(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 202210409337.2 (22)申请日 2022.04.19 (71)申请人 中国科学院计算 技术研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村科 学院 南路6号 (72)发明人 刘子凡　曹欢　陈岩　石晶林　 (74)专利代理 机构 北京泛华伟业知识产权代理 有限公司 1 1280 专利代理师 王勇 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 9/50(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种采用数值法进行卫星轨道预测的异构 并行计算方法 (57)摘要 本发明的一种采用数值法进行卫星轨道预 测的异构并行计算方法， 基于CUDA架构的CPU+ GPU构成的异构环境， 所述方法包括如下步骤： S1、 调用CPU执行采用数值法计算卫星轨道所需 的参数初始化， 包括初始化轨道计算的环境和计 算目标信息、 轨道时间坐标系和地理坐标系的转 化； S2、 调用GP U基于CPU初始化的参数、 使用数值 法并行计算所有卫星的轨道数据。 本发明通过将 与卫星位置 无关的计算过程 分离出来由CPU 来执 行一次运算， 并将结果以参数的方式传入GPU进 行轨道并行计算， 使 得摄动力求解过程中减少了 大量的重复计算， 降低了整个计算过程的计算 量， 同时也降低了摄动力运算过程并行化的难 度。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114722617 A 2022.07.08 CN 114722617 A 1.一种采用数值法进行卫星轨道预测的异构并行计算方法， 其中， 所述方法基于CUDA 架构的CPU+GPU构成的异构环境， 其特 征在于， 所述方法包括如下步骤： S1、 调用CPU执行采用数值法计算卫星轨道所需的参数初始化， 包括初始化轨道计算的 环境和计算目标信息、 轨道时间坐标系和地理坐标系的转 化； S2、 调用GPU基于 CPU初始化的参数、 使用数值法并行计算所有卫星的轨道数据。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述 步骤S1中， CPU执 行如下步骤： S11、 获取巨型星座仿真对应的卫星数据， 读取卫星数量、 每颗卫星的初始位置、 卫星质 量、 阻力系数、 预测起始时刻、 预测结束时刻； S12、 获取巨型星座仿真文件中与计算摄动力相关的数据； S13、 将每颗卫星的坐标数据进行坐标系转换， 以将其转换到轨道计算过程所要求的坐 标系下； S14、 由CPU完成内存初始化以给 所有卫星分配存 储其相关数据的存 储空间； S15、 卫星摄动力参数计算初始化， 包括计算所有卫星当前时刻的位置、 地球引力系数、 岁差章动矩阵、 参 考系转换矩阵并传输 到GPU中。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特 征在于， 所述 步骤S14中包括： 申请GPU全局显存用于存 储GPU运算过程中所需要的数据； 申请CPU内存用于存储GPU运算获得的卫星轨道数据， 其中， 内存大小为(double) ×6× Nsat， 其中Nsat为巨型星座中的卫星数量， double为数据类型。 4.根据权利 要求3所述的方法， 其特征在于， 所述步骤S2包括调用GPU时， 为每个卫星分 配一个线程并在预测 起始时刻至预测结束时刻中的每一个时刻由所有线程并行执行如下 步骤： S21、 以CPU初始化的摄动力参数为输入， 使用数值法并行计算 卫星的摄动力； S22、 基于步骤S2 1计算获得的卫星的摄动力， 获得卫星基于数值法的加速度微分方程， 并对微分方程进行求 解得到卫星下一时刻的速度和位置向量并存 入GPU内存中。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 所述步骤S22中， 采用四阶龙格库塔方法对 微分方程进行求 解。 6.根据权利要求 4所述的方法， 其特 征在于， 所述方法还 包括如下步骤： S3、 所有线程完成轨道计算后， 由CPU从GPU显存中读取所有卫星的轨道计算结果并存 入CPU为其分配的内存中。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特 征在于， 所述方法还 包括如下步骤： S4、 由CPU将卫星轨道数据写入仿真文件， 并释放为轨道计算分配的显存空间和内存空 间。 8.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 在所述CUDA架构中， 每个线程块的线程数 为32的整数倍， 且线程 块的个数设置为： (Nsat‑1)/32*n+1 其中， 32*n表示每 个线程块的线程数。 9.根据权利要求8所述的方法， 其特 征在于， 所述每 个线程块的线程数为128。 10.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 其上存储有计算机程序， 所述计算机程序 可被处理器执行以实现权利要求1至9任一所述方法的步骤。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114722617 A 211.一种电子设备， 其特 征在于， 包括： 一个或多个处 理器； 存储装置， 用于存储一个或多个程序， 当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理 器执行时， 使得 所述电子设备实现如权利要求1至9中任一项所述方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114722617 A 3