基于虚拟现实的LEO/MEO卫星网络组网三维仿真关键技术的研究

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21世纪已进入个人通信时代,低轨道/中轨道(LEO/MEO)卫星通信系统是实现全球个人移动通信的理想通信方式,LEO/MEO卫星网络设计的许多问题尚处于探索之中。虚拟现实(VirtualReality)是二十世纪末的新技术,它综合了信息科学多个分支最新的研究成果,对信息社会产生了重要影响,已成功地应用于许多尖端领域。由于LEO/MEO星座网络具有独特的三维空间特性,在LEO/MEO卫星网络设计与仿真中采用虚拟现实技术已成为一个新的研究课题。 本文结合国家863-708-4-5课题,对基于虚拟现实的LEO/MEO卫星网络组网三维动态仿真关键技术进行了研究,主要创新性研究成果为:第一,在轨道内卫星状态分析中,提出了基于二面体群的卫星状态分析思想,导出了6个二面体群群元素轮换分解表达的通用公式,实现了Dn群群元素的快速生成。利用Pólya定理求出了轨道内卫星状态组合方案数,并具体构造了低阶Dn(n=3,4,5,6)群对应的卫星状态组合方案模型,使网络仿真中卫星初始状态的设置更为系统全面;第二,在卫星状态整体分析中,以柏拉图立体(PlatonicSolids)为基础,提出了旋转群群元素新的分类方法,提出了群元素抽象对称性、局部色数及饱和色数三个新概念,提出了卫星状态组合方案三维模型三步构造方法,很好地解决了与对称性直接相关的卫星状态组合方案三维模型的构造问题;第三,在测试二元运算乘法表构成群表的算法研究中,为测试构成群表的第一性质提出了3种算法,为测试构成群表的第二性质提出了7种算法,实现了乘法表构成群表的快速测试;第四,在卫星星际链路图表示方法研究中,提出了星际链路图抽象表示原则,提出了基于卫星轨道特征的星际链路图表示方法,此方法已应用于路由算法仿真及卫星网络交互设计中,收到了良好的效果;第五,将虚拟现实技术应用于卫星网络三维仿真系统的设计中,提出了仿真系统的总体结构框架,研制了专用的虚拟现实引擎,创建了卫星的LOD模型,实现了卫星运动中的碰撞检测模拟;第六,研制开发了卫星网络仿真软件,该软件很好地实现了来自NS2仿真器计算数据的三维动态可视化,使LEO/MEO卫星网络的设计更为科学可靠,该软件已于2003年10月通过了国家863课题领导小组的验收。
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