1.本发明涉及航天器仿真计算技术领域，具体而言，涉及一种基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法、装置及可读存储介质。
背景技术：2.航天仿真是航天事业取得发展的基石。航天仿真，是随着航天科技的发展而发展起来的新兴技术领域，为航天事业的发展多次发挥过重要作用。在我国航天的试验中，仿真技术也一直受到从设备研制单位到发射测控单位的重视。目前，仿真技术已广泛应用到航天工程的各个方面。从运载火箭、人造卫星、载人飞船、空间站等设备的研制，到飞行器飞前动态性能检测、飞后性能改进，乃至人造飞船的空间交会对接、在轨设备的维修等等，无处不打上仿真研究的烙印。
3.现有技术中，通过实时仿真技术可以得到飞行器量化表征数据，但在此过程中往往产生海量飞行器运动状态数据和空间辐射带环境数，尤其空间辐射带环境数据随着用户设置的粒子能级数据的增多而成倍增加，造成用户对数据难以有直接的判断和理解。
技术实现要素：4.本发明解决的问题是现有技术中，用户对通过实时仿真技术得到的飞行器量化表征数据难以有直接的判断和理解的技术问题。
5.为解决上述问题，本发明提供一种基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法，包括如下步骤:
6.步骤s1，根据地球辐射带模型得到飞行器在轨运行状态；
7.步骤s2，根据所述地球辐射带模型和所述飞行器在轨运行状态，得到飞行器的空间辐射带环境数据；
8.步骤s3，将所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图。
9.可选地，步骤s1中，所述飞行器在轨运行状态包括所述飞行器的空间位置、运行速度和/或空间姿态。
10.可选地，步骤s2中，所述根据所述地球辐射带模型和所述飞行器在轨运行状态，得到飞行器空间辐射带环境数据，包括：
11.步骤s21，获取仿真时间和所述地球辐射带模型的初始化参数；
12.步骤s22，根据所述飞行器的空间位置、所述仿真时间和所述地球辐射带模型的初始化参数，得到所述飞行器空间辐射带环境数据。
13.可选地，步骤s3中,所述空间辐射带环境数据包括：粒子能级及不同能级粒子的辐射通量均值，且所述辐射通量均值按照计算公式进行计算，所述计算公式为：
[0014][0015]
其中，为所述空间辐射带环境数据中的第n行中粒子的总辐射通量，n为所述空间辐射带环境数据中的总行数，为辐射通量均值，e为空间辐射带粒子的能量。
[0016]
可选地，步骤s3中，所述将所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图，包括：
[0017]
以粒子能级为横坐标，粒子所在能级处的辐射通量均值为纵坐标，得到粒子均值能谱曲线。
[0018]
可选地，步骤s3中，所述将所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图，包括：
[0019]
基于粒子在各个时刻的辐射通量和所述飞行器的空间位置，得到所述飞行器的二维或三维轨迹云图。
[0020]
可选地，步骤s3中，所述将所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图，包括：
[0021]
以仿真时间为横坐标，粒子在各个时刻的辐射通量为纵坐标，得到空间环境瞬时曲线，或以仿真时间为横坐标，粒子在各个时刻的累计辐射通量为纵坐标，得到空间环境累计曲线。
[0022]
可选地，步骤s3中，所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图，包括：
[0023]
根据仿真时间、海拔高度、地球经纬度以及粒子在各个时刻的辐射通量，得到地球环境云图。
[0024]
本发明所述的基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法相较于现有技术的优势在于，本发明通过对飞行器仿真过程的实时量化表征数据进行二次处理和计算，从而使用户能够更好的分析出飞行器任务设计的优劣，与不同位置的空间环境恶劣情况，从而做出设计上的优化，为工程人员对空间环境数据的仿真计算与理解提供必要、有效的手段和方法，有效保证航天器在轨高可靠运行。
[0025]
为解决上述技术问题，本发明还提供一种基于地球辐射带模型的空间环境仿真装置，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现所述的基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法。
[0026]
本发明所述的基于地球辐射带模型的空间环境仿真装置与所述基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法相较于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
[0027]
为解决上述技术问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现所述的基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法。
