(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111346308.8 (22)申请日 2021.11.15 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114036759 A (43)申请公布日 2022.02.11 (73)专利权人 中国人民解 放军32039部队 地址 102300 北京市门头沟区永定镇冯村 北坡甲9号 (72)发明人 张文雅　黄霄腾　姚凡凡　陶金　 刘准　郭磊　张俊丽　李昂　李峰　 吴琛　冯卫东　蒋振伟　董开封　 (74)专利代理 机构 北京超凡宏宇专利代理事务 所(特殊普通 合伙) 11463 专利代理师 舒淼(51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) 审查员 陆丹 (54)发明名称 一种卫星在轨管理数字 仿真训练系统 (57)摘要 本申请提供了一种卫星在轨管理数字仿真 训练系统， 涉及卫星控制管理技术领域， 包括： 专 业基础知识训练子系统， 用于为参训人员的培训 学习提供专业基础知识的多媒体教程， 为参训人 员提供仿真训练实例的操作学习平台； 卫星分析 仿真子系统， 用于为参训人员提供卫星工程测控 和业务测控的分析计算仿真平台； 在轨数据处理 训练子系统， 用于导入卫星实际在轨数据， 为参 训人员提供卫星在轨数据分析平台； 任务流程模 拟训练子系统， 用于为参训人员提供任务流程模 拟、 岗位操作模拟及故障模拟的仿真平台； 训练 管理子系统， 用于对整个系统的基础信息、 运行 控制、 训练记录和训练评估进行管理； 对整个系 统的所有数据进行管理； 并通过统一接口提供公 共服务。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 114036759 B 2022.05.24 CN 114036759 B 1.一种卫星在轨管理数字仿真训练系统， 其特征在于， 包括： 专业基础知识训练子系 统、 卫星分析仿 真子系统、 在轨数据处理训练子系统、 任务流程模拟训练子系统和仿 真训练 管理子系统； 所述专业基础知识训练子系统， 用于为参训人员的培训学习提供专业基础知识的多媒 体教程， 为 参训人员提供仿真训练实例的操作学习平台； 所述卫星分析仿真子系统， 用于为参训人员提供卫星工程测控和业务测控的分析计算 仿真平台； 所述在轨数据处理训练子系统， 用于导入卫星实 际在轨数据， 为参训人员提供卫星在 轨数据分析平台； 所述任务流程模拟训练子系统， 用于为参训人员提供任务流程模拟、 岗位操作模拟及 故障模拟的仿真平台； 所述训练管理子系统， 用于对整个系统 的基础信息、 运行控制、 训练记录和训练评估进 行管理； 对整个系统的所有数据进行 管理； 并通过统一接口提供公共服 务； 所述卫星分析仿真子系统包括轨道计算仿真模块、 平台机动仿真模块、 卫星姿态仿真 模块、 跟踪覆盖计算模块及通信链路计算模块； 所述轨道计算仿真模块， 用于实现外测数据仿真、 航天器轨道仿真和轨道确定工具箱 仿真； 所述平台机动仿真模块， 用于实现控制量计算和推力器参数计算； 所述卫星姿态仿真模块， 用于自定义飞行器的姿态参考坐标系和姿态描述方式， 使用 四元素法、 欧拉角法以及偏航俯仰滚动描述方式描述卫星姿态， 以文件的形式输入各类飞 行器的姿态， 基于多种转动顺序和多种姿态工作模式进行姿态参数转换和姿态参数预报； 用于设定卫星的各种姿态工作模式， 进行姿态推演和分析计算； 所述姿态工作模式包含正 常模式、 巡航模式、 地球搜索模式、 地球指向模式、 惯性指向模式以及姿态偏置模式； 所述跟踪覆盖计算模块， 用于基于卫星和各类目标的轨道、 卫星的姿态、 天线的安装位 置和天线的视场范围， 仿真计算卫星与卫星、 卫星与地球站的几何可见、 实际可见、 通信可 见与覆盖情况， 基于各种 可见性约束条件实现卫星对全球或区域范围的覆盖性能分析； 用 于根据卫星的姿态、 传感器类型、 视场范围和仰角约束条件， 计算卫星天线、 地球站天线的 跟踪角度、 角速度和角加速度； 所述通信链路计算仿真模块， 用于基于雨衰模型、 大气损耗模型和射频干扰源模型， 仿 真星上和 地面测控设备 的性能； 定义和分析测控链路， 实现对测控通信信道链路性能的估 算和分析。 2.