【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字卫星架构设计，具体地，涉及一种面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统。
技术介绍
1、领域驱动设计(domain driven design，ddd)技术是一种针对复杂系统的软件开发思想。其核心在于利用业务相关的领域知识，将领域概念整合为领域模型，以驱动软件设计并引导编码过程。这一技术不仅平滑地实现了由领域知识到架构设计的转变，也使得设计形成的软件架构具有较高质量和良好的维护性。
2、数字卫星使用数字孪生(digital twin，dt)技术，对实体卫星进行数字化建模，在数字世界中仿真卫星的物理属性和完整生命周期的工作状态。近年来，数字卫星技术在国内外被广泛研究、实装，并在性能评估、试验鉴定、应用探索、训练考核等方面都表现出了巨大的应用价值。伴随着不同组织和国家对数字卫星的需求的增多，出现了用途各异的数字卫星模型。根据需求的不同，这些模型间往往具有不同的仿真粒度与组成架构。
3、另一方面，运载火箭、集成电路、人工智能等技术高速发展，卫星功能日趋丰富、系统规模愈发庞大。这一趋势也促使数字卫星系统朝着体量大、复杂度高的方向发展。如何使数字卫星系统更易于维护、扩展，已经成为数字卫星工程中亟待解决的重要问题。
4、专利文献cn112132359a公开了一种数字孪生卫星脉动式总装车间设计方法及系统，方法包括：设计基于数字孪生的二级封装设计模块，该模块完成对总装工位与总装车间的设计与封装；设计数字孪生虚实交互调试模块，该模块通过与物理实体建立实时数据连接，实现对模型、接口、系统
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统。
2、根据本专利技术提供的面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统，包括：
3、数据层：构建卫星数字模型的数据中心，从仿真场景构建、卫星实体模拟、分系统组件交互的需求出发，形成规范统一的通用仿真数据标准；
4、算法层：囊括供上层调用的共性算法，将支撑物理模型的算法公式抽象为原子化函数，形成通用仿真算法库；
5、功能层：以实装卫星的功能、任务为导向，通过整合、封装算法层的算法能力，形成数字卫星仿真功能模块，并使用通用化的集成引擎驱动，推动仿真数据生成；
6、应用层：建设跨平台、多环境的仿真中间件，实现系统环境解耦，支撑适应不同任务需求的仿真应用场景建设。
7、优选地，所述数据层包括基本信息、参数表以及计划表，所述基本信息描述场景及卫星内外部基本信息，所述参数表包含卫星的轨道、姿态和视场形状参数，所述计划表存储卫星的任务计划。
8、优选地，通过对多种不同领域卫星实装业务数据分析，并总结出仿真推演在场景构建、态势显示、裁决评估方面的数据应用需求，抽象出数据层的仿真数据，所述仿真数据依照其依附实体的功能组成、性能指标参数和固有特性，形成适应不同卫星型号、满足多粒度的符合组成要素及其描述要求的仿真模型初始数据；在仿真推演过程中，支持存储仿真模型各功能模块的状态、日志和关键事件数据。
9、优选地，所述算法层包括基础算法和专业算法，所述基础算法包括参考系转换类、参数转换类、轨迹轨道递推预报类、时空感知类、卫星机动类在内的支持各类卫星正常运行的通用算法；所述专业算法包括链路仿真类、星上信息获取类、星上信息处理类在内的根据具体卫星功能总结归纳的专用化的算法，所述专业算法运用专业领域知识并根据需求修改、扩充；各算法依照高内聚、低耦合原则，形成构件化、规范化、通用化的算法体系库，支撑功能层卫星组件模型对各类算法的组织和调用。
10、优选地，所述功能层由卫星装备通用数字模型构成，包括数字卫星通用集成引擎与卫星各组件数字模型，卫星各组件数字模型由数字卫星通用集成引擎驱动，通过统一的标准化内外部接口交互通信，处理应用层的初始化数据、环境目标仿真数据和控制指令，输出仿真数据、运行日志以及遥测、数传数据。
11、优选地，采用的数字卫星通用集成引擎，采用1553b、can虚拟总线仿真模块及rs422、模拟量、oc量、lvds在内的点对点传输仿真模块，通过将上述各虚拟传输模型作为集成分系统模型的底座，基于仿真数据与业务数据驱动实现组件模型间数据交互与功能仿真。
12、优选地，采用的卫星各组件数字模型，包括gnc仿真模块、推进仿真模块、综合电子仿真模块、供配电仿真模块、数据链路仿真模块、载荷仿真模块、热控仿真模块和告警仿真模块；卫星各组件数字模型根据任务场景需求分析和能力分解，结合实装卫星组成，形成相互独立的可扩展的通用组件化仿真模块。
13、优选地，功能层各组件在仿真应用中的仿真流程为：
14、步骤一，初始化流程：调用整星初始化接口，输入初始化数据，初始化总线模型依次调用各个分系统模型初始化接口，完成各个分系统仿真初始化；
15、步骤二，仿真步进流程：整星接收仿真开始指令，各传输模型依次完成分系统模型间业务数据交互；
16、步骤三，仿真结束流程：整星接收外部结束指令，仿真停止步进，调用各分系统模型析构函数，释放内存。
17、优选地，针对1553b总线模型，整星模型调用1553总线模型，1553总线模型读取各个分系统1553业务输出数据，然后将数据写入分系统1553固定内存中；依次完成内存写入后，整星模型调用各分系统进行仿真步进，各分系统从自身1553内存中读取输入数据，完成本节拍仿真计算，从而完成整星仿真步进，进入下一仿真节拍。
18、优选地，所述应用层包括仿真运行环境，通过跨平台编译方法，发布适应windows、国产操作系统的链接库与可执行文件；运用基于规则的平台解耦仿真模型框架和通用中间件技术实现同构、异构模型的便捷集成，实现仿真模型移植。
19、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
20、本专利技术提出了一种面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星架构，旨在通过分层治理的思想，简化数字卫星的设计流程并赋予系统通用化能力；通过卫星功能组件化，提升数字卫星模型的复用能力；通过模型参数化，实现任务及参数可配置能力。