[0028]
本发明所述的计算机可读存储介质与所述基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法相较于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
[0029]
图1为本发明实施例中基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法流程图；
[0030]
图2为本发明实施例中基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法得到的sat_1卫星任务期间的均值能谱；
[0031]
图3为本发明实施例中基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法得到的sat_1卫星沿任务轨道的2.5mev电子微分通量的空间辐射量化数据沿轨迹云图表征情况；
[0032]
图4为本发明实施例中基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法得到的卫星实时空间环境量化表征瞬时曲线；
[0033]
图5为本发明实施例中基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法得到的地球环境云图。
具体实施方式
[0034]
下面将结合附图对本技术实施例中的技术方案进行清楚、详尽地描述。
[0035]
在本技术实施例的描述中，术语“一些实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0036]
还需要说明的是，在本技术实施例的描述中，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
[0037]
如图1所示，本发明实施例提供一种基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法，包括如下步骤:
[0038]
步骤s1，根据地球辐射带模型得到飞行器在轨运行状态；
[0039]
步骤s2，根据所述地球辐射带模型和所述飞行器在轨运行状态，得到飞行器的空间辐射带环境数据；
[0040]
步骤s3，将所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图。
[0041]
具体地，本实施例中是基于ae8地球辐射带电子模型和ap8地球辐射带质子模型而形成的空间环境仿真计算方法，ae8和ap8模型都有两个版本，即ae8min、ae8max和ap8min、ap8max，分别用于模拟太阳活动极小年和极大年的电子、质子的辐射带，且能够提供所有方向的平均统计粒子的能量谱，通用性强。
[0042]
一些实施例中，步骤s1中，所述飞行器在轨运行状态包括所述飞行器的空间位置、运行速度和/或空间姿态。
[0043]
优选地，步骤s2中，所述根据所述地球辐射带模型和所述飞行器在轨运行状态，得到飞行器空间辐射带环境数据，包括：
[0044]
步骤s21，获取仿真时间和所述地球辐射带模型的初始化参数；
[0045]
步骤s22，根据所述飞行器的空间位置、所述仿真时间和所述地球辐射带模型的初
始化参数，得到所述飞行器空间辐射带环境数据。
[0046]
具体地，本实施例通过设置场景仿真开始时间，在地球近地空间范围内，初始化飞行器在轨运行状态，按照仿真步长实时推演飞行器运行状态，从而得到飞行器的空间位置、运行速度和/或空间姿态等信息，并且通过飞行器的空间位置，结合仿真时间和模型初始化参数，得到飞行器所处位置的空间环境状态，能够得到实时量化的飞行器空间辐射带环境数据。
[0047]
一些实施例中，步骤s3中,所述空间辐射带环境数据包括：粒子能级及不同能级粒子的辐射通量均值，且所述辐射通量均值按照计算公式进行计算，所述计算公式为：
[0048][0049]
其中，为所述空间辐射带环境数据中的第n行中粒子的总辐射通量，n为所述空间辐射带环境数据中的总行数，为辐射通量均值，e为空间辐射带粒子的能量。
[0050]
另外，步骤s3中，所述将所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图，包括：
[0051]
以粒子能级为横坐标，粒子所在能级处的辐射通量均值为纵坐标，得到粒子均值能谱曲线。
[0052]
如图2所示，图2中，sat_1卫星轨道任务参数为轨道半长轴20000km偏心率0.5轨道倾角60
°
，辐射带电子能级设置为：0.04、0.1、0.25、0.5、0.75、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7，单位mev。图中空心方块标识的曲线为sat_1卫星运行期间受到的辐射带电子积分通量对应的任务均值曲线，实心圆标识的曲线为sat_1卫星运行期间受到的辐射带电子微分通量对应的任务均值曲线。可以看出单条曲线上可以看出不同能级粒子的通量均值变化，粒子的能量越高通量相应降低。对比不同飞行器任务的均值能谱能够看出不同任务轨道的辐射特征不同。
[0053]
