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卫星轨道姿态动力学仿真软件平台研究与开发

徐晓云  
【摘要】: 本文主要完成了卫星轨道与姿态仿真软件平台的设计与开发,该软件用于卫星编队飞行的轨道仿真和星载姿态控制程序的地面仿真测试,可以以动画的形式输出卫星在发射、测控和应用中的轨道和姿态运动。 星载软件首先要进行地面测试。飞行仿真程序模拟飞行环境,向星上程序发送模拟数据,测试星上程序的运行情况。卫星的飞行仿真程序包括轨道、姿态动力学模型计算,飞行环境计算,模拟测控数据计算和飞行仿真演示,其中除模拟测控数据计算因不同卫星而有所不同之外,其它部分都是相似的。因此,建立一个卫星飞行仿真软件平台,用于各种卫星星上程序的地面测试是很有必要的。 本文首先给出描述卫星运行所需的时间系统和坐标系,然后建立卫星轨道、姿态动力学模型和基于轨道根数的卫星编队飞行相对运动方程,并考虑J2项摄动的影响。根据上述模型,提出了卫星轨道与姿态仿真软件的设计思想选择开发运行环境,并将卫星轨道、姿态动力学与计算机图形学相结合,设计了基于三维实时动态显示技术的卫星轨道与姿态仿真软件。软件按功能分为六个模块:数据管理与分析、轨道姿态模拟、飞行环境模拟、地面站模拟、数据通讯和实时动画显示。在此基础上,设计了软件的运行流程、数据结构、及出错处理机制。 在Windows 平台下,使用VC6.0,开发了卫星轨道与姿态仿真软件“SatelliteStudio”。利用Directx3D技术实现三维飞行仿真模拟,以Socket技术实现数据通讯。该软件是一个用户界面友好的轨道、姿态及飞行编队的仿真、分析工具。“SatelliteStudio”有两个独立进程,飞行模拟及演示进程和地面站模拟进程。飞行模拟及演示进程负责数据管理与分析、轨道姿态模拟计算、飞行环境模拟计算、数据通讯和实时动画演示工作;地面站模块负责数据通讯、地面站模拟工作。


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