● 摘要
卫星是运动特性和光学特性极为复杂的飞行器载体，工作环境复杂恶劣，因而其研制任务艰巨且成功率低，为了确保万无一失地完成卫星的研制任务，研究人员需要通过各种试验方法来模仿卫星的工作条件及动力学方面的受力情况，以提高成功率。为了以直观的方式协助研究人员完成导航卫星飞行方案的设计、验证、论证、筛选以及确定的工作，本文结合航天器轨道姿态运动学与计算机图形学，设计开发了基于三维实时动态显示技术的导航卫星在轨运行的可视化仿真系统。根据仿真系统的功能要求，本文通过分析航天器的基本运动规律、开普勒轨道根数以及常用坐标系的变换建立了导航卫星在轨运行的数学模型，并通过航天器位置和速度的解算实现了导航卫星的运动建模。在深入剖析建模过程中常用的几何模型优化技术的基础上，利用Multigen Creator三维几何建模工具构建了导航卫星、地球、汽车、地形等三维模型，建立了仿真系统三维模型库。通过研究基于Vega Prime的三维视景搭建技术设计了基于MFC/Vega Prime的多线程视景仿真框架，采用Vega Prime与OpenGL混合编程技术实现了导航卫星运行轨道、覆盖区和汉字的显示以及星空的模拟。最后，根据面向对象的模块化设计思想，将该仿真系统分为四个模块，即仿真驱动模块、建模模块、数据管理模块以及实时视景仿真模块，并以实时视景仿真模块为核心，开发了基于软件平台VC++.NET、 Multigen Creator和 Vega Prime的导航卫星在轨运行的可视化仿真系统。为了验证系统的功能和性能，本文还根据测试内容和通过准则设计了测试用例，并对系统进行了全面的测试。测试结果表明，本文设计开发的仿真系统成功的完成了导航卫星位置姿态变化的可视化仿真，并为导航卫星与地面导航设备的通信过程提供了逼真的三维场景和三维模型，实时直观地显示出导航卫星在轨运行的全过程，其研究成果对航天可视化仿真技术提供了有力的支持。