(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210744069.X (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 国晟皓星 （苏州） 航天科技有限公司 地址 215400 江苏省苏州市太 仓市太仓港 经济技术开发区北环路16号1904-55 室 (72)发明人 袁春强　 (74)专利代理 机构 苏州九方专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 32398 专利代理师 张文婷 (51)Int.Cl. G06F 9/50(2006.01) G06T 1/20(2006.01) (54)发明名称 基于GPU并行计算的卫星碰撞预警方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于GPU并行计算的卫星 碰撞预警方法， 涉及应用天体力学和航天测控领 域。 通过将每一对卫星的碰撞检测过程作为一个 单独的线程， 部署至GP U运行， 本发明实现了卫星 碰撞预警的并行计算。 首先， 利用半长轴和偏心 率挑选出显然不存在碰撞风险的卫星对。 然后， 利用轨道 倾角、 升交点和降交点挑选出不存在碰 撞的卫星对。 最后， 计算卫星对的距离时间序列， 通过距离序列判断两者是否存在接近的可能。 本 发明提供的卫星碰撞预警方法， 充分利用了GPU 的并行计算能力， 计算效率较高， 支持大规模卫 星的碰撞预警作业， 极大的减低了预警系统的硬 件成本， 适合用来构建商业卫星的运维管理系 统。 权利要求书1页 说明书3页 CN 115033384 A 2022.09.09 CN 115033384 A 1.一种基于GPU 并行计算的卫星碰撞预警方法， 其特征在于， 通过将每一对卫星的碰撞 检测过程作为 一个单独的线程， 部署至GPU运行， 具体包括以下步骤： 步骤S1： 利用半长轴和偏心率挑选出不存在碰撞风险的卫星对； 步骤S2： 利用轨道倾角、 升交点和降交点挑选出不存在碰撞的卫星对； 步骤S3： 计算 卫星对的距离时间序列， 通过距离序列判断两者是否存在接 近的可能； 步骤S4： 当所有线程完成计算后， 将所有卫星对的线程的碰撞计算结果从GPU的显存传 递到内存， 在CPU上汇总形成碰撞预警分析报告。 2.根据权利要求1所述的基于GPU并行计算的卫星碰撞预警方法， 其特征在于： 在所述 步骤1中， 利用卫星的初始时刻的轨迹数据拟合卫星对的轨道根数， 进而根据半长轴和偏心 率计算卫星的椭圆轨道的半短轴； 若一颗卫星的椭圆轨道的半长轴小于另一颗卫星的半短 轴， 则二者不会发生碰撞风险。 3.根据权利要求1所述的基于GPU并行计算的卫星碰撞预警方法， 其特征在于： 在所述 步骤2中， 首先判断卫星对的轨道倾角是否相同， 如果轨道倾角不同， 再根据升交点和降交 点的差异筛 选出不存在碰撞风险的卫星对。 4.根据权利要求3所述的基于GPU并行计算的卫星碰撞预警方法， 其特征在于： 若卫星 对的升交点赤经不同， 则倾角不同的卫星对不会 存在交点。 5.根据权利要求1所述的基于GPU并行计算的卫星碰撞预警方法， 其特征在于： 在所述 步骤S3中， 利用显存中的轨迹数据逐点计算卫星对在每个时刻的距离， 通过距离判断两者 是否存在接近的可能： 当存在距离小于预设的安全距离时， 记录可能发生碰撞的时间和距 离。 6.根据权利要求1所述的基于GPU并行计算的卫星碰撞预警方法， 其特征在于： 所述卫 星包括人造卫星及 在轨物体。 7.根据权利要求4所述的基于GPU并行计算的卫星碰撞预警方法， 其特征在于： 所述在 轨物体包括空间站及不 等大小的空间碎片。 8.根据权利要求1所述的基于GPU并行计算的卫星碰撞预警方法， 其特征在于： 所述碰 撞检测过程完全运行在GPU上， 并采用基于 CUDA框架进行并行计算。 9.根据权利要求1所述的基于GPU并行计算的卫星碰撞预警方法， 其特征在于： 所述卫 星的运动轨 迹是等时间步长的位置和速度 序列。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115033384 A 2基于GPU并行计算的卫星碰撞预警方 法 技术领域 [0001]本发明涉及应用天体力学和航天测控技术领域， 具体的说是涉及一种卫星碰撞预 警方法， 尤其涉及一种基于GPU并行计算的卫星碰撞预警方法。 背景技术 [0002]随着人类太空技术的发展， 越来越多的卫星被发射到太空轨道。 截止2022年6月， 在轨卫星的数量已接近5000颗。 SpaceX为了打造 “星链”卫星网， 目前已发射超过2200颗卫 星， 未来还将继续发射， 直到数量达到1.2 万颗。 在日益增多的卫星和太空碎片面前， 太空轨 道将会越来越拥堵， 发生碰撞的可能性正在增大。 通常， 卫星测控中心会持续对卫星的在轨 运行状态进 行监测， 通过对卫星和碎片的轨迹推算， 可以预测是否会 出现碰撞情况， 进而决 定是否发出碰撞预警。 主流的卫星碰撞预警系统或者类似的预警软件大多依赖于服务器 CPU多核并发能力或者多PC集群的并发计算方式， 硬件成本 造价较高。 [0003]随着GPU的计算能力和存储容量的发展， 特别是NVIDIA公司推出的CUDA并行框架 后， GPU逐渐从图形学拓展应用到其他领域。 目前， NVIDIA公司最新的1.5万元人民币左右的 GPU‑RTX3090Ti已经具有10 752个核心处理器、 1.86GHz的加速频率和24GB的显存容量。 大量 的核心处理器和高容量显存， 即使单核的计算能力相比PC稍弱， 但可以让先前需要在服务 器或者集群上运行的程序能够在单块GPU 上运行， 在保证计算效率满足实际需求的前提下， 同时极大 的降低了硬件成本。 GPU的出现无疑为卫星碰撞预警的并行预报提供了一种新的 且低成本的实现环境。 发明内容 [0004]为了克服上述缺陷， 本发明提供了一种基于GPU并行计算的卫星碰撞预警方法， 充 分利用了GPU的并行计算能力， 计算效率高， 支持大规模卫星的碰撞预警作业， 极大的降低 了预警系统的硬件成本， 适 合用来构建商业 卫星的运维管理系统。 [0005]本发明为了解决其 技术问题所采用的技 术方案是： [0006]一种基于GPU并行计算的卫星碰撞预警方法， 通过将每一对卫星的碰撞检测过程 作为一个单独的线程， 部署至GPU运行， 具体包括以下步骤： [0007]步骤S1： 利用半长轴和偏心率挑选出不存在碰撞风险的卫星对； [0008]步骤S2： 利用轨道倾角、 升交点和降交点挑选出不存在碰撞的卫星对； [0009]步骤S3： 计算卫星对的距离时间序列， 通过距离序列判断两者是否存在接近的可 能； [0010]步骤S4： 当所有线程完成计算后， 将所有卫星对的线程的碰撞计算结果从GPU的显 存传递到内存， 在CPU上汇总形成碰撞预警分析报告。 [0011]作为本发明的进一步改进， 在所述步骤1中， 利用卫星的初始时刻的轨迹数据拟合 卫星对的轨道根数， 进而根据半长轴和偏心率计算卫星的椭圆轨道的半短轴； 若一颗卫星 的椭圆轨道的半长轴小于另一颗卫星的半 短轴， 则二 者不会发生碰撞风险。说　明　书 1/3 页 3 CN 115033384 A 3