[发明专利]基于Unity3D的卫星姿态和轨道仿真系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于Unity3D的卫星姿态和轨道仿真系统及方法，其系统包括用户管理模块、实验教学模块、实验操作模块、课程管理模块、搜索模块和评论模块。本发明的卫星姿态和轨道仿真系统可以通过简单的选择操作得到需要观察的卫星在轨信息，用户可了解实验的原理和整个操作流程。本发明充分利用虚拟仿真的优势，虚拟仿真太空环境，模拟卫星的运行过程，使用简洁高效，模拟实验逼真效果明显，为学生的科研学习以及教师的办公提供了有效的虚拟仿真环境。

技术领域

本发明属于虚拟仿真实验技术领域，具体涉及一种基于Unity3D的卫星姿态和轨道仿真系统及方法。

背景技术

随着计算机和网络技术的飞速发展，教育也在发生着深刻的变化。面向新工程体系的航天人才应该从全局的视角出发，系统掌握卫星的工作模式；从任务出发，深入理解关键技术，并融会贯通；以应用为牵引，解决实际工程问题和科学问题。但航天是高投入且高风险的高科技密集型工业，大多数学生很难接触到实际系统。即便是物理仿真系统，比如卫星姿态控制实验所用的气浮台，也是价格昂贵、操作复杂，国内只有少数几所高校能开展该类实验。由于设备数量少，受众更加有限。虚拟仿真实验能够让学生有机会认识复杂设备，甚至是复杂系统。并通过虚拟实验进行操作进一步理解实验原理，以及通过设计实验验证系统设计。

发明内容

本发明的目的是为了解决卫星姿态和轨道仿真的问题，提出了一种基于Unity3D的卫星姿态和轨道仿真系统及方法。

本发明的技术方案是：一种基于Unity3D的卫星姿态及轨道控制仿真系统，包括用户管理模块、实验教学模块、实验操作模块、课程管理模块、搜索模块和评论模块；

用户管理模块用于进行用户信息管理、角色信息管理、实验项目管理和评论管理；

实验教学模块用于提供实验教学视频、实验教学认知材料和实验步骤安排；

实验操作模块用于提供虚拟实验环境，采用Unity3D引擎开发的虚拟实验环境，并根据用户的虚拟操作和输入参数，进行卫星和轨道的生成及运行模拟；

课程管理模块用于为教工提供对教学课程的管理；

搜索模块用于供用户搜索实验和相应的课程开设信息；

评论模块用于收集并发布用户的反馈评论。

进一步地，实验教学认知材料包括实验简介、实验目的介绍、实验原理介绍和实验操作介绍。

进一步地，实验操作模块提供的虚拟实验场景包括太空环境态势分析场景、卫星轨道原理虚拟仿真场景、卫星对地观测任务规划模式和卫星对地观测过程展示模式的仿真场景。

进一步地，太空环境态势分析场景用于开展空间目标整体态势分析和卫星星座运行态势分析；

卫星轨道原理虚拟仿真场景用于开展轨道根数分析、卫星在太空环境下运行的点轨迹分析、卫星在轨加速原理分析和刹车原理分析；

卫星对地观察任务规划场景用于开展卫星对地观察空间的几何关系分析；

卫星对地观测过程展示模式时的仿真场景用于开展卫星的对地观测任务规划与仿真。

进一步地，搜索模块采用模糊搜索算法进行搜索。

进一步地，卫星姿态和轨道仿真系统的开发方法为：采用Vue框架构建仿真系统的前端页面，采用Spring Boot框架构建仿真系统的后端；

用户管理模块、实验教学模块、实验操作模块、课程管理模块、搜索模块和评论模块均基于前端页面显示，其中，实验教学模块中包括仿真系统的主页、仿真实验列表页和仿真实验介绍页；实验操作模块包括仿真实验操作页；用户管理模块包括用户信息页和用户登录注册页；课程管理模块包括课程安排页面、作业提交和处理页面；评论模块包括用户评论加载页面；