(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211321780.0 (22)申请日 2022.10.27 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115392057 A (43)申请公布日 2022.11.25 (73)专利权人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410073 湖南省长 沙市开福区德雅路 109号 (72)发明人 李柏渝　刘文祥　孙广富　肖伟　 倪少杰　叶小舟　黄仰博　鲁祖坤　 覃曼丽　李相君　杨馨　聂苇　 (74)专利代理 机构 北京盛询知识产权代理有限 公司 11901 专利代理师 郭成文(51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (56)对比文件 CN 113779745 A,2021.12.10 CN 109905280 A,2019.0 6.18 CN 101986 318 A,201 1.03.16 CN 113806930 A,2021.12.17 CN 112380625 A,2021.02.19 DE 10201 1081345 A1,2013.02.28 冯少栋.低轨星座系统业 务建模与仿真. 《宇 航学报》 .2010,第31卷第179-184. 审查员 赵亮 (54)发明名称 一种低轨星座 卫星仿真 建模方法 (57)摘要 本发明提供了一种低轨星座卫星仿真建模 方法， 其中， 该方法包括以下步骤： 建立低轨卫星 系统对应的高逼真白盒软件模型； 建立真实卫星 的高效率黑盒软件模型框架； 基于高逼真白盒软 件模型仿真模拟低轨卫星系统运行全 过程， 得到 多种场景下的运行数据； 利用海量运行数据训练 得到卫星黑盒模 型； 在低轨卫星仿真系统中采用 卫星的高效率黑盒软件模型进行仿真验证。 根据 本发明的方案， 利用仿真系统产生的海量试验数 据， 通过训练得到系统的黑盒软件模型， 避免采 用类似于白盒软件模型的逻辑复杂处理流程， 大 大简化了模型的运行复杂度， 提升了运行效率， 可以解决海量节点的低轨卫星系统在保证高逼 真条件下仿真运行效率低的问题。 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 CN 115392057 B 2022.12.30 CN 115392057 B 1.一种低轨星座 卫星仿真 建模方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 建立低轨卫星系统对应的白盒软件 模型； S2： 建立真实卫星的黑盒软件 模型框架； S3： 基于所述白盒软件模型仿真模拟低轨卫星系统运行全过程， 得到多种场景下的运 行数据； S4： 利用所述多种场景下的运行数据训练所述黑盒软件模型框架， 得到所述黑盒软件 模型的输入和输出 的映射函数， 基于所述黑盒软件模型 的输入和输出 的映射函数， 得到卫 星的黑盒软件 模型； S5： 在低轨卫星仿真系统中采用所述 卫星的黑盒软件 模型进行仿真验证。 2.根据权利要求1所述的低轨星座卫星仿真建模方法， 其特征在于， 在所述S1中， 所述 白盒软件模型应当具备以下 的特点： 分系统模型应当具备真实工程系统的处理流程； 所述 分系统模型的关键参数通过仿真平台进行配置 。 3.根据权利要求1所述的低轨星座卫星仿真建模方法， 其特征在于， 在所述S2中， 所述 黑盒软件模型框架应当具备以下 的特点： 仅定义模型 的框架， 包括输入参数 的类型和输出 变量的类型； 对真实工程系统的输入参数和输出参数的集合进行选择形成软件模型所关注 的输入参数和输出参数集 合。 4.根据权利要求1所述的低轨星座卫星仿真建模方法， 其特征在于， 在所述S3中， 所述 基于白盒软件 模型的仿真模拟包括如下步骤： S301： 在所述低轨卫星仿真系统中集成已经建模好的白盒软件 模型； S302： 设定不同的运行场景， 调整仿真运行参数， 形成多数量仿真场景集 合； S303： 从仿真场景集合中挑选一种仿真场景， 在仿真系统中设置相关的仿真参数及配 置， 仿真引擎驱动系统按照相关时序运行， 仿 真模拟低轨卫星系统运行全过程， 在运行过程 中记录存 储系统每 个节点输入和输出 数据； S304： 直到将仿真场景集合中所有的仿真场景都遍历完， 得到每个场景对应的仿真运 行数据。 