[發(fā)明專利]一種適應(yīng)多尺度顯示的航天器軌道實(shí)時(shí)繪制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410818029.0
• 申請(qǐng)日: 2014-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104599300B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李立春;張偉;許穎慧;范文山;吳曉進(jìn);戴燁;孟彥鵬;苗毅;尚德生;周建亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航天飛行控制中心
• 主分類號(hào): G06T11/00
• 分類號(hào): G06T11/00;G06F17/50
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器軌道設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適應(yīng)多尺度顯示的航天器軌道實(shí)時(shí)繪制方法。

背景技術(shù)

航天器飛行控制過(guò)程中，決策人員需要根據(jù)下傳的飛行器位置、姿態(tài)等數(shù)據(jù)，監(jiān)視航天器的飛行軌道、姿態(tài)等狀態(tài)參數(shù)，是航天器飛行控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。監(jiān)視的實(shí)現(xiàn)途徑是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)進(jìn)行軌道曲線繪制，其中常用的方法是用地球坐標(biāo)系表示軌道線，在此坐標(biāo)系下繪制軌道線的每一個(gè)點(diǎn)，由于航天器尺度為米級(jí)，因此近距離觀察航天器近景工況和狀態(tài)時(shí)，地球坐標(biāo)系下的軌道線會(huì)出現(xiàn)在航天器部位抖動(dòng)的現(xiàn)象，造成了近景狀態(tài)下不能同步顯示軌道線，不利于其姿態(tài)、軌道參數(shù)的監(jiān)視。對(duì)于軌道的微量控制、精確控制等具體的任務(wù)，常規(guī)的繪制顯示方法，衛(wèi)星的軌道參數(shù)變化量在軌道顯示上變化不明顯，不能有效地發(fā)揮軌控過(guò)程的監(jiān)視作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適應(yīng)多尺度顯示的航天器軌道實(shí)時(shí)繪制方法。采用了天體坐標(biāo)系與航天器本體坐標(biāo)系相結(jié)合的軌道參數(shù)表達(dá)方法，在航天器近景監(jiān)視條件下采用航天器體坐標(biāo)系進(jìn)行軌道數(shù)據(jù)表示和計(jì)算機(jī)繪制，在繞飛天體尺度顯示條件下采用天體坐標(biāo)系進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時(shí)在軌控過(guò)程展示方面，提出了軌控變量?jī)?yōu)先的顯示方法，保證了軌控監(jiān)視的有效性。

一種適應(yīng)多尺度顯示的航天器軌道實(shí)時(shí)繪制方法，包括軌道數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)基表示方法和軌控參數(shù)優(yōu)先顯示方法；

所述軌道數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)基表示方法步驟為：

航天器近景顯示條件下，軌道線所有數(shù)據(jù)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到以航天器質(zhì)心為原點(diǎn)，軌道面所在的平面為坐標(biāo)平面，航天器運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閄軸方向，軌道面內(nèi)垂直于X軸方向遠(yuǎn)離中心天體的方向?yàn)閆方向的坐標(biāo)系；

天體宏觀顯示條件下軌道顯示，該狀態(tài)下航天器采用放大顯示或航天器不可見(jiàn)狀態(tài)，軌道線所有數(shù)據(jù)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到以天體質(zhì)心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系；

依據(jù)軌道參數(shù)對(duì)軌道線上的點(diǎn)進(jìn)行采樣，繪制并顯示；

所述軌控參數(shù)優(yōu)先顯示方法的步驟為：

軌道線所有數(shù)據(jù)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到以航天器質(zhì)心為原點(diǎn)，軌道面所在的平面為坐標(biāo)平面，航天器運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閄軸方向，軌道面內(nèi)垂直于X軸方向遠(yuǎn)離中心天體的方向?yàn)閆方向的坐標(biāo)系；

分別以根據(jù)變軌時(shí)間和軌道參數(shù)放大倍數(shù)m、n，以及軌道變化參數(shù)Δa、Δb，確定變軌過(guò)程中時(shí)刻t的軌道形狀；

對(duì)時(shí)刻t的軌道進(jìn)行軌道點(diǎn)采樣，進(jìn)行軌道線繪制。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)了天體尺度軌道展示與航天器尺度軌道、姿態(tài)展示的兼容，實(shí)現(xiàn)了航天器軌控過(guò)程的同步展示與軌控參數(shù)的突出展示、提高了軌控監(jiān)視的直觀性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中航天器體坐標(biāo)系下橢圓軌道的示意圖；

圖中，o-xy表示航天器坐標(biāo)系的軌道平面，E所示實(shí)體表示航天器所饒飛的天體，a，b分別是橢圓軌道曲線的長(zhǎng)半軸和短半軸。

圖2為軌控參數(shù)優(yōu)先顯示方法示意圖；

圖中，o-xy表示航天器坐標(biāo)系的軌道平面，E所示實(shí)體表示航天器所饒飛的天體，a₁，b₁分別是變軌前橢圓軌道曲線的長(zhǎng)半軸和短半軸，a₂，b₂分別是實(shí)際變軌后橢圓軌道曲線的長(zhǎng)半軸和短半軸，分別是優(yōu)化顯示的變軌后橢圓軌道曲線的長(zhǎng)半軸和短半軸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

一種適應(yīng)多尺度顯示的航天器軌道實(shí)時(shí)繪制方法，包括軌道數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)基表示方法和軌控參數(shù)優(yōu)先顯示方法；

所述軌道數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)坐標(biāo)基表示方法為：

(1)從天體坐標(biāo)系到航天器體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

利用天體坐標(biāo)系下航天器運(yùn)行軌道根數(shù)(a，e，i，v，φ，Ω，)，計(jì)算航天器軌道橢圓曲線短半軸，其中橢圓長(zhǎng)半軸即為軌道根數(shù)a，軌道偏心率e，則短半軸b計(jì)算公式如下：

以航天器體坐標(biāo)系為基礎(chǔ)，建立軌道曲線的描述方程，在體坐標(biāo)系下的軌道線描述如下：

(2)沿著軌道曲線逐點(diǎn)采樣，依次獲取軌道線上所有點(diǎn)(x_i，y_i)，其具體方法參考由另一個(gè)專利給出。

(3)將所有采樣點(diǎn)(x_i，y_i)，送到計(jì)算機(jī)渲染通道，將依次將所有采樣點(diǎn)用設(shè)定的曲線連接，即可完成曲線繪制。

所述軌控參數(shù)優(yōu)先顯示方法為：

(1)軌道參數(shù)確定