基于D3D12的低轨卫星星座可视化建模仿真研究
Visualization and Simulation Study of the LEO Constellation Based on D3D12
DOI: 10.12677/csa.2025.159232, PDF,   
作者: 闫雪飞, 王 良, 李 孟:中国人民解放军32039部队,北京
关键词: 低轨卫星星座可视化仿真D3DLEO Constellation Visualization Simulation D3D
摘要: 目前,低轨卫星星座在国际社会呈现蓬勃发展态势,并成为热点研究话题。低轨卫星星座的可视化建模仿真是开展低轨卫星星座的轨道构型、星间链路、路由规划、资源调度等研究的基础,现有的仿真软件还存在扩展性差、版权受限等不足。鉴于D3D12 (Direct3D12)可视化技术相比OpenGL具有更优的渲染性能,本文采用D3D12技术对低轨卫星星座进行了可视化建模仿真研究,设计了系统架构,实现了二体问题以及卫星终端可见性求解,并给出了地球、卫星、轨道、波束、星间链路以及经纬度的二三维渲染方法,最后基于UWP (Windows通用应用平台)框架进行了编程实现,通过对典型卫星星座仿真并与STK (Satellite Tool Kit)仿真结果对比验证了本文方法的可行性和有效性。
Abstract: The development of LEO Constellation is taking a flourishing state at present, and related study becomes the hot topic. Visualization and simulation study of the LEO Constellation is the foundation to study its configuration, crosslink, route-programming, resource-dispatch, and so on, yet the existing software falls short of the low expansibility and limit copyright etc. considering the drawing performance of the D3D12 visualization technique is nice than OpenGL, this paper studied the visualization and simulation of the LEO Constellation with the D3D12 technique, designed the architecture and solved the orbit equation and terminal visibility in two-body form, at the same time provided the 2D/3D drawing methods of the earth, satellite, orbit, beam, crosslink, curve of longitude and Latitude, at last realized these methods based on UWP(universal windows platform) and validated the practicability and effectiveness of these methods through the simulation of the typical LEO constellations and the comparison with STK.
文章引用:闫雪飞, 王良, 李孟. 基于D3D12的低轨卫星星座可视化建模仿真研究[J]. 计算机科学与应用, 2025, 15(9): 139-151. https://doi.org/10.12677/csa.2025.159232

参考文献

[1] 李刚. 基于STK的综合态势显示与控制系统的研究[D]: [硕士学位论文]. 济南: 山东大学, 2019.
[2] 黄娟. 基于MATLAB/STK的卫星通信场景仿真设计与实现[D]: [硕士学位论文]. 合肥: 安徽大学, 2016.
[3] 代建中, 冯旭哲, 李文屏, 等. 基于STK的北斗三号卫星导航系统AC仿真分析[J]. 计算机仿真, 2022, 39(5): 22-25.
[4] 胡杰, 崔健, 王英杰. 基于STK的双星发射任务可视化仿真方案的研究[J]. 计算机工程与应用, 2017(53): 253-257.
[5] 翟小珂. 卫星运行可视化仿真平台的设计与实现[D]: [硕士学位论文]. 呼和浩特: 内蒙古大学, 2016.
[6] 陈卡. Directx93D图形程序设计[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 2003.
[7] 白文娟. 基于OpenGL的GPS卫星轨道仿真与可视化实现[D]: [硕士学位论文]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2009.
[8] 杨平利, 黄少华, 江凌, 等. 卫星运行三维场景及星下点轨迹可视化研究[J]. 计算机工程与科学, 2012, 34(5): 101-106.