一种无人机数据链可靠性的仿真系统设计方法技术方案

本发明专利技术提供了一种无人机数据链可靠性的仿真系统设计方法，涉及数据链仿真领域，通过建立各要素模型库，并利用MFC的交互式界面窗口，实现无人机、地面站、干扰源要素属性的快速配置，建立动态的复杂电磁环境仿真过程，本发明专利技术动态展示无人机数据链的性能水平，相比于外场实际飞行测试，该系统提高了仿真的效率，动态展示多元复杂电磁环境的同时，还可以在短时间内迅速对数据链性能水平完成解算，本发明专利技术的仿真系统基本准确地完成了对无人机数据链所面临的特定场景下的干扰分析，也为数据的进一步挖掘提供了有力的支撑，具有一定的灵活性和高效性。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机数据链可靠性的仿真系统设计方法
本专利技术涉及数据链仿真领域，尤其是一种仿真设计方法。
技术介绍
文献“基于VC++的空间电磁环境仿真软件，微计算机信息，2005，Vol.21(8-3)，p112-p113”公布了一种基于VC++的空间电磁环境仿真软件系统，该系统根据现代雷达信号调制复杂、参数多变以及日益密集的特点，在用射频脉冲模型对雷达接收机所处环境进行描述的基础上，利用脉冲描述字(PulseDescriptionWord，PDW)来描述接收信号的特征和雷达信号的技术特性；以VC++语言为编程设计平台，设计并实现了脉冲描述字中六个参数的数学模型，仿真得到了雷达电磁信号处理输出的全脉冲仿真实验数据。该文献所述方法在对模块对象设计并封装时，只考虑了雷达接收机特性，分析对象不够全面；另外在系统仿真时，也只关注于脉冲描述字的参数特性，没有体现出复杂电磁环境中存在的多种干扰体制。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，解决现有仿真系统设计并未考虑到数据链面临的复杂电磁环境的影响效应，本专利技术提出了一种基于VC++的复杂电磁环境下无人机数据链仿真系统设计方法，该系统在构建复杂电磁环境场景的基础上，建立电磁环境中多种信号模型库和传播模型库，通过在场景界面中对各要素位置、航迹等参数的设置，实现多元动态的复杂电磁环境再现，同时求解数据链系统性能参数，包括信干比、可靠度、失效率等。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：步骤一：建立各要素模型库复杂电磁环境下的数据链系统主要包括场景设置模块、模型库模块、数据计算模块和人机交互界面模块，其中场景设置模块对测控信号和各干扰信号源的参数进行输入和设置，主要包括信号源名称、信号数量和体制、信号频率、天线增益、信号发射功率、传播环境参数及信号源运动参数，利用MFC类库中CDialog对话框类的DoModal()函数创建相应的参数设置对话框，在对话框中利用C++界面控件直接拖拽添加编辑框与组合框作为参数输入入口，利用GetItemText函数可以获取编辑框中的输入并赋值于变量且保存；模型库模块用来展示存在于复杂电磁环境中的信号的频率、波形和幅度值及相应传播模型衰减特性；数据计算模块根据场景设置模块中输入设置的信号频率、天线增益以及信号发射功率，再根据无人机、地面站、干扰源的位置坐标计算接收机处的各信号经过衰减后到达接收机天线口面的功率值，以及测控链路信号功率与干扰信号功率和的比值为信干比；人机交互界面模块加载动态场景信息，接收命令输入和显示仿真计算结果；建立对应模型库的具体步骤如下：步骤1.1：通过MATLAB软件，编写各种通信电磁信号的生成函数和环境传播特性函数，以信号数学模型S(t)和传播特性函数L(f)为生成代码，并将S(t)利用T2F函数做傅里叶变换得到信号的频域表达F(w)，再将整体代码封装为function函数形式，以频率f和幅度A为输入参数，添加MATLAB中subplot函数作为画出信号和传播特性函数图形的命令，并以m文件保存运行，得到各种电磁信号的时域波形图、频域频谱图和传播衰减特性图，展示信号的波形、幅度及频率特点和传播环境衰减变化曲线；步骤1.2：将步骤1.1中封装完成的信号生成函数和传播特性函数的m文件在MATLAB中利用mcc-Bcpplib命令编译生成C++语言格式的动态链接库dll文件和h头文件，添加至仿真软件工程目录下；步骤1.3：在