面向航天测控的基于HLA的嵌入式分布仿真平台及其实现方法技术

本发明专利技术涉及面向航天测控的基于ＨＬＡ的嵌入式分布仿真平台及实现方法，所述平台支持分布式交互仿真，能够基于ＨＬＡ／ＤＩＳ底层协议，开发到高层应用，进行多仿真平台并行运行、并能够在仿真过程中对测控环境和测控对象进行二维态势和三维虚拟环境显示、仿真过程记录和回放。该系统具体功能包括：仿真环境平台对测控环境和测控对象进行仿真；通过组件式结构，增加、替代或修改仿真引擎中的仿真实体的动力学模型、行为、传感器和对策；具有可扩展性；平台开发包具备独立于协议的应用程序接口；具有航路推算和平滑功能，使得态势仿真的画面显示更加流畅平滑；能够对实时仿真数据进行记录，以便对虚拟仿真训练的全过程的效果进行回放，分析和评估。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种面向航天测控的基于HLA的嵌入式分布仿真平台及其实现方法，属于航天测量控制
和计算机仿真

技术介绍
当今，随着空间飞行仿真系统综合化、自动化、智能化的不断发展，对仿真技术从方法到内容上都提出了更高的要求。一方面，传统的简单仿真器独立运行的仿真模式已不能满足现代航天测控系统先进性和复杂性对仿真技术及仿真环境的客观要求，从而促使仿真技术走向网络化和交互化，即从单一的性能仿真向多功能平台在作战环境下的体系对抗仿真发展另一方面，计算机和信息科学技术的迅猛发展，也使得将先进仿真技术贯穿于空间飞行仿真系统的全生命周期，即包括从需求分析和定义、概念论证、技战术指标论证、初步设计、详细设计到实验测试、维护训练等成为可能，从而大大减少了开发费用、提高了开发效率，缩短了开发周期。因此，分布仿真已成为计算机空间飞行仿真领域的前沿和热点。分布仿真的关键问题是多个仿真系统间的互操作问题，为此美国国防领域的相关组织通过大量的研究，提出了建模与仿真的高层体系结构(High Level Architecture，简称HLA)}HLA的核心思想是互操作和重用，其显著特点是通过运行支撑环境RTI(Run-Time Infrastructure)，提供通用的、相对独立的支撑服务程序，将仿真应用同底层的支撑环境分开，即将具体的仿真功能实现、仿真运行管理和底层通信传输三者分离，隐蔽了各自的实现细节，从而使各部分可以相互独立地进行开发，并能充分利用各自领域的先进技术。相对于DIS标准，HLA解决了仿真系统的灵活性和可扩充性问题，减少了网络冗余数据，并且可以将真实仿真、虚拟仿真和构造仿真集成到一个综合的仿真环境中，满足大系统的仿真需要。因此，基于HLA的分布仿真将是今后仿真发展的主要方向。但仿真系统系统开销较大，自主开发难度较高，一般的商用仿真平台解决方案针对性教强，难以适应用户的长期需求；并且现在还没有将航天测控系统的方案设计、分析评估、二/三维表现、兼容DIS和HLA等多种协议等功能的一体化嵌入式分布仿真平台及其实现方法。
技术实现思路
本专利技术提出一种面向航天测控的基于HLA的嵌入式分布仿真平台及其实现方法，通过该方法建立的嵌入式分布仿真平台，解决了HLA中实现多平台、多协议联邦互连的关键技术，给出了解决互操作问题的方案，即采用桥接成员实现多联邦互连的方法，对桥接成员进行了原型设计和具体实现。并针对不同用户的需求和软硬件使用环境，实现基于多种配置文件的嵌入式仿真平台，有效地降低了用户的系统开销，提高了系统的执行效率和解决方案的针对性。在此基础上，通过结合不同任务的需求，实现集设计、分析、仿真、验证和强大数据功能于一体的测控任务数字化平台。利用该平台可以实现测控任务的全数字化、快速化、可视化以及多功能性，为测控任务设计方案的优选、优化、演示和验证提供基础。