5.根据权利要求4所述的低轨星座卫星仿真建模方法， 其特征在于， 所述白盒软件模型 包括： 卫星模型、 地 面站模型和用户模型。 6.根据权利要求1所述的低轨星座卫星仿真建模方法， 其特征在于， 在所述S4中， 所述 训练得到所述黑 盒软件模型的输入和输出的映射函数的特点： 训练数据为所述S 3中得到的 运行数据； 输入和输出的映射 函数的误差根据训练样本数量确定 。 7.根据权利要求6所述的低轨星座卫星仿真建模方法， 其特征在于， 所述训练方法包 括： 深度学习和强化学习。 8.根据权利要求4所述的低轨星座卫星仿真建模方法， 其特征在于， 在所述S5中， 所述 低轨卫星仿真系统的特点： 仿真引擎采用所述S3中的仿真引擎驱动系统。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115392057 B 2一种低轨星座卫星仿真建模方 法 技术领域 [0001]本发明涉及低轨卫星仿真技 术领域， 尤其涉及一种低轨星座 卫星仿真 建模方法。 背景技术 [0002]当前， 低轨卫星系统 （Low  Earth Orbit， LEO） 已经被广泛应用于国计民生的各个 方面， 其应用领域包括通信、 遥感、 气象、 通信等。 特别是近年来以美国星链系统 （Star link） 为代表的低轨通信巨型星座的建设正在如火如荼进行， 这些低轨通信卫星普遍采用集约化 设计、 低成本民用器件、 可回收式火箭发射入轨等新技术， 具有从设计到组网周期短、 在轨 寿命短、 技术迭代快等特点。 为了在极短时间内优化并收敛系统设计， 从而降低系统建设风 险， 需要建设低轨卫星系统的数字仿真系统， 仿真系统中的卫星系统建模的高效性和逼真 度直接影响软件仿真的效果， 所以需要以低轨卫星原理为基础， 结合复杂航天系统仿真技 术， 提出面向低轨卫星系统的建模方法。 [0003]经过现有技术的检索， 中国发明专利 （申请公布号： CN  109413682A） ， 发明名称为 一种天地一体化卫星通信网络仿真系统及方法， 其主要目的是建立 天地一体化卫星通信网 络仿真系统， 通过定时更新LEO卫星通信网络的拓扑结构， 实现百万级用户节点的LEO卫星 通信网络 仿真， 解决大规模用户的移动性管理问题。 [0004]但是， 中国发明专利 （申请公布号： CN  109413682A） ， 发明名称为一种天地一体化 卫星通信网络仿真系统及方法， 只给出一种通用的天地一体化卫星通信网络仿真方法， 并 没有解决大规模低轨卫星节点高效高逼真 建模的问题。 [0005]中国发明专利 （申请公布号： CN  111147169  A） ， 发明名称为一种低轨卫星天地通 信信道建模模型及建模方法， 其主要目的是解决低轨卫星天地通信信道建模问题。 本发明 基于马尔科夫链过程可以实现在直射状态、 中等阴影状态和深度阴影状态之间的切换， 同 时考虑了传输时延、 噪声和大多普勒频偏以及频偏变化率， 能够较为准确的描述低轨卫星 移动通信 信道的传输特性。 [0006]但是， 中国发明专利 （申请公布号： CN  111147169  A） ， 发明名称为一种低轨卫星天 地通信信道建模模型及建模方法， 仅解决了低轨卫星天地通信信道建模问题， 该方法并不 能直接用于低轨卫星系统的其 他分系统的建模。 [0007]中国发明专利 （申请公布号： CN  109981375  A） ， 发明名称为用于卫星通信仿真网 络构建的方法和设备， 其主要目的是解决卫星通信仿真网络模拟节点规模问题。 本发明采 用Docker服务器集群并提供集群管理工具， 从而实现仿真网络规模扩大的效果， 同时也在 操作和管理上提供 方便。 [0008]但是， 中国发明专利 （申请公布号： CN  109981375  A） ， 发明名称为用于卫星通信仿 真网络构建的方法和设备， 仅仅从仿真硬件计算资源的角度描述了提升卫星通信仿 真效率 的方法， 并未从系统建模角度提升卫星通信仿真效率。 [0009]中国发明专利 （申请公布号： CN  111291503  A） ， 发明名称为一种卫星导航系统模 型集成系统及其建立方法， 其主要目的是实现卫星导航系统的仿真模型与实际工程系统的说　明　书 1/6 页 3 CN 115392057 B 3