[發明專利]一種復雜外形航天器投影面積的確定方法及系統

有效

• 申請號: 201711076808.8
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107944094B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 靳旭紅;黃飛;程曉麗;王強;俞繼軍
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

1.一種復雜外形航天器投影面積的確定方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)構建投影坐標系Oxyz；

(2)構建一個包圍航天器外表面的長方體盒子，長方體的3條相互垂直的棱分別平行于x、y和z軸；

(3)確定產生試驗粒子的邊界矩形；

(4)在步驟(3)給出的邊界矩形中隨機產生試驗粒子，給出試驗粒子在投影坐標系中初始坐標r₀；

(5)判斷試驗粒子射線運動軌跡是否與航天器表面三角形單元相交：如果沒有相交，直接轉到步驟(6)；如果相交，則令相交試驗粒子數Q遞增1，然后繼續執行步驟(6)；

(6)判斷產生的試驗粒子總數M是否小于預設值，如果小于預設值，轉到步驟(4)，否則繼續執行步驟(7)；

(7)根據所述相交試驗粒子數Q和產生的試驗粒子總數M，統計航天器的投影面積；

構建投影坐標系Oxyz，具體為：

(1.1)首先構建機體坐標系OXYZ，坐標原點即為航天器質心O，X、Y和Z軸與航天器慣性主軸重合；

(1.2)根據機體坐標系OXYZ，構建投影坐標系Oxyz，投影坐標系原點位于航天器質心O，z軸正方向為投影方向，令Oz在平面的投影為Oz_P，則Oy位于XOY平面內且垂直于Oz_P，Ox通過右手定則確定；

所述步驟(2)構建一個包圍航天器外表面的長方體盒子，該長方體的6個面在投影坐標系表示為

航天器表面由三角形單元離散，N為航天器表面三角形單元數量，(x_i,y_i,z_i),i∈[1,N]為三角形單元節點在投影坐標系中的坐標；

所述步驟(3)邊界矩形垂直于投影方向，且位于所述長方體盒子的上游，其坐標滿足

步驟(4)中初始坐標r₀(x₀,y₀,z₀)具體為：

式中，R₁、R₂均為(0,1)區間均勻分布的隨機數；

所述步驟(5)中判斷試驗粒子射線運動軌跡是否與航天器表面三角形單元相交，具體包括以下步驟：

(5.1)計算試驗粒子射線運動軌跡：根據試驗粒子初始位置坐標r₀(x₀,y₀,z₀)和投影方向，得射線參數方程為

其中，t是時間參數；

(5.2)計算三角形單元所在平面的方程：令三角形ABC任意一個頂點的坐標為(x₁,y₁,z₁)，表面外法向矢量為n＝(n₁,n₂,n₃)，則其所在平面的方程為

n·(x-x₁,y-y₁,z-z₁)＝0；

(5.3)判斷試驗粒子射線軌跡是否與三角形單元所在平面相交：聯立射線參數方程和三角形所在平面的方程

若n₃＝0，則平面平行于射線，兩者不相交，否則求得

若t≤0，則射線與平面不相交，進而不會與三角形單元相交，若t＞0，則進入步驟(5.4)進一步判斷交點是否在三角形ABC內部；

(5.4)代入參數t的值到射線參數方程，得交點P的坐標(x_P,y_P,z_P)為

令

若同時滿足

則交點P在三角形ABC內部，試驗粒子射線運動軌跡與航天器表面三角形單元相交，否則交點在三角形ABC外部，射線運動軌跡與三角形單元不相交；

所述步驟(7)中統計航天器的投影面積A_P，具體公式為

A_P＝(x_max-x_min)(y_max-y_min)(Q/M)

式中，M為產生并跟蹤的試驗粒子總數，Q為運動軌跡與航天器表面相交的試驗粒子數。