(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210782093.2 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 李兴冀　吕钢　杨剑群　韩煜　 应涛　 (74)专利代理 机构 北京隆源天恒知识产权代理 有限公司 1 1473 专利代理师 鲍丽伟 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种卫星在轨运行实时受晒状态的仿真计 算方法 (57)摘要 本发明提供一种卫星在轨运行实时受晒状 态的仿真计算方法， 包括： 建立时间描述体系； 建 立空间位置描述体系； 建立基于星历的空间星球 位置计算方法， 得到太阳、 地球在宇宙空间的相 对位置； 建立卫星轨道外推计算模型， 计算任意 时刻卫星的空间位置； 按照步骤S1的时间描 述体 系输入时间， 计算得到所述太阳、 地球在宇宙空 间的相对位置以及所述卫星的空间位置， 再转换 至步骤S2建立的空间位置描 述体系中， 通过地球 阴影计算方法获得卫星受晒状态； 计算特定时间 段内的卫星受晒状态。 本发明提供的卫星在轨运 行实时受晒状态的仿真计算方法能够利用仿真 方法获得卫星在空间运行期间受晒状态的实时 状态数据， 成本低、 消耗少、 效率高、 可信度较高。 权利要求书2页 说明书8页 附图5页 CN 115169108 A 2022.10.11 CN 115169108 A 1.一种卫星在轨运行实时受晒状态的仿真计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1、 建立时间描述体系， 其中， 采用协调世界时作为用户描述标准， 采用儒略日用 于内部仿真计算； 步骤S2、 建立空间位置描述体系， 采用笛卡尔直角坐标系， 将J2000地心惯性坐标系用 于仿真计算； 步骤S3、 建立基于星历的空间星球位置计算方法， 得到太阳、 地球在宇宙空间的相对位 置； 步骤S4、 建立卫星轨道外推计算模型， 通过使用开普勒轨道六根数定义卫星轨道， 计算 任意时刻卫星的空间位置； 步骤S5、 按照步骤S1的时间描述体系输入时间并计算得到所述太阳、 地球在宇宙空间 的相对位置以及所述卫星的空间位置， 然后转换至步骤S2建立的空间位置描述体系中， 通 过地球阴影 计算方法获得卫星受晒状态； 步骤S6、 设置任务开始时间、 任务结束时间和仿真步长， 从所述任务开始时间起， 依次 累加所述仿真步长作为仿真计算时刻， 按照步骤S5的方法计算所述卫星受晒状态， 直至累 加至所述任务结束时间。 2.根据权利要求1所述的卫星在轨运行实时受晒状态的仿真计算方法， 其特征在于， 所 述步骤S1 中， 用户采用所述协调世界时作为描述标准， 描述形式为 公历的年、 月、 日、 时、 分、 秒， 仿真计算过程中将所述协调世界时转换为儒略日。 3.根据权利要求1所述的卫星在轨运行实时受晒状态的仿真计算方法， 其特征在于， 所 述步骤S2中， 所述J2000地心惯性坐标系的坐标原点与地球质心重合， 所述J2000地心惯性 坐标系的X轴指向J2000时刻平春分点， 所述J2000地心惯性坐标系的Z轴指向北极， 且所述 J2000地心惯性坐标系的Y轴与X轴 、 Z轴构成右手直角坐标系。 4.根据权利要求1所述的卫星在轨运行实时受晒状态的仿真计算方法， 其特征在于， 所 述步骤S3中， 采用JPL星历数据建立基于星历的空间星球位置计算方法， 得到所述太阳、 地 球在宇宙空间的相对位置 。 5.根据权利要求4所述的卫星在轨运行实时受晒状态的仿真计算方法， 其特征在于， 采 用DE405星历表中的星历数据建立基于星历的空间星球位置计算方法， 得到所述太阳、 地球 在宇宙空间的相对位置； 其中， 所述DE405星历表采用的坐标系以太阳系质心为原点， 以 J2000地球平赤道面 为xy平面， J20 00平春分点方向为x方向的直角坐标系。 6.根据权利要求1所述的卫星在轨运行实时受晒状态的仿真计算方法， 其特征在于， 所 述步骤S4中， 所述开普勒轨道六根数包括半长轴a、 偏心率e、 倾角i、 升交点赤经Ω、 近地点 幅角ω和真近点角f。 7.根据权利要求6所述的卫星在轨运行实时受晒状态的仿真计算方法， 其特征在于， 所 述半长轴a、 所述偏心 率e、 所述倾角i、 所述升交点赤经Ω、 所述近地点幅角ω和所述真近点 角f通过公式(1) ‑(6)计算得到： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115169108 A 2式中， μ为地球引 力常数， μ＝GM＝3.986005 ×1014m3/s2， G为引力常数， M为地球质量； 设 t0时刻， 在惯性系中， 卫星的速度矢量 和位置矢量 分别为 和 则速度大小v0和位置大小r0分别为 和 轨道的动量矩为 和 8.根据权利要求1所述的卫星在轨运行实时受晒状态的仿真计算方法， 其特征在于， 所 述步骤S4中， 使用SGP4模 型， 通过初始化的所述开普勒 轨道六根数及时刻， 计算任意时刻的 卫星轨道数据， 从而获得任意时刻所述 卫星的空间位置 。 9.根据权利要求1所述的卫星在轨运行实时受晒状态的仿真计算方法， 其特征在于， 所 述步骤S5中， 所述 地球阴影 计算方法包括： 步骤T1、 计算太阳平行光防线矢量v1； 步骤T2、 计算 地心到卫星的方向矢量v2； 步骤T3， 计算v1和v2之间的夹角 θ1； 步骤T4、 计算临界角 θ2， 其中， 所述临界角指以所述卫星到所述地心的距离为半径的圆 轨道中地影角度的最小值； 步骤T5、 若 θ1＞θ2， 则所述卫星处于受晒状态， 若 θ1＜ θ2， 则所述卫星处于非受晒状态。 10.根据权利要求1所述的卫星在轨运行实时受晒状态的仿真计算方法， 其特征在于， 所述步骤S6中， 所述仿真步长为20s。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115169108 A 3