阅读说明：本技术 决策支持超实时计算系统及方法 (Decision support super real-time computing system and method ) 是由 宋君强 邓武东 朱晨聪 曲耀斌 陈占胜 张峰 李长友 陈修桥 于 2021-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种决策支持超实时计算系统及方法,包括：包含任务筹划模块和超实时仿真模块,任务筹划模块根据需求生成卫星轨道转移与调整策略,超实时仿真模块将生成的策略进行超实时快速仿真验证。利用本发明,可以使得任务筹划过程1:1000超实时仿真计算,卫星全数字模型仿真1:32超实时仿真计算,有效提高仿真效率。本发明有效解决了全数字模型下快速筹划仿真系统,可以使得任务筹划过程以1:1000超实时仿真计算,卫星全数字模型仿真以1:32超实时仿真计算；本发明提供的任务筹划模块,可根据用户输入,生成相应的轨道转移与调整策略,且可使用高精度/低精度模型计算,具有较强的工程应用性。(The invention provides a decision support super real-time computing system and a method thereof, comprising the following steps: the system comprises a task planning module and a super real-time simulation module, wherein the task planning module generates a satellite orbit transfer and adjustment strategy according to requirements, and the super real-time simulation module carries out super real-time rapid simulation verification on the generated strategy. By using the method, the super real-time simulation calculation of the task planning process 1:1000 and the super real-time simulation calculation of the satellite full-digital model 1:32 can be realized, and the simulation efficiency is effectively improved. The invention effectively solves the problem of fast planning simulation system under the full digital model, and can ensure that the task planning process is calculated by 1:1000 super real-time simulation, and the satellite full digital model simulation is calculated by 1:32 super real-time simulation; the task planning module provided by the invention can generate a corresponding track transfer and adjustment strategy according to the input of a user, can use a high-precision/low-precision model for calculation, and has stronger engineering applicability.)

决策支持超实时计算系统及方法

技术领域

本发明涉及卫星数字仿真的技术领域，具体地，涉及决策支持超实时计算系统及方法，尤其涉及决策支持超实时快速计算方法。

背景技术

仿真系统是发现问题的一个重要手段，通过对仿真对象建立全数字或者半数字模型模拟实际设备的运行过程，可以快速而且有效的定位问题所在。根据数字模型在系统中占比不同，仿真系统可分为全数字仿真、半物理仿真和全物理仿真。全数字仿真建立对象的数学模型，成本低且易实现；半物理和全物理仿真需要接入真实的设备，好处是更加有效的模拟真实运行情况，更准确的发现问题。建立超实时仿真系统，如果是接入真实的设备就需要考虑设备的性能可否接受超实时。由于航天系统的仿真需要较长时间，如果全部使用实时仿真，则造成时间成本的大幅增加。

在公告号为CN103166219B的专利文献中公开了一种基于超实时仿真的电网在线稳定决策控制系统及控制方法。控制系统包括数据处理模块安装于调度中心，用于获取电网状态信息，并将电网运行数据发送给在线稳定决策系统；在线稳定决策系统安装于调度中心，将稳控策略和全局电网信息下发给稳定控制装置；稳定控制装置就地安装于变电站或发电厂；数据转换及通信接口连接在在线稳定决策系统与稳定控制装置之间以及稳定控制装置内部，用于在线稳定决策系统与稳定控制装置之间、以及稳定控制装置内部的数据通信。

在公告号为CN103699015B的专利文献中公开了一种实时超实时无缝连接地面快速仿真测试方法，利用dSPACE系统仿真设备同时运行实时仿真测试系统和超实时仿真测试系统，根据测试实际情况，对卫星飞行过程中的关键环节、非关键环节进行实时仿真和超实时仿真无缝切换，达到了在较短的时间内完成在轨长时间的飞行控制仿真。