技术解决方案本专利技术的技术解决方案面向航天测控的基于HLA的嵌入式分布仿真平台，用于在HLA仿真标准的基础上，实现嵌入式分布仿真平台，其特征在于包括嵌入式仿真平台，与空间飞行试验任务紧密结合，嵌入式仿真模块包括1)、1、通过完成靶场及航区地形地貌环境仿真、效应环境仿真完成综合自然环境生成系统；2、结合完成具备标准化和实时交互特性的基于复杂度的运载火箭、测控设备、重要设施、卫星模型的建立，以及光学、雷达、遥测信号的仿真设计，进而反映整个航天测控系统对综合自然环境、天线参数、目标属性等的敏感性，从而形成航天测控网环境生成系统，使整个系统具备置信度较高的空间态势感知能力；以二/三维天地一体建模仿真态势、三维实时飞行场景、数据、表格、图像等多种支撑手段完成了飞行器及航天器重要参数、性能指标的验证、表现、评估，实时准确地实现了飞行器的飞行状况、轨迹、星下点轨迹以及卫星的飞行状况；为试验指挥人员分析、评判、决策提供一个技术先进、功能比较完善的验证、实施和评估平台。分布实时控制接口，主要分为数据接收处理和管理控制两大功能模块。数据接收处理模块主要负责接收处理遥、外测数据，并通过平滑、滤波、插值加密等处理后按照仿真引擎的命令格式要求发送到嵌入式仿真平台，因此数据接收处理进程可分为数据接收、数据处理、数据发送三个功能部件。管理控制模块主要是为用户提供视点选择、显示控制等控制命令，同时提供相关应急操作命令。在系统仿真过程中如果出现异常时，为最大程度保障仿真仿真过程的继续进行，需要设置一个应急控制进程。基于HLA规范的仿真支撑平台(XC-RTI)，主要通过声明管理、对象管理、时间管理、数据分发管理实现。声明管理的实现在FedExec中，FedDM模块提供了所有联邦成员的基于对象类和交互类的声明管理信息。FedDM从FOM文件中读取联邦执行数据(Federation Execution Data FED)信息，同时接收每一成员的声明管理调用，对FOM中的每一对象类及其属性和交互类记录成员的公布/订购信息。这样可以确定每一成员对对象类和交互类的供需状态。对象管理的实现在FedExec中，FedObjM模块维护了联邦中每一对象实例的记录，同时也维护着每一实例属性的所有权信息。成员的所有对象实例都通过LRC进行注册，LRC将实例名称和句柄发送给FedExec用以备份，再让订购该对象类的成员发现该实例。因为每一LRC知道哪些成员订购了它的成员所公布的类和属性，以及每一属性的订购域；当成员注册了一个对象实例，LRC应当通知订购域和更新域重叠的订购成员发现该对象实例，并且对于订购了尽力传输属性的成员，LRC指示其加入相应的组播组。当成员更新实例属性时，对于可靠传输，LRC将使用TCP连接把数据发送给订购成员；当使用UDP进行尽力传输时，LRC直接将数据发往相应的组播组，因为订购成员已经加入该组播组，这样就可以反射到属性值。因为LRC同时维护着基于类和基于值的过滤信息，可以确定任意给定的对象类、交互类的接收成员和组播组。时间管理它的算法和效率对整个联邦的性能及仿真结果的可信性都是至关重要的。HLA允许有不同时间管理策略的成员，如保守的和乐观的，实时的和非实时的，时间步进的和事件驱动的，能够运行在同一个联邦中。这就使得RTI的时间管理比较复杂，难以实现。在FedExec中，FedTM模块提供了所有的时间管理服务。当一个成员请求时间推进，LRC将向FedExec发送该请求，FedTM检查所有成员的时间状态，为每一成员计算时戳下限(LBTS)，向适当的成员发送时间推进许可。请求的成员在收到该许可之前不能推进它的逻辑时间。数据分发管理DDM是RTI中的一项关键技术，它提供了一组用于减少不相关数据的发送和接收的服务。DDM服务允许数据的发出者规定其数据的特性，以及数据的使用者规定其数据需求。当特性和需求相匹配时，数据就从发出者分发到使用者。有益效果本专利技术与现有技术相比具有的有益效果是软件的可靠性、稳定性由于软件要应用到航天指挥决策系统，而且要用在实时飞行当中，所以软件的可靠性和稳定性是至关重要的。系统具有较强的容错性，要在整个飞行过程中作到不间断、并且具有一定的异常处理能力。