【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及數字孿生，具體涉及一種空間飛行器數字孿生建模方法及系統。
技術介紹
1、現有技術通過創建物理實體的虛擬副本，以實現對其性能和狀態的實時監控、預測和優化。通過建模和仿真技術，結合飛行器的設計參數、物理特性和環境數據，構建空間飛行器的數字孿生模型。這些模型能夠集成來自各種傳感器和系統的實時數據，以模擬飛行器的實際運行狀態。通過復雜的產品模型建立、信息物理融合、數據收集與傳輸以及大數據技術等核心技術，實現了對空間飛行器在虛擬空間中的仿真模擬。
2、盡管已有技術提供了產品模型建立的方法，但在空間飛行器這樣的高度復雜和精細化的產品中，現有方法可能仍面臨挑戰，特別是在模擬飛行器的極端環境適應性和長期運行可靠性方面。在空間環境中，特別是在遠距離通信和高速運動條件下，現有技術可能無法滿足實時性和準確性的高要求。在空間飛行器應用中，如何實現高效、準確的信息物理融合，尤其是在動態環境下的融合，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
技術實現思路
1、為實現本專利技術目的，本申請提供了一種空間飛行器數字孿生建模方法，包括：
2、步驟s1：采用多層次建模方法將空間飛行器分解為多個子系統和組件，分別構建相應的數字孿生模型，并通過數據集成算法將所述數字孿生模型集成為完整的飛行器模型；
3、步驟s2：根據所述飛行器模型的實時姿態數據和當前時刻的軌道數，對所述飛行器模型的姿態特性進行仿真;
4、步驟s3：利用機器學習和深度學習算法，對所述飛行器模型的姿態
5、在其中一些具體實施例中，所述步驟s1包括：對空間飛行器的在軌工作狀態，對所述空間飛行器的結構進行模態分析，根據下式確定所述數字孿生模型：
6、；
7、式中， λi表示第 i階特征值，表示第 i個特征向量，k表示剛度矩陣，m表示系統的質量矩陣。
8、在其中一些具體實施例中，所述步驟s2中，所述仿真的結果根據所述空間飛行器的姿態穩定方式分為三軸穩定姿態仿真和自旋仿真。
9、在其中一些具體實施例中，當采用三軸穩定姿態仿真時，根據某一時刻衛星開普勒軌道根數的半長軸、偏心率、傾角、升交點赤經、近地點幅角、平近點角，利用軌道外推計算當前歷元時刻的開普勒根數和當前時刻恒星時；并根據衛星的平近點角和偏心率計算出其真近點角，從而確定所述空間飛行器的仿真結果。
10、在其中一些具體實施例中，當采用自旋仿真時，根據空間飛行器在慣性系下的赤經、赤緯、章動、轉速確定所述空間飛行器的姿態矩陣，如下所示：
11、；
12、式中， s為當前時刻的恒星時，為赤經，為赤緯，為章動角， ω為轉速。
13、為實現同一專利技術目的，本申請還提供了一種空間飛行器數字孿生建模系統，包括：
14、飛行器模型構建模塊：用于采用多層次建模方法將空間飛行器分解為多個子系統和組件，分別構建相應的數字孿生模型，并通過數據集成算法將所述數字孿生模型集成為完整的飛行器模型；
15、仿真模塊：用于根據所述飛行器模型的實時姿態數據和當前時刻的軌道數，對所述飛行器模型的姿態特性進行仿真;
16、監控分析模塊：用于利用機器學習和深度學習算法，對所述飛行器模型的姿態進行實時監控和分析，以預測和診斷潛在的故障和性能退化問題。
17、在其中一些具體實施例中，所述飛行器模型構建模塊用于：對空間飛行器的在軌工作狀態，對所述空間飛行器的結構進行模態分析，根據下式確定所述數字孿生模型：
18、；
19、式中， λi表示第 i階特征值，表示第 i個特征向量，k表示剛度矩陣，m表示系統的質量矩陣。
20、在其中一些具體實施例中，所述仿真模塊用于：所述仿真的結果根據所述空間飛行器的姿態穩定方式分為三軸穩定姿態仿真和自旋仿真。
21、在其中一些具體實施例中，當采用三軸穩定姿態仿真時，根據某一時刻衛星開普勒軌道根數的半長軸、偏心率、傾角、升交點赤經、近地點幅角、平近點角，利用軌道外推計算當前歷元時刻的開普勒根數和當前時刻恒星時；并根據衛星的平近點角和偏心率計算出其真近點角，從而確定所述空間飛行器的仿真結果。
22、在其中一些具體實施例中，當采用自旋仿真時，根據空間飛行器在慣性系下的赤經、赤緯、章動、轉速確定所述空間飛行器的姿態矩陣，如下所示：
23、；
24、式中， s為當前時刻的恒星時，為赤經，為赤緯，為章動角， ω為轉速。
25、上述技術方案的有益效果：