在公告号为CN106940533B的专利文献中公开了一种基于云超实时仿真平台与硬件在环的实时决策方法，涉及一种工业自动化控制系统软件方法领域，包括读取输入值，将输入值写入第一控制器和第二控制器，第一控制器和第二控制器分别执行逻辑运算得到第一输出变量值和第二输出变量值，对比第二输出变量值与故障树，如果判断存在故障则强制向第一控制器写入第三输出变量值并进入下一步，如果判断不存在故障则直接进入下一步；判断第一输出变量值与第二输出变量值是否相同或者判断第三输出变量值与第二输出变量值是否相同，相同则返回起始步骤，不同则根据情况将第二输出变量值赋值为第一输出变量值或第三输出变量值，并返回起始步骤。

在公开号为CN111190356A的专利文献中公开了一种仿真决策支持系统、方法及仿真决策支持系统的实现方法，本专利包括设计了系统的组成模块及软件的使用方式。仿真决策支持系统包括：仿真决策支持总控及数据管理模块、轨道位置保持预报模块、防撞预警仿真模块、机动策略仿真模块、成像仿真模块、轨道姿态仿真模块、场景显示模块。根据任务需求，设计了界面操作模式和后台调用模式两种工作模式，在两种工作模式下，采用统一的运行架构和后端算法，实现对应的任务需求。

针对上述中的相关技术，发明人认为上述技术存在调度较为复杂，没有详细描述模型和系统的组成和细节的缺点，因此，需要提出一种技术方案以改善上述技术问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种决策支持超实时计算系统及方法。

根据本发明提供的一种决策支持超实时计算系统，包括任务筹划模块和超实时仿真模块，所述任务筹划模块根据需求生成卫星轨道转移与调整策略，所述超实时仿真模块生成的策略进行超实时仿真验证。

优选地，所述任务筹划模块生成卫星轨道转移与调整策略，所述任务筹划模块用于用户任务要求输入、系统实时姿势计算和生成辅助决策信息，所述任务筹划模块包含精度轨道递推模型。

优选地，所述超实时仿真模块包括卫星全数字模型，所述超实时仿真模块对轨道转移和调整策略进行超实时仿真，对轨道和姿态进行动力学递推，所述卫星全数字模型包含姿态测量部件、执行机构数字模型和姿轨控仿真计算机软件，所述超实时仿真模块用于卫星动力学过程模拟和超实时仿真控制。

优选地，所述超实时仿真模块包括轨道计算模型和精度轨道动力学递推模型，重力场摄动为J2、J3、J4项摄动以及J22、J31、J33、J42、J44田谐项摄动，三体引力摄动为太阳和月球，太阳光压摄动。

优选地，所述超实时仿真模块包括姿态动力学计算模型，贮箱液体晃动对帆板模态、飞轮角动量、帆板角动量、重力梯度力矩、飞轮反作用力矩、推力器力矩以及太阳光压干扰力矩具备在轨道坐标系、地北东坐标系、安全坐标系下姿态解算能力。

优选地，所述超实时仿真模块包括姿态测量部件和执行机构数字模型、飞轮模型、力矩补偿轮模型、490N发动机模型、推力器模型、太阳电池阵子系、陀螺模型、红外地球敏感器模型、星敏感器模型、数字式太阳敏感器模型、模拟式太阳敏感器模型以及0- 1式太阳敏感器模型。

优选地，所述超实时仿真模块中的姿轨控仿真计算机软件提供1750虚拟目标机和串口调试能力，仿真星载计算机的A/D、D/A、串口、1553总线等端口，调整仿真步长。

本发明还提供一种决策支持超实时计算方法，所述方法应用上述中的决策支持超实时计算系统，所述方法包括任务筹划，所述任务筹划包括如下步骤：

步骤S1：根据用户任务需求输入任务类型和执行任务所需的各项约束；

步骤S2：计算卫星之间的相对关系和轨道信息；

步骤S3：根据实时姿势信息和任务类型选择，计算轨道转移和调整策略，给出速度脉冲的位置和大小。

优选地，所述轨道转移包括如下步骤：

步骤1：在原轨道停留时长T1；

步骤2：进行第一次霍曼转移，抬高或者降低轨道；

步骤3：在抬高或降低的轨道停留时间T2。

优选地，所述轨道转移还包括如下步骤：

步骤4：进行第二次霍曼转移，从抬高或降低的轨道转移到新的轨道；

步骤5：在新的轨道停留T3。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明有效解决了全数字模型下快速筹划仿真系统，可以使得任务筹划过程以1:1000超实时仿真计算，卫星全数字模型仿真以1:32超实时仿真计算；