因此，本实施例中粒子均值能谱曲线的变化用于反应飞行器整个任务周期中空间环境的恶劣程度，具体通过以下几点进行分析：(1)对于不同的任务不同的周期，对比粒子均值能谱曲线，曲线所处位置越高表明粒子在整个任务周期中的总通量越高，飞行器所处的空间粒子辐射环境越恶劣。(2)对于同能级处的粒子均值能谱曲线可以看出不同能级粒子的通量变化，可以分析得到辐射通量高的粒子所具有的能量，对应不同能量的粒子可产生相应的措施来帮助飞行器应对恶劣空间环境对飞行器安全运行产生的影响。
[0054]
一些实施例中，步骤s3中，所述将所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图，包括：
[0055]
基于粒子在各个时刻的辐射通量和所述飞行器的空间位置，得到所述飞行器的二维或三维轨迹云图。由此，可以清晰且直观地看到飞行器所在空间辐射带粒子通量变化情况。
[0056]
如图3所示，在一些示例中，将飞行器各个空间位置点的粒子辐射通量值以彩虹色取色，得到基于osg的三维轨迹云图，不同的颜色对应不同的辐射通量值，美观且便于观察；在另一些示例中，使用飞行器星下点经、纬坐标，将坐标点处的粒子通量值以彩虹色值标尺
中取色，将颜色描绘于坐标点中，得到基于gis的二维轨迹云图。二维或三维轨迹云图上的颜色值的变化对应空间辐射带粒子通量数值的变化，辐射粒子通量的数值越高，表明空间环境越恶劣，数值越低，表明空间环境越温和。
[0057]
可选地，步骤s3中，所述将所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图，包括：
[0058]
以仿真时间为横坐标，粒子在各个时刻的辐射通量为纵坐标，得到空间环境瞬时曲线，用以描述飞行器在轨运行期间所处的范艾伦带辐射通量随仿真时间的变化情况；或以仿真时间为横坐标，粒子在各个时刻的累计辐射通量为纵坐标，得到空间环境累计曲线，用以描述飞行器在轨运行期间所处的范艾伦带辐射通量的累计通量随仿真时间的变化情况。
[0059]
具体地，如图4所示，图4中，每根曲线分别表示卫星轨道任务所处的辐射带电子使用ae8模型计算的不同能量粒子的微分通量。星形标识的曲线为0.04mev电子微分通量瞬时曲线，圆圈标识的曲线为0.1mev电子微分通量瞬时曲线，三角形标识的曲线为0.25mev电子微分通量瞬时曲线。
[0060]
可选地，步骤s3中，所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图，包括：
[0061]
根据仿真时间、海拔高度、地球经纬度以及粒子在各个时刻的辐射通量，得到地球环境云图。
[0062]
一些优选的实施例中，所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图，包括：确定海拔高度，依据经度步长、纬度步长遍历经度、纬度，对应粒子在各个时刻的辐射通量，并根据辐射通量的数值选取颜色着色在地图经纬网格，得到地球环境云图。
[0063]
如图5所示，在具体的示例中，考虑地理纬度的变化范围为-90
°
至90
°
，跨度180
°
，所以选取纬度步长为1
°
，考虑地理经度的变化范围为-180
°
至180
°
，跨度360
°
，所以选取经度步长为2
°
，依据经度步长、纬度步长遍历经度、纬度，得到海拔1000km处的辐射带电子能级1mev的辐射微分通量数值，并根据辐射微分通量的数值选取颜色着色在地图经纬网格，得到地球环境云图。
[0064]
本实施例通过对飞行器仿真过程的实时量化表征数据进行二次处理和计算，从而使用户能够更好的分析出飞行器任务设计的优劣，与不同位置的空间环境恶劣情况，从而做出设计上的优化，为工程人员对空间环境数据的仿真计算与理解提供必要、有效的手段和方法，有效保证航天器在轨高可靠运行。
[0065]
本发明的另一个实施例提供一种基于地球辐射带模型的空间环境仿真装置，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现所述的基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法。
[0066]
本实施例所述的基于地球辐射带模型的空间环境仿真装置与所述基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法相较于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
[0067]
本发明的另一个实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现所述的基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法。
[0068]
需要说明的是，本实施例中的计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。在一些具体的示例中，计算机可读存储介质包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备以及上述的任意合适的组合。
[0069]
本实施例所述的计算机可读存储介质与所述基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法相较于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
