(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 202210769870.X (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　韩煜　杨剑群　吕钢　 应涛　魏亚东　 (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 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 119/12(2020.01) (54)发明名称 一种空间环境仿真数据的表征方法 (57)摘要 本发明提供了一种空间环境仿真数据的表 征方法， 属于航空航天技术领域。 所述方法包括： 对航天器在空间运行期间的仿真数据进行基于 三维空间和二维空间的表征， 并以连续的时间变 化为基础， 根据所述航天器在三维空间和二维空 间中的空间环 境的表征， 绘制空间环 境数据瞬时 曲线图。 本发明从三维空间、 二维空间两个维度 对航天器空间运行状态及其所处空间环境的仿 真数据进行量化表征， 通过三维数据确定航天器 的空间位置运动状态， 通过四维数据确定航天器 的姿态， 基于航天器运行轨迹的云图分析对航天 器空间环 境进行表征， 使 得海量的多元异构数据 能够在同一场景中展现， 对工程中分析航天器复 杂空间环境及提高航天器在轨服役寿命和可靠 性均具有重要意 义。 权利要求书2页 说明书9页 附图6页 CN 115186382 A 2022.10.14 CN 115186382 A 1.一种空间环境仿真数据的表征 方法， 其特 征在于， 包括： 对航天器在空间运行期间的仿真数据进行基于三维空间的表征， 具体包括： 以连续的 时间变化 为基础， 基于三维笛卡尔直角坐标系获取航天器的空间位置数据及运行轨 迹， 对所述航天器在三维空间中的姿态进行表征， 获取沿所述运行轨迹的云图， 并基于所述运行轨迹的云图对所述航天器在三维空间中 的空间环境进行表征； 对所述航天器在空间运行期间的仿真数据进行基于二维空间的表征， 具体包括： 以连 续的时间变化 为基础， 基于坐标变换获得 所述航天器的二维坐标以及星下点轨 迹， 获取沿所述星下点轨迹的云图， 并基于所述星下点的云图对所述航天器在二维空间中 的空间环境进行表征； 以连续的时间变化为基础， 根据所述航天器在三维空间和二维空间中的空间环境的表 征， 绘制空间环境数据瞬时曲线图。 2.根据权利要求1所述的空间环境仿真数据的表征方法， 其特征在于， 所述 时间采用儒 略日进行表征， 所述儒略日根据第一公式计算得到， 所述第一公式包括： 式中： 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。 3.根据权利要求1所述的空间环境仿真数据的表征方法， 其特征在于， 所述基于三维笛 卡尔直角坐标系获取航天器的空间位置数据及运行轨 迹包括： 建立三维笛卡尔直角坐标系， 将地球三维球体放置在所述三维笛卡尔直角坐标系中， 并定义所述三维笛卡尔直角坐标系的原 点在所述地球三 维球体的质心位置， 根据所述三 维 笛卡尔直角坐标系的X、 Y、 Z坐标轴数据确定所述航天器的三维坐标， 获得所述航天器的空 间位置点。 4.根据权利要求3所述的空间环境仿真数据的表征方法， 其特征在于， 所述基于三维笛 卡尔直角坐标系获取航天器的空间位置数据及运行轨 迹还包括： 以连续的时间变化为基础， 依次获得随所述时间推移所述航天器的各个空间位置点， 并将所述航 天器的各个空间位置点依次连接， 获得随时间推移所述航天器在空间中的运行 轨迹。 5.根据权利要求1所述的空间环境仿真数据的表征方法， 其特征在于， 所述对航天器在 三维空间中的姿态进行表征包括： 定义轨道坐标系为O0X0Y0Z0， 旋转轴e在所述轨道坐标系中的方向向量为e＝(Cx,Cy,Cz)， 其中， (Cx,Cy,Cz)表示方向余弦， 所述轨道 坐标系绕所述旋转轴e旋转α角度得到卫星本体坐 标系ObXbYbZb， 所述卫星本体坐标系的坐标原点位于所述航天器的质心， 所述卫星本体坐标 系的X轴、 Y轴、 Z轴分别为所述 航天器的三个主惯量轴； 以四元数的方式表征所述航天器的姿态， 得到所述航天器的姿态四元数数据， 所述航 天器的姿态四元 数q为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115186382 A 2其中， q1、 q2、 q3为矢量分量， q0为标量分量， 且q12+q22+q32+q02＝1。 6.根据权利要求5所述的空间环境仿真数据的表征方法， 其特征在于， 所述对所述航天 器在三维空间中的姿态进行表征还包括： 根据所述航天器的姿态 四元数数据， 在惯性空间 解算所述卫星本体坐标系与J2000惯性坐标系的相 对关系， 对所述航天器进行相应的姿态 调整并展现在所述 三维空间中。 7.根据权利要求1所述的空间环境仿真数据的表征方法， 其特征在于， 所述获取沿所述 运行轨迹的云图包括： 获取不同时刻所述 航天器的空间运行位置处的空间环境的环境数据， 根据所述环境数据和预设标准， 获取与所述环境数据的数值相对应的颜色， 其中， 所述 预设标准包括颜色变化与所述环境数据的数值大小一 一对应的关系， 根据所述颜色在所述航天器的轨迹上的对应时刻的区段进行着色， 得到沿所述运行轨 迹的云图。 8.根据权利要求1所述的空间环境仿真数据的表征方法， 其特征在于， 所述空间环境包 括大气环境、 空间辐射环境和等离子体环境， 其中， 所述大气环境通过大气质量密度、 各组 分数密度和大气温度描述， 所述空间辐 射环境通过辐 射粒子能级描述， 所述等离子体环境 通过等离 子体粒子团的密度和温度描述。 9.根据权利要求8所述的空间环境仿真数据的表征方法， 其特征在于， 对所述空间辐射 环境的表征包括： 沿所述航天器轨迹运动的实时轨迹云图显示、 基于整个任务周期的空间 带电粒子辐 射均值能谱以及空间瞬时通量 曲线和累计通量 曲线， 其中， 所述辐 射粒子的通 量包括积分通 量和微分通 量。 10.根据权利要求3所述的空间环境仿真数据的表征方法， 其特征在于， 所述基于坐标 变换获得 所述航天器的二维坐标以及星下点轨 迹包括： 将所述航天器的三维坐标经坐标变换， 转为WGS84坐标系下， 取大地经纬度坐标， 得到 所述航天器的二维坐标， 依据时间顺序依次连接获得 所述航天器的星下点轨 迹。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115186382 A 3