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1.一种面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统，其特征在于，所述数据层包括基本信息、参数表以及计划表，所述基本信息描述场景及卫星内外部基本信息，所述参数表包含卫星的轨道、姿态和视场形状参数，所述计划表存储卫星的任务计划。
3.根据权利要求2所述的面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统，其特征在于，通过对多种不同领域卫星实装业务数据分析，并总结出仿真推演在场景构建、态势显示、裁决评估方面的数据应用需求，抽象出数据层的仿真数据，所述仿真数据依照其依附实体的功能组成、性能指标参数和固有特性，形成适应不同卫星型号、满足多粒度的符合组成要素及其描述要求的仿真模型初始数据；在仿真推演过程中，支持存储仿真模型各功能模块的状态、日志和关键事件数据。
4.根据权利要求1所述的面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统，其特征在于，所述算法层包括基础算法和专业算法，所述基础算法包括参考系转换类、参数转换类、轨迹轨道递推预报类、时空感知类、卫星机动
5.根据权利要求1所述的面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统，其特征在于，所述功能层由卫星装备通用数字模型构成，包括数字卫星通用集成引擎与卫星各组件数字模型，卫星各组件数字模型由数字卫星通用集成引擎驱动，通过统一的标准化内外部接口交互通信，处理应用层的初始化数据、环境目标仿真数据和控制指令，输出仿真数据、运行日志以及遥测、数传数据。
6.根据权利要求5所述的面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统，其特征在于，采用的数字卫星通用集成引擎，采用1553B、CAN虚拟总线仿真模块及RS422、模拟量、OC量、LVDS在内的点对点传输仿真模块，通过将上述各虚拟传输模型作为集成分系统模型的底座，基于仿真数据与业务数据驱动实现组件模型间数据交互与功能仿真。
7.根据权利要求5所述的面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统，其特征在于，采用的卫星各组件数字模型，包括GNC仿真模块、推进仿真模块、综合电子仿真模块、供配电仿真模块、数据链路仿真模块、载荷仿真模块、热控仿真模块和告警仿真模块；卫星各组件数字模型根据任务场景需求分析和能力分解，结合实装卫星组成，形成相互独立的可扩展的通用组件化仿真模块。
8.根据权利要求5所述的面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统，其特征在于，功能层各组件在仿真应用中的仿真流程为：
9.根据权利要求8所述的面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统，其特征在于，针对1553B总线模型，整星模型调用1553总线模型，1553总线模型读取各个分系统1553业务输出数据，然后将数据写入分系统1553固定内存中；依次完成内存写入后，整星模型调用各分系统进行仿真步进，各分系统从自身1553内存中读取输入数据，完成本节拍仿真计算，从而完成整星仿真步进，进入下一仿真节拍。
10.根据权利要求1所述的面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统，其特征在于，所述应用层包括仿真运行环境，通过跨平台编译方法，发布适应Windows、国产操作系统的链接库与可执行文件；运用基于规则的平台解耦仿真模型框架和通用中间件技术实现同构、异构模型的便捷集成，实现仿真模型移植。
...【技术特征摘要】
1.一种面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统，其特征在于，所述数据层包括基本信息、参数表以及计划表，所述基本信息描述场景及卫星内外部基本信息，所述参数表包含卫星的轨道、姿态和视场形状参数，所述计划表存储卫星的任务计划。
3.根据权利要求2所述的面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统，其特征在于，通过对多种不同领域卫星实装业务数据分析，并总结出仿真推演在场景构建、态势显示、裁决评估方面的数据应用需求，抽象出数据层的仿真数据，所述仿真数据依照其依附实体的功能组成、性能指标参数和固有特性，形成适应不同卫星型号、满足多粒度的符合组成要素及其描述要求的仿真模型初始数据；在仿真推演过程中，支持存储仿真模型各功能模块的状态、日志和关键事件数据。
4.根据权利要求1所述的面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统，其特征在于，所述算法层包括基础算法和专业算法，所述基础算法包括参考系转换类、参数转换类、轨迹轨道递推预报类、时空感知类、卫星机动类在内的支持各类卫星正常运行的通用算法；所述专业算法包括链路仿真类、星上信息获取类、星上信息处理类在内的根据具体卫星功能总结归纳的专用化的算法，所述专业算法运用专业领域知识并根据需求修改、扩充；各算法依照高内聚、低耦合原则，形成构件化、规范化、通用化的算法体系库，支撑功能层卫星组件模型对各类算法的组织和调用。
5.根据权利要求1所述的面向运用仿真和虚实交互的组件化参数化数字卫星系统，其特征在于，所述功能层由卫星装备通用数字模型构成，包括数字卫星通用集成引擎与卫星各组件数字模型，卫星各组件数字模型由数字卫星通用集成引擎驱动，通过统一的标准化内外部接口交互通信，处理应用层的初始化数据、环境目标仿真数...
【专利技术属性】
技术研发人员：周军，董泽政，程毅，尹卓，游志成，张威，率秋月，路璐，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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