26、本專利技術通過提出了一種高精度多層次建模方法，并在子系統和組件級別上引入更細粒度的物理和環境參數模擬，可提高數字孿生模型的精確度。這使得模型能夠更準確地反映空間飛行器的實際狀態和性能，從而為設計、測試和運行提供更可靠的決策支持。再結合姿態模擬技術和動態調整模型參數的方法，使數字孿生模型能夠更好地適應復雜多變的空間環境。通過開發高效的數據同步機制和利用機器學習算法進行數據預處理，實現高維度數據的實時處理與同步。這保證了數字孿生模型能夠及時準確地反映空間飛行器的最新姿態。利用機器學習和深度學習算法，提高故障預測和診斷的準確性和效率。本專利技術提供的詳細和準確的數字孿生模型為飛行器的設計和改進提供了強大的工具，有助于推動技術創新和性能優化。
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1.一種空間飛行器數字孿生建模方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的空間飛行器數字孿生建模方法，其特征在于，所述步驟S1包括：對空間飛行器的在軌工作狀態，對所述空間飛行器的結構進行模態分析，根據下式確定所述數字孿生模型：
3.根據權利要求1所述的空間飛行器數字孿生建模方法，其特征在于，所述步驟S2中，所述仿真的結果根據所述空間飛行器的姿態穩定方式分為三軸穩定姿態仿真和自旋仿真。
4.根據權利要求3所述的空間飛行器數字孿生建模方法，其特征在于，當采用三軸穩定姿態仿真時，根據某一時刻衛星開普勒軌道根數的半長軸、偏心率、傾角、升交點赤經、近地點幅角、平近點角，利用軌道外推計算當前歷元時刻的開普勒根數和當前時刻恒星時；并根據衛星的平近點角和偏心率計算出其真近點角，從而確定所述空間飛行器的仿真結果。
5.根據權利要求3所述的空間飛行器數字孿生建模方法，其特征在于，當采用自旋仿真時，根據空間飛行器在慣性系下的赤經、赤緯、章動、轉速確定所述空間飛行器的姿態矩陣，如下所示：
6.一種空間飛行器數字孿生建模系統，其特征在于，包
7.根據權利要求6所述的空間飛行器數字孿生建模系統，其特征在于，所述飛行器模型構建模塊用于：對空間飛行器的在軌工作狀態，對所述空間飛行器的結構進行模態分析，根據下式確定所述數字孿生模型：
8.根據權利要求6所述的空間飛行器數字孿生建模系統，其特征在于，所述仿真模塊用于：所述仿真的結果根據所述空間飛行器的姿態穩定方式分為三軸穩定姿態仿真和自旋仿真。
9.根據權利要求8所述的空間飛行器數字孿生建模系統，其特征在于，當采用三軸穩定姿態仿真時，根據某一時刻衛星開普勒軌道根數的半長軸、偏心率、傾角、升交點赤經、近地點幅角、平近點角，利用軌道外推計算當前歷元時刻的開普勒根數和當前時刻恒星時；并根據衛星的平近點角和偏心率計算出其真近點角，從而確定所述空間飛行器的仿真結果。
10.根據權利要求8所述的空間飛行器數字孿生建模系統，其特征在于，當采用自旋仿真時，根據空間飛行器在慣性系下的赤經、赤緯、章動、轉速確定所述空間飛行器的姿態矩陣，如下所示：
...【技術特征摘要】
1.一種空間飛行器數字孿生建模方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的空間飛行器數字孿生建模方法，其特征在于，所述步驟s1包括：對空間飛行器的在軌工作狀態，對所述空間飛行器的結構進行模態分析，根據下式確定所述數字孿生模型：
3.根據權利要求1所述的空間飛行器數字孿生建模方法，其特征在于，所述步驟s2中，所述仿真的結果根據所述空間飛行器的姿態穩定方式分為三軸穩定姿態仿真和自旋仿真。
4.根據權利要求3所述的空間飛行器數字孿生建模方法，其特征在于，當采用三軸穩定姿態仿真時，根據某一時刻衛星開普勒軌道根數的半長軸、偏心率、傾角、升交點赤經、近地點幅角、平近點角，利用軌道外推計算當前歷元時刻的開普勒根數和當前時刻恒星時；并根據衛星的平近點角和偏心率計算出其真近點角，從而確定所述空間飛行器的仿真結果。
5.根據權利要求3所述的空間飛行器數字孿生建模方法，其特征在于，當采用自旋仿真時，根據空間飛行器在慣性系下的赤經、赤緯、章動、轉速確定所述空間飛行器的姿態矩陣，如下所示：
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【專利技術屬性】
技術研發人員：劉偉，萬剛，叢佃偉，尹云霞，劉瑞林，蘇芝娟，汪國平，許劍，鄧攀科，李萬華，武易天，
申請(專利權)人：中國人民解放軍戰略支援部隊航天工程大學，
類型：發明
國別省市：
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