[0070]
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
技术特征：1.一种基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法，其特征在于，包括如下步骤:步骤s1，根据地球辐射带模型得到飞行器在轨运行状态；步骤s2，根据所述地球辐射带模型和所述飞行器在轨运行状态，得到飞行器的空间辐射带环境数据；步骤s3，将所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图。2.根据权利要求1所述的基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法，其特征在于，步骤s1中，所述飞行器在轨运行状态包括所述飞行器的空间位置、运行速度和/或空间姿态。3.根据权利要求2所述的基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法，其特征在于，步骤s2中，所述根据所述地球辐射带模型和所述飞行器在轨运行状态，得到飞行器空间辐射带环境数据，包括：步骤s21，获取仿真时间和所述地球辐射带模型的初始化参数；步骤s22，根据所述飞行器的空间位置、所述仿真时间和所述地球辐射带模型的初始化参数，得到所述飞行器空间辐射带环境数据。4.根据权利要求2所述的基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法，其特征在于，步骤s3中,所述空间辐射带环境数据包括：粒子能级及不同能级粒子的辐射通量均值，且所述辐射通量均值按照计算公式进行计算，所述计算公式为：其中，为所述空间辐射带环境数据中的第n行中粒子的总辐射通量，n为所述空间辐射带环境数据中的总行数，为辐射通量均值，e为空间辐射带粒子的能量。5.根据权利要求4所述的基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法，其特征在于，步骤s3中，所述将所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图，包括：以粒子能级为横坐标，粒子所在能级处的辐射通量均值为纵坐标，得到粒子均值能谱曲线。6.根据权利要求3所述的基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法，其特征在于，步骤s3中，所述将所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图，包括：基于粒子在各个时刻的辐射通量和所述飞行器的空间位置，得到所述飞行器的二维或三维轨迹云图。7.根据权利要求3所述的基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法，其特征在于，步骤s3中，所述将所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图，包括：以仿真时间为横坐标，粒子在各个时刻的辐射通量为纵坐标，得到空间环境瞬时曲线，或以仿真时间为横坐标，粒子在各个时刻的累计辐射通量为纵坐标，得到空间环境累计曲线。
8.根据权利要求3所述的基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法，其特征在于，步骤s3中，所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图，包括：根据仿真时间、海拔高度、地球经纬度以及粒子在各个时刻的辐射通量，得到地球环境云图。9.一种基于地球辐射带模型的空间环境仿真装置，其特征在于，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如权利要求1-8任一项所述的基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如权利要求1-8任一项所述的基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法。
技术总结本发明提供了一种基于地球辐射带模型的空间环境仿真计算方法、装置及可读存储介质，涉及航天器仿真计算技术领域，所述方法包括：根据地球辐射带模型得到飞行器在轨运行状态；根据所述地球辐射带模型和所述飞行器在轨运行状态，得到飞行器的空间辐射带环境数据；将所述空间辐射带环境数据经过处理后，得到飞行器的空间环境表征视图。与现有技术比较，本发明通过对飞行器仿真过程的实时量化表征数据进行二次处理和计算，从而使用户能够更好的分析出飞行器任务设计的优劣，与不同位置的空间环境恶劣情况，从而做出设计上的优化，为工程人员对空间环境数据的仿真计算与理解提供必要、有效的手段和方法，有效保证航天器在轨高可靠运行。可靠运行。可靠运行。
技术研发人员：李兴冀 杨剑群 应涛 韩煜 吕钢
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2022.06.30
技术公布日：2022/11/1