2、本发明提供的任务筹划模块，可根据用户输入，生成相应的轨道转移与调整策略，且可使用高精度/低精度模型计算，具有较强的工程应用性；

3、本发明提供的超实时仿真模块，对卫星进行一比一全数字建模，包含姿态测量和执行机构建模、姿控计算机建模等，有效模拟卫星在空间中运行的各种动态结果，为仿真决策提供强有利支持。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明决策支持超实时快速计算方法的流程示意图；

图2为本发明轨道转移示意图；

图3为本发明卫星数字模型示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供的一种决策支持超实时计算系统及方法，包括任务筹划模块和超实时仿真模块。任务筹划模块可生成卫星轨道转移与调整策略，该模块可用于用户任务要求输入、系统实时态势计算、生成辅助决策信息等，该模块包含高/低精度轨道递推模型，计算过程可实现1:1000超实时仿真计算。

超实时仿真模块包含卫星全数字模型，可对轨道转移和调整策略进行超实时仿真，对轨道和姿态进行动力学递推，数字模型包含姿态测量部件和执行机构数字模型、姿轨控仿真计算机软件等，用于卫星动力学过程模拟和超实时仿真控制，最快可实现1:32超实时仿真计算。轨道计算模型，高精度轨道动力学递推模型，重力场摄动考虑J2、J3、 J4项摄动以及J22、J31、J33、J42、J44田谐项摄动，三体引力摄动考虑太阳和月球，考虑太阳光压摄动；姿态动力学计算模型，考虑贮箱液体晃动，帆板模态，飞轮角动量，帆板角动量，重力梯度力矩，飞轮反作用力矩，推力器力矩，太阳光压干扰力矩，具备在轨道坐标系、地北东坐标系、安全坐标系下姿态解算能力；姿态测量部件和执行机构数字模型，飞轮模型，力矩补偿轮模型，490N发动机模型，推力器模型，太阳电池阵子系统，陀螺模型，红外地球敏感器模型，星敏感器模型，数字式太阳敏感器模型，模拟式太阳敏感器模型，0-1式太阳敏感器模型；姿轨控仿真计算机软件，提供1750虚拟目标机可实现多冗余仿真功能，提供串口调试能力，仿真星载计算机的A/D、D/A、串口、 1553总线等端口，可调整仿真步长，使得仿真加减速。

本发明提供一种决策支持超实时计算方法，包括任务筹划，任务筹划包括如下步骤：

步骤S1：用户任务要求输入，根据任务需求输入任务类型，以及执行任务所需的各项约束；步骤S2：系统实时态势计算，计算卫星之间的相对关系，以及未来一段时间内的轨道信息；步骤S3：生成辅助决策信息,根据实时态势信息以及任务类型选择，计算轨道转移和调整策略，并给出速度脉冲的位置和大小。

任务筹划中轨道转移包括如下步骤：

步骤1：在原轨道停留时长T1；步骤2：进行第一次霍曼转移，抬高或者降低轨道；步骤3：在抬高或降低的轨道停留时间T2；步骤4：进行第二次霍曼变轨，从抬高或降低的轨道转移到新的轨道；步骤5：在新的轨道停留T3。

本发明建立全数字模型，利用任务筹划系统计算轨道调整策略，然后进行超实时仿真验证，可以有效缩减仿真成本并对结果进行快速而且有效的验证。

本发明有效解决了全数字模型下快速筹划仿真系统，可以使得任务筹划过程以1:1000超实时仿真计算，卫星全数字模型仿真以1:32超实时仿真计算；本发明提供的任务筹划模块，可根据用户输入，生成相应的轨道转移与调整策略，且可使用高精度/低精度模型计算，具有较强的工程应用性；本发明提供的超实时仿真模块，对卫星进行一比一全数字建模，包含姿态测量和执行机构建模、姿控计算机建模等，有效模拟卫星在空间中运行的各种动态结果，为仿真决策提供强有利支持。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。