(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 202210768494.2 (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 杨剑群　李兴冀　韩煜　吕钢　 (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 丁晴晴 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 考虑姿态的原子氧来流与迎风面实时表征 方法及装置 (57)摘要 本发明提供了一种考虑姿态的原子氧来流 与迎风面实时表征方法及装置， 所述方法包括获 取每一仿真时刻下飞行器的空间位置、 运动速度 和运行姿态， 并根据位置、 速度及姿态， 结合原 子 氧环境模型和横向风环境模型， 得到飞行器所处 的原子氧数量密度环境以及横向风环 境， 并根据 飞行器的速度及飞行器所处的横向风速度， 获得 原子氧来流速度， 实现了对复杂结构航天器的空 间原子氧环境中的考虑来流速度与飞行器自身 姿态变化的正迎风 面原子氧实时表征。 权利要求书3页 说明书10页 附图5页 CN 115203922 A 2022.10.18 CN 115203922 A 1.一种考虑姿态的原子氧来 流与迎风 面实时表征 方法， 其特 征在于， 包括： 获取当前仿真时刻飞行器的空间位置、 运动速度及运行姿态， 并获取原子氧环境模型 的控制参数和横向风环境模型的控制参数； 根据所述飞行器的空间位置和所述原子氧环境模型的控制参数， 获得所述飞行器所处 的原子氧密度； 根据所述飞行器的空间位置和所述横向风环境模型的控制参数， 获得所述飞行器所处 的横向风速度； 根据所述飞行器的运动速度、 所述飞行器所处的横向风速度， 获得所述飞行器所处的 原子氧来 流速度； 根据所述飞行器的运行姿态、 所述飞行器所处的原子氧密度、 所述飞行器所处的横向 风速度、 所述飞行器所处的原子氧来流速度， 对所述飞行器在轨运行期间的空间原子氧环 境仿真结果进行分析。 2.根据权利要求1所述的考虑姿态的原子氧来流与迎风面实时表征方法， 其特征在于， 所述获取当前仿真时刻飞行器的空间位置、 运动速度包括： 根据上一仿真时刻飞行器的轨道参数， 使用轨道外推模型， 获得当前仿真时刻飞行器 的空间位置、 运动速度， 所述轨道参数使用轨道六根数定义， 所述轨道六根数包括长半轴、 偏心率、 倾角、 升交点赤经、 近地 点幅角、 近地 点角。 3.根据权利要求2所述的考虑姿态的原子氧来流与迎风面实时表征方法， 其特征在于， 所述空间位置、 运动速度为所述飞行器在地心J20 00惯性坐标系下的三维坐标和飞行速度。 4.根据权利要求1所述的考虑姿态的原子氧来流与迎风面实时表征方法， 其特征在于， 所述获取当前时刻飞行器的运行姿态包括： 定义卫星本体坐标系， 所述卫星本体坐标系的原点位于所述飞行器的质心， 所述卫星 本体坐标系的X轴、 Y轴、 Z轴分别为所述飞行器的三个主惯量轴， 当所述飞行器未出现姿态 偏差时， 所述卫星本体坐标系的X轴、 Y轴、 Z轴与轨道坐标系的X轴、 Y轴、 Z轴重合， 所述轨道 坐标系的Z轴指向地心， 所述轨道坐标系的X轴与所述飞行器的运动方向重合， 所述轨道坐 标系的Y轴指向所述 飞行器的轨道 面负法线 方向， 并与所述轨道坐标系的X轴、 Z轴构成右手 直角坐标系； 获取当前时刻所述飞行器在所述卫星本体坐标系中的姿态四元数， 所述姿态四元数q 为： 其中， q1、 q2、 q3为矢量分量， q0为标量分量， 且q12+q22+q32+q02＝1， α 为所述轨道坐标系绕 空间旋转轴 e旋转至与所述卫星本体坐标系重合所需的角度， 其中， 所述空间旋转轴e在所权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115203922 A 2述轨道坐标系中的方向 向量为e＝(Cx， Cy， Cz)， (Cx， Cy， Cz)表示方向余弦。 5.根据权利要求1所述的考虑姿态的原子氧来流与迎风面实时表征方法， 其特征在于， 所述方法还 包括： 获取仿真计算中的仿真开始时间、 仿真结束时间及仿真步长； 根据所述仿真开始时间和所述仿真结束时间获得仿真时间范围； 在所述仿真时间范围内， 获取每一仿真时刻的场景中各个模型仿真的结果， 并按照所 述仿真步长步进时间， 得到下一仿真时刻， 并遍历每个仿真时刻的场景中各个模型 的仿真 结果； 其中， 所述仿真计算中以儒略日表示时间， 所述儒略日根据第一公式计算得到， 所述第 一公式为： 其中， JD表示儒略日， INT表示取整， Year表示公历计时法中的年， Month表示月， Day表 示日， Hour 表示小时， Mi nute表示分钟， Seco nd表示秒。 6.根据权利要求1所述的考虑姿态的原子氧来流与迎风面实时表征方法， 其特征在于， 所述根据所述飞行器的空间位置和所述原子氧环境模型的控制参数， 获得所述飞行器所处 的原子氧密度包括： 将当前仿真时刻对应的时间数据、 所述飞行器在当前仿真时刻的空间位置、 所述原子 氧环境模型的控制参数作为原子氧环境模型的输入参数， 根据所述原子氧环境模型进 行计 算， 得到所述原子氧环境模型的输出参数， 所述输出参数包括原子氧密度； 其中， 所述原子氧环境模型的控制参数包括前一天的太阳10.7cm辐射流量、 81d的平均 太阳10.7cm辐射流量、 根据当天平均地磁指数和求解时刻之前的20个3h平均地磁指数获得 的8位数组。 7.根据权利要求1所述的考虑姿态的原子氧来流与迎风面实时表征方法， 其特征在于， 所述根据所述飞行器的空间位置和所述横向风环境模型的控制参数， 获得所述飞行器所处 的横向风速度包括： 将当前仿真时刻对应的时间数据、 所述飞行器在当前仿真时刻的空间位置、 所述横向 风环境模型的控制参数作为横向风环境模型的输入参数， 根据所述横向风环境模型进 行计 算， 得到所述横向风环境模型的输出参数， 所述输出参数包括经向风速和 纬向风速； 其中， 所述横向风环境模型的控制参数包括前一天的太阳10.7cm辐射流量、 81d的平均 太阳10.7cm辐射流量、 根据当天平均地磁指数和求解时刻之前的20个3h平均地磁指数获得 的8位数组。 8.一种考虑姿态的原子氧来 流与迎风 面实时表征装置， 其特 征在于， 包括： 获取单元， 用于获取当前仿真时刻飞行器的空间位置、 运动速度及运行姿态， 并获取原 子氧环境模型的控制参数和横向风环境模型的控制参数； 原子氧密度表征单元， 用于根据所述飞行器的空间位置和所述原子氧环境模型的控制 参数， 获得 所述飞行器所处的原子氧密度；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115203922 A 3