人机交互界面利用C++界面控件添加组合框，利用CComBox类库中Addstring函数添加不同要素的名称文本以供选择，在组合框旁边添加按钮Button控件，在该控件对应的响应代码中，利用GetItemText函数获取选择的信号类型，调用步骤1.2中生成的h头文件中的函数命令，即可运行生成函数弹出生成的信号图及传播特性图；步骤二：构建多元、多维电磁环境利用MFC的交互式界面窗口，实现无人机、地面站、干扰源要素属性的快速配置；步骤2.1：创建山区、城区和海面的测试环境场景，通过添加作战单元符号和鼠标选取拖拽的方式，实现多元场景中作战单元要素，即无人机、地面站和干扰源的快速放置：通过CRect类的Create函数建立正视图和俯视图两个区域，将背景图片添加到工程，利用CRect和CPaintDC类的响应函数实现图片的加载，从而展现三维的作战背景；通过CRect类中Create函数在界面最右边创建作战单元符号区域，并放置所需设置要素的图片，分别为无人机、地面站和干扰源以及传播模型；利用鼠标操作响应函数OnLButtunDown和OnLButtunDblClk实现对无人机、地面站和干扰源的添加和选择，利用OnMouseMove函数实现要素的拖拽放置；步骤2.2，对多元场景中各要素的属性参数进行输入设置，通过鼠标右键消息函数OnRButtunDown弹出菜单列表Menu，选择相应菜单项并弹出对话框，在相应编辑框Edit位置输入各个信号源的发射功率、中心频率、天线增益及运动速度和加速度；根据实际场景和任务剖面绘制作战单元运行轨迹，即利用MFC画线函数CDC类中的MoveTo和LineTo函数双击图片位置画线，即规定航迹；根据步骤2.1中创建的三个测试环境场景，点击步骤2.1中作战单元符号区域中的传播模型图片，在鼠标消息响应函数OnLButtonDown中添加CDialog类的DoModal()函数，弹出传播模型选择对话框，选择相应的传播模型，即山区场景对应Egli模型、城区场景对应Okumura模型、海上场景对应海面传播模型，为后续计算确定程序中调用的传播模型；步骤三：动态的复杂电磁环境仿真步骤3.1：明确系统中的坐标转换，窗口显示的场景为设备逻辑坐标即显示屏的像素点坐标，在步骤二中的程序中分别设定x、y、z三个方向的比例尺变量分别为fxratio、fyratio和fzratio，该比例尺变量值自由设定，即在步骤2.1中创建正视图和俯视图区域时，Create函数中设定区域大小的长宽高分别为a、b、c，正视图和俯视图区域的坐标为设备的逻辑坐标，步骤2.1中所述测试环境场景的实际区域大小分别为A、B、C，则fxratio＝A/a、fyratio＝B/b、fzratio＝C/c，在计算各要素距离时首先利用代码plane.x、plane.y、plane.z得到无人机逻辑坐标，再将该坐标乘以相应比例尺即可转换为大地坐标系，按此步骤对无人机、地面站和干扰源的坐标进行转换；步骤3.2：设定定时器的事件和步进时长，在MFC工程中利用OnTimer方法和SetTimer方法设置，其中OnTimer方法中规定要循环执行的事件casei，在需要执行定时器事件的代码处添加SetTimer(i,t，NULL)即可执行第i个事件，其中SetTimer函数的第一个参数i对应OnTimer中的事件序号i，第二个参数t代表循环执行时间，单位为毫秒，第三个参数默认为NULL；无人机在仿真开始后按照无人机实际飞行速度与加速度运动，在正视图与俯视图区域窗口中移动至下一个仿真节拍点，该节拍点利用自己定义的GetNextPoint函数，即根据无人机的速度和加速度，计算出在循环执行时间内无人机的飞行距离，除以比例尺即可换算为逻辑坐标距离，根据原点坐标计算经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机数据链可靠性的仿真系统设计方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一：建立各要素模型库复杂电磁环境下的数据链系统主要包括场景设置模块、模型库模块、数据计算模块和人机交互界面模块，其中场景设置模块对测控信号和各干扰信号源的参数进行输入和设置，主要包括信号源名称、信号数量和体制、信号频率、天线增益、信号发射功率、传播环境参数及信号源运动参数