调试的方便性软件的编制要在多个不同数据输入系统中进行调试，由于软件本身系统数据接口要与实时测控数据连接，而不同任务类型的数据接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向航天测控的基于ＨＬＡ的嵌入式分布仿真平台，用于在ＨＬＡ仿真标准的基础上，实现嵌入式分布仿真平台，其特征在于包括一下部分：１）、嵌入式仿真平台：与空间飞行试验任务紧密结合，通过完成靶场及航区地形地貌环境仿真、效应环境仿真完成综合自然环境生成系统；结合完成具备标准化和实时交互特性的基于复杂度的运载火箭、测控设备、重要设施、卫星等模型的建立，以及光学、雷达、遥测信号的仿真设计，进而反映整个航天测控系统对综合自然环境、天线参数、目标属性等的敏感性，从而形成航天测控网环境生成系统，使整个系统具备置信度较高的空间态势感知能力；２）、分布实时控制接口：包括数据接收处理和管理控制两大功能模块，其中数据接收处理模块用于接收处理遥、外测数据，并通过平滑、滤波、插值加密等处理后按照仿真引擎的命令格式要求发送到嵌入式仿真平台，所述数据接收处理进程分为数据接收、数据处理、数据发送三个功能部件，管理控制模块用于为用户提供视点选择、显示控制等控制命令，同时提供相关应急操作命令；３）、基于ＨＬＡ规范的仿真支撑平台：主要通过声明管理、对象管理、时间管理、数据分发管理实现。

【技术特征摘要】
1.一种面向航天测控的基于HLA的嵌入式分布仿真平台，用于在HLA仿真标准的基础上，实现嵌入式分布仿真平台，其特征在于包括一下部分1)、嵌入式仿真平台与空间飞行试验任务紧密结合，通过完成靶场及航区地形地貌环境仿真、效应环境仿真完成综合自然环境生成系统；结合完成具备标准化和实时交互特性的基于复杂度的运载火箭、测控设备、重要设施、卫星等模型的建立，以及光学、雷达、遥测信号的仿真设计，进而反映整个航天测控系统对综合自然环境、天线参数、目标属性等的敏感性，从而形成航天测控网环境生成系统，使整个系统具备置信度较高的空间态势感知能力；2)、分布实时控制接口包括数据接收处理和管理控制两大功能模块，其中数据接收处理模块用于接收处理遥、外测数据，并通过平滑、滤波、插值加密等处理后按照仿真引擎的命令格式要求发送到嵌入式仿真平台，所述数据接收处理进程分为数据接收、数据处理、数据发送三个功能部件，管理控制模块用于为用户提供视点选择、显示控制等控制命令，同时提供相关应急操作命令；3)、基于HLA规范的仿真支撑平台主要通过声明管理、对象管理、时间管理、数据分发管理实现。2.一种如权利要求1所述一种面向航天测控的基于HLA的嵌入式分布仿真平台的实现方法，其特征是所述嵌入式仿真平台的实现包括以二/三维天地一体建模仿真态势、三维实时飞行场景、数据、表格、图像等多种支撑手段完成了飞行器及航天器重要参数、性能指标的验证、表现、评估，实时准确地实现了飞行器的飞行状况、轨迹、星下点轨迹以及卫星的飞行状况；分布实时控制接口的设置包括设置一个应急控制进程；所述基于HLA规范的仿真支撑平台的实现包括1)、所述声明管理的实现在FedExec中，FedDM模块提供了所有联邦成员的基于对象类和交互类的声明管理信，FedDM从FOM文件中读取联邦执行数据(Federation Execution Data FED)信息，同时接收每一成员的声明管理调用，对FOM中的每一对象类及其属性和交互类记录成员的公布/订购信息，这样可以确定每一成员对对象类和交互类的供需状态；2)、对象管理的实现在FedExec中，FedObjM模块维护了联邦中每一对象实例的记录，同时也维护着每一实例属性的所有权信息；成员的所有对象实例都通过LRC进行注册，LRC将实例名称和句柄发送给FedExec用以备份，再让订购该对象类的成员发现该实例，当成员注册了一个对象实例，LRC应当通知订购域和更新域重叠的订购成员发现该对象实例，并且对于订购了尽力传输属性的成员，LRC指示其加入相应的组播组；当成员更新实例属性时，对于可靠传输，LRC将使用TCP...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成国，祁飞，常呈武，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三七九一部队，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]