时仿真方法

针对虚拟现实技术中虚拟场景的生成及仿真问题,将场景中的实体位置状态及其基元间的连接关系统一用关节描述;通过建立场景连接图来描述场景结构模型,并采用关节驱动基元的方式来进行场景的更新操作,从而提出一种面向连接的关节驱动型虚拟场景的动态建模与实时仿真方法.在此基础上,开发通用的虚拟场景可视化软件平台,并通过测试验证提出的方法可以有效提高场景的建模与仿真处理效率.     

虚拟校园三维仿真系统关键技术研究

应用Multigen和Vega开发工具,可以开发逼真的三维仿真系统.而建模的好坏和交互效果直接影响系统的运行,结合虚拟校园三维仿真系统研制中的具体工作,研究了基于Multigen场景建模和Vega实时驱动的关键技术,并给出了虚拟校园三维场景建模和实时驱动的设计实现.     

基于3dsMax/Unity3D的水平定向钻穿越工程应用

针对复杂地质结构下管道穿越和施工安全,综合分析国内外三维地质建模和虚拟现实可视化现状,提出基于3ds Max平台下的三维地质建模方法,完成水平定向钻穿越工程中复杂岩层地质模型的准确建立,实现岩层地质信息与穿越工程三维拓扑模型的数据映射。利用Unity3D开发引擎在虚拟现实仿真上的技术优势,基于Unity3D和Visual C#.NET开发环境完成三维地质场景的视点控制、穿越轨迹实时生成和数据管理,实现虚拟现实场景的实时展示与可视化交互。以江都-如东输气管道水平定向钻穿越工程为例,通过3ds Max创建三维地质场景,应用Unity3D平台虚拟可视化技术模拟输气管道穿越过程,为水平定向钻穿越工程的施工建设和规划管理提供参考。     

基于OpenGL的卫星在轨运行可视化仿真系统设计与实现

针对如何构建一个卫星在轨运行可视化平台的现实问题,设计出一种基于OpenGL的卫星运行可视化仿真系统;介绍了该仿真系统的逻辑结构和网络结构,采用ADO技术实现了对卫星运行数据库的访问,利用3DS MAX构造了卫星模型和地球模型,实现了卫星在轨运行、覆盖效果、通信链路情况的可视化;实践证明,该仿真系统能够实时仿真卫星在轨运行的全过程,为卫星在轨实时管理提供了辅助决策支持平台;同时,该系统为航天部队网络化练兵提供了虚拟训练平台;对构建信息化条件下的虚拟战场仿真系统具有一定的借鉴意义。     

软件的动态维护与实现

对于长寿航天器，软件的动态在轨维护(OBSM，On-board Software Maintenance)是非常重要的，该文对这一问题的实现进行探讨，并重点介绍了一种灵活、方便的软件在轨维护的方法。     

卫星在轨运行实时视景仿真系统研究与实现

针对数字仿真程序的不足,在充分发挥视景仿真直观逼真效果的基础上,利用已有的数字仿真程序,将卫星轨道、姿态动力学与计算机图形学相结合,基于软件平台MuhiGen Creator和Vega开发出卫星在轨运行的实时视景仿真系统。该文对该系统的设计和实现进行了详细的描述,论述了系统主要功能和总体框架、场景的几何建模和运动建模、覆盖区域建模、运动实体的数据驱动、Vega和OpenGL的混合编程、视点的控制、经纬度的动态显示等关键技术。仿真结果表明,该系统能够逼真的展示出卫星运行的全过程,并且满足系统仿真的实时性要求。     

Trajectory‐keeping in satellite formation flying via robust periodic learning control

This paper proposes an iterative learning control (ILC) scheme to ensure trajectory‐keeping in satellite formation flying. Since satellites rotate the earth periodically, position‐dependent disturbances can be considered time‐periodic disturbances. This observation motivates the idea of repetitively compensating for external disturbances such as solar radiation, magnetic field, air drag, and gravity forces in an iterative, orbit‐to‐orbit manner. It is shown that robust ILC can be effectively utilized for satellite trajectory tracking, thus enabling time‐variant formation flying between the leader‐ and follower‐satellites. The validity of the results is illustrated through computational simulations. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑非线性项的卫星编队保持

针对低轨道运行的编队卫星在非线性项作用下,伴随卫星运行的相对运动轨道发生偏移的情况,传统的李亚普诺夫方法能较好地控制轨道的初始偏移,使系统达到李亚普诺夫大范围一致稳定,但长期项误差震荡较大.本文提出了一种多回路结构的卫星轨道保持的控制方法,内回路选取使系统满足李亚普诺夫大范围一致稳定的控制律,外回路选取LQR线性状态调节器.此内外回路调节器能更好地抑制环绕卫星相对于基准轨道的误差漂移,更好地稳定编队队形.最后,数值仿真结果验证了此方法比传统的李亚普诺夫方法具有使编队更稳定的效果.     

