基于HLA的空间网络可视化仿真系统及仿真方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于HLA的空间网络可视化仿真方法及仿真系统。本发明专利技术的特点在于根据空间任务的网络模型建立空间网络联邦，提出了新的基于空间网络的可视化仿真方案，各网络节点的信息交互采用HLA/RTI分布式体系结构和仿真流程，并引入MATLAB数值仿真和数据分析作为数值计算联邦成员，以及引入数据库连接数据采集联邦成员，利用STK/VO技术作STK联邦成员的整体场景模拟，利用STKX组件技术将STK的二维/三维显示控件无缝隙的集成在仿真应用程序，与仿真任务相结合完成空间网络的可视化仿真，不仅可以对仿真的场景和过程有直观、准确的了解，而且对仿真的任务和数据有更直接的表现方式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于HLA的空间网络可视化仿真系统及仿真方法。
技术介绍
随着空间网络的发展，利用仿真软件模拟空间网络完成空间探测任务，以及验证空间通信协议及编码技术等已经受到了国内外的高度重视。但是目前还没有一个全能型的仿真软件可以同时实现空间网络可视化的模拟，如在仿真空间网络传输层协议的同时，可以进行可视化的空间传输任务。首先，空间网络仿真是一个数据量巨大的融合性非常强的仿真过程。由于空间网络是由各种轨道卫星、遥感器组成的具有通信、导航等功能的集合体，不同的数据信息需要进行区分和融合，因此空间网络仿真需要对数据具有相当大的融合能力和处理功能。在模拟空间通信传输，进行混合环境测试和评估时，需要对空间网络仿真进行细节捕捉，特点分析，由于空间网络环境、通信链路等多方面因素，使得空间网络仿真的动态效果极其困难，使得可视化的技术无法直接集成。其次，由于空间网络动态拓扑结构变化不定，现有的仿真软件无法模拟事实拓扑结构以及拓扑结构变化等相关信息，很难看出空间网络协议的仿真结果以及空间网络通信探测任务的传输情况，对于复杂的、随机的、和动态的真实系统的仿真很难进行建模和动态分析。由此可以看出，空间网络空间进行仿真的难点不仅在于建立轨道和行星的运动学模型，还包括对链路工程模型，网络拥塞模型以及空间通信协议模型的仿真。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于HLA的空间网络可视化仿真方法，包括以下步骤， A、根据实际需要仿真的场景设计空间网络传输模型以进行信息传输； B、根据空间网络传输模型，设计各个联邦成员以及各联邦成员对象； C、采用多台计算机进行同步仿真，各台计算机分别执行各个联邦成员的应用程序，并根据协议及路由算法采用多跳式的信息传输； D、对空间网络的各个应用程序进行可视化的分析与设计。进一步改进为，所述步骤A中，空间网络结构拓扑为动态，通过动态的路由方案进行信息传输。进一步改进为，所述步骤A中，把空间网络可以接收或者发送的空间设备和地面设备都当作空间网络的仿真的各个网络节点。进一步改进为，所述步骤B中，把空间子网与联邦成员相对应；把空间网络节点与一个联邦成员的对象实例相对应，根据不同性质的空间网络节点抽象成不同的对象类，不同性质的空间网络节点之间的信息交换抽象成不同的交互类。进一步改进为，所述步骤C中，信息传输是网络节点间的信息交互，每一个应用程序代表的联邦成员由不同网络节点组成，各网络节点可同时进行信息的发送和接收。进一步改进为，所述步骤D包括数据处理单元可视化、仿真场景可视化、操作管理可视化。进一步改进为，空间网络联邦包括各空间子网联邦成员、数值仿真联邦成员、场景仿真联邦成员、数据采集联邦成员和操作管理联邦成员，各联邦成员之间的数据通信采用HLA高层体系结构总线,数值仿真联邦成员采用Matlab/Simulink建立仿真和计算模型,场景仿真联邦成员采用STK/V0技术在STK软件上直接输出空间网络场景，数据采集联邦成员设有数据处理单元并建立仿真数据库，操作管理联邦成员采用MFC构建以实现用户操作和系统管理。进一步改进为，所述数据处理单元可视化分为动画数据处理可视化和统计数据处理可视化，所述动画数据处理主要由数值仿真联邦成员实现，所述统计数据处理可视化由各空间子网联邦成员的进行数据统计以图形或字符串在应用程序上呈现，所述仿真场景可视化分为STK/V0的场景可视化和利用STKX组件技术的仿真对象可视化，所述STK/V0可视化由场景仿真联邦成员利用STK软件直接进行场景输出，所述仿真对象可视化为各空间子网联邦成员利用STKX组件技术实时动态的进行各对象显示，所述操作管理可视化分为用户操作可视化和系统管理可视化。