，利用MFC类库中CDialog对话框类的DoModal()函数创建相应的参数设置对话框，在对话框中利用C++界面控件直接拖拽添加编辑框与组合框作为参数输入入口，利用GetItemText函数可以获取编辑框中的输入并赋值于变量且保存；模型库模块用来展示存在于复杂电磁环境中的信号的频率、波形和幅度值及相应传播模型衰减特性；数据计算模块根据场景设置模块中输入设置的信号频率、天线增益以及信号发射功率，再根据无人机、地面站、干扰源的位置坐标计算接收机处的各信号经过衰减后到达接收机天线口面的功率值，以及测控链路信号功率与干扰信号功率和的比值为信干比；人机交互界面模块加载动态场景信息，接收命令输入和显示仿真计算结果；建立对应模型库的具体步骤如下：步骤1.1：通过MATLAB软件，编写各种通信电磁信号的生成函数和环境传播特性函数，以信号数学模型S(t)和传播特性函数L(f)为生成代码，并将S(t)利用T2F函数做傅里叶变换得到信号的频域表达F(w)，再将整体代码封装为function函数形式，以频率f和幅度A为输入参数，添加MATLAB中subplot函数作为画出信号和传播特性函数图形的命令，并以m文件保存运行，得到各种电磁信号的时域波形图、频域频谱图和传播衰减特性图，展示信号的波形、幅度及频率特点和传播环境衰减变化曲线；步骤1.2：将步骤1.1中封装完成的信号生成函数和传播特性函数的m文件在MATLAB中利用mcc‑B cpplib命令编译生成C++语言格式的动态链接库dll文件和h头文件，添加至仿真软件工程目录下；步骤1.3：在人机交互界面利用C++界面控件添加组合框，利用CComBox类库中Addstring函数添加不同要素的名称文本以供选择，在组合框旁边添加按钮Button控件，在该控件对应的响应代码中，利用GetItemText函数获取选择的信号类型，调用步骤1.2中生成的h头文件中的函数命令，即可运行生成函数弹出生成的信号图及传播特性图；步骤二：构建多元、多维电磁环境利用MFC的交互式界面窗口，实现无人机、地面站、干扰源要素属性的快速配置；步骤2.1：创建山区、城区和海面的测试环境场景，通过添加作战单元符号和鼠标选取拖拽的方式，实现多元场景中作战单元要素，即无人机、地面站和干扰源的快速放置：通过CRect类的Create函数建立正视图和俯视图两个区域，将背景图片添加到工程，利用CRect和CPaintDC类的响应函数实现图片的加载，从而展现三维的作战背景；通过CRect类中Create函数在界面最右边创建作战单元符号区域，并放置所需设置要素的图片，分别为无人机、地面站和干扰源以及传播模型；利用鼠标操作响应函数OnLButtunDown和OnLButtunDblClk实现对无人机、地面站和干扰源的添加和选择，利用OnMouseMove函数实现要素的拖拽放置；步骤2.2，对多元场景中各要素的属性参数进行输入设置，通过鼠标右键消息函数OnRButtunDown弹出菜单列表Menu，选择相应菜单项并弹出对话框，在相应编辑框Edit位置输入各个信号源的发射功率、中心频率、天线增益及运动速度和加速度；根据实际场景和任务剖面绘制作战单元运行轨迹，即利用MFC画线函数CDC类中的MoveTo和LineTo函数双击图片位置画线，即规定航迹；根据步骤2.1中创建的三个测试环境场景，点击步骤2.1中作战单元符号区域中的传播模型图片，在鼠标消息响应函数OnLButtonDown中添加CDialog类的DoModal()函数，弹出传播模型选择对话框，选择相应的传播模型，即山区场景对应Egli模型、城区场景对应Okumura模型、海上场景对应海面传播模型，为后续计算确定程序中调用的传播模型；步骤三：动态的复杂电磁环境仿真步骤3.1：明确系统中的坐标转换，窗口显示的场景为设备逻辑坐标即显示屏的像素点坐标，在步骤二中的程序中分别设定x、y、z三个方向的比例尺变量分别为fxratio、fyratio和fzratio，该比例尺变量值自由设定，即在步骤2.1中创建正视图和俯视图区域时，Create函数中设定区域大小的长宽高分别为a、b、c，正视图和俯视图区域的坐标为设备的逻辑坐标，步骤2.1中所述测试环境场景的实际区域大小分别为A、B、C，则fxratio＝A/a、fyratio＝B/b、fzratio＝C/c，在计算各要素距离时...

