[发明专利]一种面向大规模卫星场景的轻量化仿真架构设计方法

说明书

一种面向超密集大规模卫星场景的轻量化仿真架构设计方法，包括如下步骤：设计辅助管理场景实体的仿真控制抽象NodeFactory类型，使用单例模式维护唯一时间并给每个卫星节点实例分配唯一身份标识；具体为，设计最小物理单元卫星节点的抽象Node类型，作为仿真基石代表一颗仿真场景中的实际卫星，存储卫星相关参数；设计卫星节点以逻辑组合而成的单层星座抽象Constellation类型，包含星座构成参数、所属卫星链接、星座运动简化；设计面向用户的由多个星座组合而成的最终仿真场景抽象Simulation类型，封装使大规模卫星仿真便捷化的常用方法以及底层接口；根据上述抽象类型编写主脚本进行仿真。

技术领域

本发明属于卫星仿真领域，尤其涉及一种面向超密集大规模卫星场景的轻量化仿真架构设计方法。

背景技术

卫星技术正处于快速发展阶段，特别是低轨卫星，它们可以在实现全覆盖的同时为移动用户提供不亚于地面网络的服务质量，在长距离数据传输方面更是可以提供比任何地面光纤网络更低的传播延迟。低轨卫星星座网络的搭建对于补全地面5G网络、实现地面网络全覆盖有着重要的价值和意义，其极小的传播时延与较大的信号带宽对构建一个包裹着地球的空中高速数据传输网络有重大作用，目前已有或正在搭建的低轨卫星星座有：Teledesic、Iridium、Globalstar、Oneweb、Starlink等等，可见很长一段时间以来低轨卫星星座网络已经成了国内外共同关注的话题和热门研究对象。

但低轨卫星依靠其轨道高度获得极低传输时延一级较高数据带宽收益的同时，低轨卫星星座的搭建往往比中轨卫星星座、同步轨道卫星星座复杂很多。低轨星座由数十甚至上百颗卫星组成，近期SpaceX提出的Starlink计划在不断扩展下更是拥有超过万颗的卫星规模，这给使用传统方式模拟卫星场景带来了巨大的挑战。

传统的节点移动性模拟器在给定场景中模拟卫星节点的实际移动性模式，并生成记录所有模拟节点的移动性轨迹的跟踪文件。卫星仿真领域最常用的节点移动性模拟器是STK(系统工具套件)，它是由AGI公司开发用于分析和可视化航空航天领域复杂系统的商用软件，拥有相当复杂的程序体系。这在使STK拥有众多特色功能的同时也导致其占用相当多计算资源，在个人电脑上使用STK进行万颗级别卫星的仿真研究是难以实现的。虽然STK提供外部扩展接口但这不能解决其内核复杂导致的运算缓慢问题，软件的实际功能与大规模移动节点仿真的实验目的不完全吻合。此外由于外部因素，在国内STK只被允许使用旧版本。

综上所述，与现有技术相比，本发明的优点如下：1、与传统卫星仿真软件完全解耦，为仿真实验个性化定制2、轻量化架构便于实现超密集大规模的卫星星座仿真3、模块化设计保证了仿真架构的灵活性与可扩展性

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种面向超密集大规模卫星场景的轻量化仿真架构设计方法。该方法针对超大规模低轨Walker卫星星座，使用轻量化的仿真架构实现卫星星座的搭建、卫星运行结果的数据计算以及采集存储，可以进行万颗级别的低轨卫星星座仿真。

本发明采用的技术方案为：一种面向超密集大规模卫星场景的轻量化仿真架构设计方法，设计管理辅助管理场景实体的节点工场的抽象，使用单例模式维护仿真场景时间并给每个卫星节点实例分配唯一身份标识；包括以下步骤：步骤1，设计最小物理单元卫星节点的抽象Node类型，作为仿真基石代表一颗仿真场景中的实际卫星，存储卫星相关参数；步骤2，设计卫星节点以逻辑组合而成的单层星座抽象Constellation类型，包含星座构成参数、所属卫星链接、星座运动简化；步骤3，设计面向用户的由多个星座组合而成的最终仿真场景抽象Simulation类型，封装使大规模卫星仿真便捷化的常用方法以及底层接口；设计管理数据库读写的接口抽象DataBase类型，按照研究需求实时存储读写；根据上述抽象类型编写主脚本进行仿真。