基于虚拟仪器的卫星磁测试系统设计

根据卫星剩磁测试及磁矩计算的需求,开发了一种基于虚拟仪器的磁测试系统。该系统利用NI PXI硬件平台,通过数字万用表和开关模块的配合,完成对磁通门传感器信号的采集,相对于并行采集可极大减少实际的通道数,降低硬件成本。在LabVIEW平台下开发了测控软件,实现测试过程控制、磁矩计算及数据分析。该测试系统可用于对卫星、单机等航天器进行剩磁测试,为航天器的轨道控制设计提供重要依据,具有可靠性高、使用方便灵活、开发周期短等优点。     

在Vega环境下开发虚拟现实应用程序

Vega是目前流行的虚拟现实应用程序开发环境。与Vega环境相关的应用程序还有三维建模工具Creator和虚拟场景集成工具Lynx。该文介绍了虚拟现实应用程序区别于动画的主要特征,分析了Vega开发环境的主要特点及各个模块的功能。简要介绍了Creator和Lvnx的功能以及Vega与Creator、Lynx软件之间的相互关系,重点讨论了在Vega环境下开发虚拟现实应用程序的主要过程,并描述了控制台风格的Vega应用程序结构基本框架。     

GPS卫星跟踪数据的建模与仿真研究

根据卫星动力理论,建立了GPS卫星和低轨卫星的运动模型,再根据GPS定轨定位理论,建立了GPS跟踪数据的观测模型.最后在上述模型的基础上,提出了利用IGS数据产品进行低轨卫星以及地面观测站的GPS跟踪数据仿真的方法,并编制了相应的仿真程序.仿真结果表明文中的仿真方法能达到较高的精度,这对于论证搭载GPS的低轨卫星的定轨方案,评价其精密定轨算法,测试GPS数据处理软件,以及验证和比较GPS数据处理算法都具有较高的应用价值.     

星载天线热分析系统研究与开发

为了保证星载天线能在太空热辐射环境正常工作，针对星载天线在轨工作的特征，阐述了热分析技术在星载天线设计工作中的重要性，通过对星载设备热分析方法的研究，分析了常用热分析软件在空间热分析方面的功能和技术特点，提出了星载天线热分析的方法和基本步骤。该方法已在星载可展开天线热分析软件开发中得到应用。     

基于NS-3的卫星链路TCP仿真研究

卫星通信技术一项重要研究内容是如何在TCP连接下最大限度地利用链路带宽。国内外研究人员对 TCP性能改善做了很多研究工作,然而关于如何进行TCP仿真以及如何搭建仿真平台方法研究不多,旨在提供一种通用灵活的卫星链路TCP仿真方法,NS-3是款全新的优秀的网络仿真软件,通过在NS-3仿真软件上搭建卫星链路仿真场景,进行卫星链路的TCP拥塞控制算法仿真;通过将NS-3与linux内核模块结合,仿真分析了linux内核中的11种TCP拥塞控制算法。以此提供了一种基于NS-3搭建TCP连接的仿真方法,可根据此方法仿真卫星链路的TCP连接,同样也可进行其他场景的TCP连接仿真分析。仿真结果证明了提供方法的正确性和有效性。     

虚拟星座伪卫星和双泄漏电缆覆盖的室内定位

为增强室内卫星导航信号,提出了一种双泄漏电缆覆盖的虚拟星座伪卫星室内二维定位方法。采用卫星导航模拟器产生多路虚拟轨道卫星信号,同时激励相互垂直的双泄漏电缆的末端,信号沿泄漏电缆轴向传输的同时,通过外导体上的一系列槽孔向室内空间辐射卫星导航信号,使卫星导航接收机能直接定位,输出概略位置和伪距观测量,再利用卫星间伪距差的二维定位算法对接收机位置进行二次解算。通过搭建硬件系统进行实地测试,证明能达到室内伪距定位的米级精度。