【技术特征摘要】
1.一种无人机数据链可靠性的仿真系统设计方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一：建立各要素模型库复杂电磁环境下的数据链系统主要包括场景设置模块、模型库模块、数据计算模块和人机交互界面模块，其中场景设置模块对测控信号和各干扰信号源的参数进行输入和设置，主要包括信号源名称、信号数量和体制、信号频率、天线增益、信号发射功率、传播环境参数及信号源运动参数，利用MFC类库中CDialog对话框类的DoModal()函数创建相应的参数设置对话框，在对话框中利用C++界面控件直接拖拽添加编辑框与组合框作为参数输入入口，利用GetItemText函数可以获取编辑框中的输入并赋值于变量且保存；模型库模块用来展示存在于复杂电磁环境中的信号的频率、波形和幅度值及相应传播模型衰减特性；数据计算模块根据场景设置模块中输入设置的信号频率、天线增益以及信号发射功率，再根据无人机、地面站、干扰源的位置坐标计算接收机处的各信号经过衰减后到达接收机天线口面的功率值，以及测控链路信号功率与干扰信号功率和的比值为信干比；人机交互界面模块加载动态场景信息，接收命令输入和显示仿真计算结果；建立对应模型库的具体步骤如下：步骤1.1：通过MATLAB软件，编写各种通信电磁信号的生成函数和环境传播特性函数，以信号数学模型S(t)和传播特性函数L(f)为生成代码，并将S(t)利用T2F函数做傅里叶变换得到信号的频域表达F(w)，再将整体代码封装为function函数形式，以频率f和幅度A为输入参数，添加MATLAB中subplot函数作为画出信号和传播特性函数图形的命令，并以m文件保存运行，得到各种电磁信号的时域波形图、频域频谱图和传播衰减特性图，展示信号的波形、幅度及频率特点和传播环境衰减变化曲线；步骤1.2：将步骤1.1中封装完成的信号生成函数和传播特性函数的m文件在MATLAB中利用mcc-Bcpplib命令编译生成C++语言格式的动态链接库dll文件和h头文件，添加至仿真软件工程目录下；步骤1.3：在人机交互界面利用C++界面控件添加组合框，利用CComBox类库中Addstring函数添加不同要素的名称文本以供选择，在组合框旁边添加按钮Button控件，在该控件对应的响应代码中，利用GetItemText函数获取选择的信号类型，调用步骤1.2中生成的h头文件中的函数命令，即可运行生成函数弹出生成的信号图及传播特性图；步骤二：构建多元、多维电磁环境利用MFC的交互式界面窗口，实现无人机、地面站、干扰源要素属性的快速配置；步骤2.1：创建山区、城区和海面的测试环境场景，通过添加作战单元符号和鼠标选取拖拽的方式，实现多元场景中作战单元要素，即无人机、地面站和干扰源的快速放置：通过CRect类的Create函数建立正视图和俯视图两个区域，将背景图片添加到工程，利用CRect和CPaintDC类的响应函数实现图片的加载，从而展现三维的作战背景；通过CRect类中Create函数在界面最右边创建作战单元符号区域，并放置所需设置要素的图片，分别为无人机、地面站和干扰源以及传播模型；利用鼠标操作响应函数OnLButtunDown和OnLButtunDblClk实现对无人机、地面站和干扰源的添加和选择，利用OnMouseMove函数实现要素的拖拽放置；...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭淑霞，耿岩，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61