根据权利要求1所述的卫星在轨管理数字仿真训练系统， 其特征在于， 所述专业基础 知识训练子系统包括： 数字化模块和原理演示模块； 所述数字化模块， 用于将卫星管理岗位教材转化为数字化教材， 所述卫星在轨岗位教 材包括： 参 考书籍、 方案预案和岗位 规范训练配套教材； 所述原理演示模块， 用于通过多媒体方式向参训人员展示卫星管理、 轨道控制相关学 科的数学方法、 运行控制原理及仿 真训练流程； 所述多媒体方式包括： 文本、 视频、 动画和虚 拟现实。 3.根据权利要求1所述的卫星在轨管理数字仿真训练系统， 其特征在于， 所述轨道计算权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114036759 B 2仿真模块包括： 外测数据仿真单 元、 航天器轨道仿真单 元和轨道确定 工具箱仿真； 所述外测数据仿真单元， 用于仿真地基双程测距数据、 转发站四程测距数据、 单程测距 测角数据、 星间测距以及对跟踪目标的四程测距数据、 遥测下传 的跟踪目标GNSS数据； 其 中， 测量数据考虑 模糊修正、 考虑不同情况下的数据粗差、 站址误差、 卫星转 发器零值、 地面 站未扣除的剩余系统误差和光电波折 射修正； 所述航天器轨道仿真单元， 用于对航天器轨道进行建模， 按照输入弹道和位置信息对 非航天器轨道建模； 对卫星及各类跟踪目标 的轨道或轨迹进行仿真， 按照需求对地球非球 形引力、 日月引力、 太阳辐射压、 姿控推力、 轨控推力摄动模型和简化常规摄动模型SGP4进 行设置， 完成星历仿真计算以及星下点、 根数及漂移环、 阴影和日凌轨道预报， 对机动目标 的快速弹道进行时间和坐标系的转换； 所述轨道确定工具箱仿真单元， 用于对不同轨道类型的数据进行处理； 不同轨道类型 的数据包括： 二体引力、 地球非球形摄动、 日月及行星引力、 相对论效应摄动、 固体潮 、 海潮、 大气阻力摄动、 太阳辐射压力摄动、 经验径向切向法向加速度和轨控推力模型。 4.根据权利要求1所述的卫星在轨管理数字仿真训练系统， 其特征在于， 所述平台机动 仿真模块包括： 控制量计算单 元和推力器参数计算单 元； 所述控制量计算单元， 用于根据轨道半长轴、 偏心率、 倾角、 相位以及同步轨道漂移率 和定点位置调整需求， 进 行控制量计算与分析； 与轨道分析计算相结合， 进行控后轨道的外 推计算、 轨道根数、 位置速度、 星下点、 漂移率、 平经度差和瞬经度差的预报计算； 设置地球 同步轨道卫星的轨道维持门限和不同的控制策略， 进行设定时限的控制和轨道漂移分析； 仿真同步轨道卫星东西和南北位置保持， 卫星轨道位置转移以及卫星离轨控制卫星平台机 动控制过程， 进行卫星碰撞风险分析； 设置多星共位方法进 行多星共位控制分析计算， 计算 任意两个卫星相对位置和速度参数； 所述推力器参数计算单元， 用于设置推力器推力、 比冲和卫星本体的安装角度参数， 设 置连续点火、 开关调制点火及点火调制方式， 设置地球同步轨道卫星的推力器控制方式， 根 据控制量计算推力器开始 时刻、 关机时刻和点火时长参数； 估算推力器点火使用燃料消 耗 的情况； 基于卫星的姿态偏置情况和推力器安装角度计算各轴推力的耦合影响。 5.根据权利要求1所述的卫星在轨管理数字仿真训练系统， 其特征在于， 所述在轨数据 处理训练子系统包括： 实际数据采集模块和数据 挖掘模块； 所述实际数据采集模块， 用于采集卫星典型在轨事件时段内遥测变化， 对典型遥测参 数进行存 储和分析； 所述数据挖掘模块， 用于对测控事件发生前后以及异常发生前后的遥测特征进行提 取， 构建估计模型； 并对 采集后的实测数据进行拟合分析与预测。 6.根据权利要求1所述的卫星在轨管理数字仿真训练系统， 其特征在于， 所述任务流程 模拟训练子系统包括： 数字卫星模拟模块和 测控模拟模块； 所述数字卫星模拟模块， 用于基于各个卫星部件库构建多种卫星平台及在轨场景， 根 据场景产生卫星不同在轨飞行状态时的测控数据和载荷数据； 模拟卫星的系统级、 分系统 级和部件级故障， 开展故障状态的仿 真推演； 响应故障或异常工况下的处置， 并模拟处置以 后的测控状态变化； 所述测控模拟模块， 用于接收数字卫星模拟模块输出的数据， 并对关键参数进行显示，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114036759 B 3