[发明专利]一种卫星在轨运行实时受晒状态的仿真计算方法

说明书

本发明提供一种卫星在轨运行实时受晒状态的仿真计算方法，包括：建立时间描述体系；建立空间位置描述体系；建立基于星历的空间星球位置计算方法，得到太阳、地球在宇宙空间的相对位置；建立卫星轨道外推计算模型，计算任意时刻卫星的空间位置；按照步骤S1的时间描述体系输入时间，计算得到所述太阳、地球在宇宙空间的相对位置以及所述卫星的空间位置，再转换至步骤S2建立的空间位置描述体系中，通过地球阴影计算方法获得卫星受晒状态；计算特定时间段内的卫星受晒状态。本发明提供的卫星在轨运行实时受晒状态的仿真计算方法能够利用仿真方法获得卫星在空间运行期间受晒状态的实时状态数据，成本低、消耗少、效率高、可信度较高。

技术领域

本发明涉及航天工程及计算机仿真技术领域，具体而言，涉及一种卫星在轨运行实时受晒状态的仿真计算方法。

背景技术

随着人类空间技术不断推进，人类探索空间活动不断增多，导致了卫星的运行环境复杂且非常恶劣，环境参数变化剧烈。例如在太阳光照对卫星所处外热流环境能够造成十分显著的影响，当卫星受到太阳光照的时候其表面温度能够达到100℃以上，而在没有太阳光照的时候温度会降低至-100℃以下。

卫星在绕地球做圆周运动时，也会交替受到太阳光的热辐射，从而使卫星产生热环境变化，影响卫星在轨可靠运行。除此之外，卫星是否处于地球阴影中还对卫星的能量来源产生影响。由于卫星在太空中运行期间主要的能量来源为太阳能，通过太阳能光纤照射太阳能电池板，从而将太阳能转化为电能储存并使用，因此太阳光线照射条件与照射时长对卫星上的能源保障具有至关重要的作用。

现有技术中，对地影计算和卫星光照时长已经有很多讨论和研究，但均局限于理论上的推导和对特定轨道的研究，而在工程上的使用和总体设计人员的应用上存在诸多不便。因此亟需一种能够计算卫星在轨运行期间实时受晒状态(即受太阳光照)的方法。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种卫星在轨运行期间实时受晒状态情况的仿真计算方法，便于在工程上使用和总体设计人员的应用。

为解决上述问题中的至少一个方面，本发明提供一种卫星在轨运行实时受晒状态的仿真计算方法，包括以下步骤：

步骤S1、建立时间描述体系，其中，采用协调世界时作为用户描述标准，采用儒略日用于内部仿真计算；

步骤S2、建立空间位置描述体系，采用笛卡尔直角坐标系，将J2000地心惯性坐标系用于仿真计算；

步骤S3、建立基于星历的空间星球位置计算方法，得到太阳、地球在宇宙空间的相对位置；

步骤S4、建立卫星轨道外推计算模型，通过使用开普勒轨道六根数定义卫星轨道，计算任意时刻卫星的空间位置；

步骤S5、按照步骤S1的时间描述体系输入时间并计算得到所述太阳、地球在宇宙空间的相对位置以及所述卫星的空间位置，然后转换至步骤S2建立的空间位置描述体系中，通过地球阴影计算方法获得卫星受晒状态；

步骤S6、设置任务开始时间、任务结束时间和仿真步长，从所述任务开始时间起，依次累加所述仿真步长作为仿真计算时刻，按照步骤S5的方法计算所述卫星受晒状态，直至累加至所述任务结束时间。

优选地，所述步骤S1中，用户采用所述协调世界时作为描述标准，描述形式为公历的年、月、日、时、分、秒，仿真计算过程中将所述协调世界时转换为儒略日。

优选地，所述步骤S2中，所述J2000地心惯性坐标系的坐标原点与地球质心重合，所述J2000地心惯性坐标系的X轴指向J2000时刻平春分点，所述J2000地心惯性坐标系的Z轴指向北极，且所述J2000地心惯性坐标系的Y轴与X轴、Z轴构成右手直角坐标系。

优选地，所述步骤S3中，采用JPL星历数据建立基于星历的空间星球位置计算方法，得到所述太阳、地球在宇宙空间的相对位置。