基于HLA的空間網(wǎng)絡(luò)可視化仿真平臺(tái)研究.pdf

1、隨著人類(lèi)空間探測(cè)范圍的不斷擴(kuò)展,以及探測(cè)任務(wù)的逐漸復(fù)雜化和多樣化,傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信已經(jīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)深空探測(cè)的可靠通信需求。為保證深空探測(cè)任務(wù)的通信可靠性以及越來(lái)越高的業(yè)務(wù)需求,各航天組織擬在目前的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)空間通信鏈路的基礎(chǔ)上建立一個(gè)通用的空間網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)月球的深空探測(cè)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)出具規(guī)模,目前已經(jīng)開(kāi)展針對(duì)火星探測(cè)的空間通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè),未來(lái)更遠(yuǎn)的深空探測(cè)任務(wù)都將基于空間網(wǎng)絡(luò)確保通信的可靠性而建立。
　　由于空間探測(cè)高昂的成本使得建立貼合空間通信環(huán)

2、境的地面仿真系統(tǒng)成為一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)論證環(huán)節(jié)。為模擬空間網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)多節(jié)點(diǎn)的通信環(huán)境,提出了一種基于 HLA的空間網(wǎng)絡(luò)仿真架構(gòu),而本文的主要工作是基于 HLA架構(gòu)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的可視化仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)方案,主要進(jìn)行了以下三個(gè)部分的研究:
　　第一,仿真場(chǎng)景可視化。通過(guò)STK軟件的強(qiáng)大場(chǎng)景輸出能力,搭建基于STK X的HLA可視化聯(lián)邦成員。利用S TK/VO模擬深空探測(cè)的軌道器和探測(cè)器的3D運(yùn)行場(chǎng)景,并通過(guò)STK/Connect模塊與HLA其他聯(lián)

3、邦成員相結(jié)合,將實(shí)時(shí)的仿真參數(shù)傳遞給其他聯(lián)邦成員,將 STK中的二維/三維可視化控件和各種數(shù)據(jù)分析能力無(wú)縫集成到整個(gè)HLA分布式仿真平臺(tái)中。
　　第二,數(shù)據(jù)處理可視化。在上述基于 STK的可視化聯(lián)邦成員中,由于STK本身不具備數(shù)據(jù)處理能力,因此進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了STK與MATLAB和數(shù)據(jù)庫(kù)的接口以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的可視化。具體可分為仿真數(shù)據(jù)可視化和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可視化:仿真數(shù)據(jù)可視化包括各個(gè)聯(lián)邦成語(yǔ)成員當(dāng)前場(chǎng)景及任務(wù)數(shù)據(jù)通過(guò)開(kāi)發(fā)的 UI直接顯示;

4、數(shù)據(jù)采集聯(lián)邦成員統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理可視化包括對(duì)各聯(lián)邦成員的仿真數(shù)據(jù)調(diào)用、存儲(chǔ)和處理計(jì)算以數(shù)據(jù)可視化顯示。同時(shí),使用MATLAB/SIMULINK建立任務(wù)分析模型以處理各個(gè)分布式的聯(lián)邦成員的數(shù)據(jù),通過(guò)STK/Connect命令返回相應(yīng)的結(jié)果到各個(gè)聯(lián)邦成員。
　　第三,操作管理可視化。操作管理可視化包括聯(lián)邦成員的管理可視化和仿真過(guò)程控制交互可視化,通過(guò)建立相應(yīng)的 UI界面實(shí)現(xiàn)上述功能。由于空間網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是以聯(lián)邦成員的“對(duì)象”形式,通

5、過(guò)HLA/RTI實(shí)現(xiàn)信息交互,基于 UI可直觀的實(shí)現(xiàn)包括聯(lián)邦成員的創(chuàng)建、加入、退出、銷(xiāo)毀等可視化的控制;并可通過(guò)仿真管理聯(lián)邦成員實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真過(guò)程的控制和S TK的交互,包括整個(gè)仿真過(guò)程的開(kāi)始、暫停、加速、減速等。
　　最后基于以上三個(gè)部分工作,本文最終給出了一個(gè)仿真實(shí)例。應(yīng)用HLA/RTI和STIX的可視化技術(shù)搭建的空間網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)模擬真實(shí)的火星探測(cè)空間網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及場(chǎng)景,并對(duì)此場(chǎng)景下的通信任務(wù)進(jìn)行模擬,驗(yàn)證的通信協(xié)系統(tǒng)性能,并分析統(tǒng)