组合体太阳帆板遮挡分析及可视化

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1、计算机仿真第30卷第3期2013年3月文章编号:1006－9348(2013)03－0105－04组合体太阳帆板遮挡分析及可视化李文，杨涛，皮明，徐媛(西南科技大学信息工程学院，四川绵阳621010)摘要:组合体太阳帆板遮挡分析是航天器在轨能源持续性评估的重要依据。针对电能效率与光照有关，提出一种太阳光线与航天器体素的各个面一一求交点的算法，即“穿点判断法”。算法具有数据输出和可视化特点。首先通过几何学的方法建立了组合体太阳帆板遮挡简化数学模型，并对太阳帆板采用四叉树递归划分，考虑了组合体本体对帆板以及帆

2、板对帆板的遮挡情况，然后应用一元二次方程求根法来判断帆板是否被遮挡，最后通过设定帆板最小粒度来计算帆板的遮挡面积，并用OpenGL对遮挡情况进行可视化显示。仿真结果表明，方法能够有效地解决方程可以描述的任何体素如圆柱、圆台、圆锥、球以及用标准化的体素构造复杂的几何形体等航天器的太阳帆板遮挡问题。关键词:太阳帆板;遮挡;四叉树;可视化中图分类号:TP391．9;V411．8文献标识码:BObscurationAnalysisofCombinedSpacecraftSolarPanelandVisualiza

3、tionLIWen，YANGTao，PIMing，XUYuan(SchoolofInformationEngineering，SouthwestUniversityofScienceandTechnology，MianyangSichuan621010，China)ABSTRACT:Araycastingalgorithmwhichisaboutthesunrayintersectsspacecraft’seachfaceornotisproposedtosolvetheobscurationanalys

4、isofcombinedspacecraftsolarpanel．Thisalgorithmisanimportantbasisforspacecraft’son－orbitobtainedenergysustainabilityassessmentandischaracterizedbydataoutputandvisualization．Consider-ingthatthesolarpanelisobscuredbyspacecraftself－bodyandsolarpanel，asimplifi

5、edmathematicmodelofspace-craftsolarpanelwasestablishedbygeometricmethod，atthesametime，solarpanelwasrecursivelydividedbyquadtreemethod，andthenthesolarpanel’sobscurationwasjudgedbysolvingaquadraticequation．Finally，theob-scurationareaofsolarpanelwascalculate

6、dbysettingminimumgranularity，andtheobscurationareawasdisplayedbasedonOpenGL．Thesimulationresultsindicatethatthisalgorithmcansolvetheobscurationofcombinedspacecraftsolarpanelwhichismadeupofkindsofprimitives，suchascylinder，truncatedcone，coneandsphere;thesep

7、rimi-tivesmustbedescribedusingequations．KEYWORDS:Solarpanel;Obscuration;Quadtree;Visualization1引言航天器在轨能否长时间持续飞行一定程度上取决于其电源系统。航天器的能源来源有三种:一是电池;二是核电;三是太阳能。目前太空航天器搜集太阳能主要通过太阳能电池帆板，帆板上贴有半导体硅片或砷化镓片，靠它们将太阳光的光能转换成电能。太阳帆板的发电效率不仅取决于帆板上布置的硅片，还与光照强度、太阳光线与帆板法线之间的夹角、受

8、晒面积等因素有关，因此，太阳帆板遮挡分析是空间航天器电源系统设计的基础［1］。组合体是由两个以上的航天器通过交会对接［2］或空间组装方式组合成复合式航天器。一般通过对接锁将目标航天器和跟踪航天器连接在一起，对接后一个航天器处于停靠状态，整个飞行姿态控制由另一个航天器完成。就单个航天器而言，可能存在航天器本体对帆板的遮挡，但帆板对帆板的遮挡可能性不大。然而复合式航天器本体对帆板的遮挡比较复杂，甚至会产生帆板对帆板的复杂遮挡。计算