进一步改进为，所述数值仿真联邦成员和场景仿真联邦成员均可利用STK/Connect命令通过HLA总线发送给各空间子网联邦成员，各空间子网联邦成员处理命令利用STKX组件实现仿真对象的可视化。进一步改进为，所述场景仿真联邦成员发送的场景相关数据给其他空间子网联邦成员以及数值仿真联邦成员。相较于现有技术，本专利技术的特点在于根据空间任务的网络模型建立空间网络联邦，提出了新的基于空间网络的可视化仿真方案，各网络节点的信息交互采用HLA/RTI分布式仿真的架构和仿真流程，并引入MATLAB数值仿真和数据分析作为数值计算联邦成员，以及引入数据库作连接数据采集联邦成员，利用STK/V0技术作STK联邦成员的整体场景模拟，利用STKX组件技术将STK的二维/三维显示控件无缝隙的集成在仿真应用程序，与仿真任务相结合完成空间网络可视化仿真，不仅可以对仿真的场景和过程有直观、准确的了解，而且对仿真的任务和数据有更直接的表现方式。附图说明图I是本专利技术的带中继的空间网络拓展模型示意图。图2是本专利技术的空间网络联邦对象模型设计示意图。图3是本专利技术的基于HLA空间网络应用程序架构示意图。图4是本专利技术的空间网络可视化结构示意图。图5是本专利技术的空间网络仿真方案技术架构示意图。图6是本专利技术的STKX可视化仿真流程示意图。图7是本专利技术的MATLAB与RTI的交互关系示意图。图8是本专利技术的VC应用程序与数据库交互关系示意图。图9是本专利技术的STK与RTI的交互关系示意图。图10是本专利技术的STKX组件与RTI交互关系示意图。具体实施例方式下面结合附图说明及具体实施方式对本专利技术进一步说明。请参阅图I至图10，本专利技术提供了一种适合任何空间网络场景的基于HLA的空间网络可视化仿真系统及仿真方法。一种基于HLA的空间网络可视化仿真方法，包括以下步骤 I、根据实际需要仿真的场景设计空间网络传输模型。如图I所示，把空间网络可以接收或者发送的空间设备和地面设备都当作空间网络的仿真的各个网络节点，进行空间网络通信时，一般信息数据是由一个源节点(SI或S2)经过多个网络节点发往一个目的节点(C)或多个目的节点。信息传输是通过动态的路由方案，本专利技术中不对路由算法进行设计，只是对现有的路由算法或者传输方案进行可视化的仿真。例如，在对月球进行空间任务和探索时，S1、S2为月球登陆器(一个着陆器和一个月球车)可以在链路通的时候把照片、光谱信息和系统状态等数据传送给月球中继卫星Rl或R2 ;三个地面站D1、D2、D3可以接收任意中继卫星发送的信息，最后三个地面站再整合信息传送到地面控制中心。2、根据空间网络传输模型，设计联邦成员以及对象实例。基于HLA空间网络仿真的对象模型设计是，把空间子网与联邦成员相对应；把空间网络节点与一个联邦成员的对象实例相对应。根据不同性质的空间节点抽象成不同的对象类,不同性质的空间节点之间的信息交换抽象成不同的交互类。如图2所示，将空间网络看成由多个子网络组成，整个空间网络看成是一个联邦，每一个子网络构成空间网络仿真的联邦成员。一个空间子网可以由一个或多个空间网络节点组成，即一个联邦成员可以由一个或多个对象类组成。把每一个网络节点抽象为一个对象类的实例，空间网络的信息传输是由节点组成的多跳式传输，各个节点都有可能参与到信息传输的过程中，因此不同的对象类之间设计不同的交互类进行各个网络节点的信息传输。3、基于HLA的分布式空间网络仿真的应用程序如图3所示，采用多台计算机进行同步仿真，各台计算机分别执行各个联邦成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于HLA的空间网络可视化仿真方法，其特征在于：包括以下步骤，A、根据实际需要仿真的场景设计空间网络传输模型以进行信息传输；B、根据空间网络传输模型，设计各个联邦成员以及各联邦成员对象；C、采用多台计算机进行同步仿真，各台计算机分别执行各个联邦成员的应用程序，并根据协议及路由算法采用多跳式的信息传输；D、对空间网络的各个应用程序进行可视化的分析与设计。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张钦宇，杨志华，焦健，高嵩巍，李红兵，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：