[发明专利]一种基于时间同步的分布式航天任务视景仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种视景模拟技术，更特别地说，是指一种基于时间同步的分布式航天任务视景仿真系统。

背景技术

文援兰编著的《卫星导航系统分析与仿真技术》，2009年12月第1版；第7章“分布式仿真及其在卫星导航系统上的应用杨概述”中说到：一般说来，仿真是对模型的试验研究，由此系统仿真可以描述为建立系统的模型，并在模型上进行试验的技术、方法和过程。分布式仿真便是基于分布式系统构建系统模型，并进行试验的仿真过程。

谭维炽，胡金刚主编的《航天器系统工程》，2009年4月第1版；第3章“航天任务分析”中说到：航天任务是运用航天技术实现特定目标的工程项目。航天任务的范围十分广泛，经过几十年的航天实践，航天任务的范围已经从近地空间科学探测扩展到深空探测和载人航天，延伸到通信、导航、遥感、气象等诸多应用领域。一些航天任务可以用一颗航天器完成任务的目标，有些任务目标需要用一系列航天器陆续完成，或者需要多颗航天器组成的星座予以实现。

航天任务视景仿真包括仿真环境构造和仿真驱动两部分。仿真环境的构造是将航天器、地面站等实体的三维模型映射到一个由地球、太阳、月球以及恒星组成的虚拟三维环境中的过程，仿真驱动则是在统一的时间系统协调下利用实测数据或仿真数据，经解析、插值、坐标变换处理，得到航天器及其他天体的位置、姿态以及轨道信息，驱动三维场景展现航天器飞行状态的过程。视景仿真不仅要展示航天器在惯性空间中整体的运行情况，还要通过视角的切换，展示不同飞行阶段的细节过程。航天器是完成航天任务的基本手段，利用其在太空的高远位置资源，实现各种功能以满足用户需要。同时，要完成航天任务还离不开地面站，测量船，测控站等地面系统的支持。总之，航天任务复杂、昂贵、环境严酷、发射后不能维修、要求极高成功率，这些特点决定了仿真技术在其研制中的地位。

现有的仿真程序大部分是使用C语言或者FORTRAN编程语言编写的数值仿真程序，用户界面不够友好，交互性差，输出的结果为数字文本信息，需要很强的专业知识背景才能够解读，不能直观地体现航天器运动状态的变化以及航天器、地球、太阳之间的时空关系。

在航天任务日趋复杂的形势下，单机系统的计算与显示能力已经很难满足视景仿真的需求。因此，在复杂航天任务的视景仿真中基于分布式计算系统构建起来的分布式视景仿真便成为了最佳选择。

发明内容

本发明的目的是提供一种既可以通过接受实时数据进行实时反映航天任务的整体运行情况，还可以通过配置初始参数和调节仿真时间步长进行航天任务仿真推演的分布式航天任务视景仿真系统。该系统在统一时间协调机制下，利用数据驱动任务视景，不仅能够使用户直观了解航天任务的进行情况，还能够协助用户完成对任务执行情况的判断和决策。

本发明的一种基于时间同步的分布式航天任务视景仿真系统，该系统包括有时间同步服务器（1）、环境模型服务器（2）、仿真推演服务器（3）、数据存储服务器（4）和多个显示终端（5），时间同步服务器（1）、环境模型服务器（2）、仿真推演服务器（3）、数据存储服务器（4）和多个显示终端（5）接入同一个千兆以太网中。

时间同步服务器（1）用于提供时间同步指令T₁，该时间同步指令T₁中包含当前真实时刻T_c和当前仿真时刻T_s，以及真实速度V_c和仿真速度V_s；

环境模型服务器（2）用于存储和管理航天任务中所涉及到的VRML格式的实体三维模型和环境模型。

仿真推演服务器（3）第一方面根据关联信息D_2-3或离线数据信息利用轨道运动状态量的变换解算得到航天器的位置和速度信息DD₃₁；第二方面根据关联信息D_2-3或离线数据信息利用航天器姿态运动的方程解算得到航天器的俯仰、偏航、滚转等姿态指向信息DD₃₂；第三方面根据坐标变换的方法对DD₃₁和DD₃₂进行解算，得到在显示终端（5）的坐标系中推演数据M＝{M₃₁,M₃₂,M₃₃}，并将所得推演数据发送至数据存储服务器（4）。

数据存储服务器（4）用于存储关联信息D_2-3和仿真推演服务器（3）产生的所有推演数据M＝{M₃₁,M₃₂,M₃₃}。