月球車UML可視化建模及3D仿真研究.pdf

1、在我國的嫦娥二期探月工程中月球探測機器人(月球車)的導航控制(Guidance，Navigation and Control，GNC)子系統(tǒng)是包含環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、實時避障、運動控制等多個子系統(tǒng)的復雜實時系統(tǒng)。GNC系統(tǒng)軟件的設計開發(fā)涉及機械學、動力學、運動學、嵌入式電子、軟件設計多個學科，需要不同知識背景的開發(fā)人員共同參與。為協(xié)調和統(tǒng)一系統(tǒng)開發(fā)過程，同時便于開發(fā)人員交流，本論文采用面向對象領域最新研究成果UML(Unified Mo

2、deling Language)和實時 UML(LML for Real-Time,UML-RT)技術對GNC系統(tǒng)進行可視化建模和開發(fā)；在構建GNC系統(tǒng)實時模型的基礎上，利用豐富的開源軟件資源構建月球車實時系統(tǒng)的3D測試環(huán)境，具體工作如下： 在分析月球車GNC系統(tǒng)軟件開發(fā)特點和UML-RT特性的基礎上，提出應用UML可視化建模開發(fā)方法進行GNC系統(tǒng)的軟件建模和開發(fā)；在試用和調研幾款主流實時UML工具基礎上確定具體開發(fā)環(huán)境配置方案

3、，實時UML工具選擇Rational Rose Realtime；討論了Rational Rose Realtime在特定目標環(huán)境下的具體配置問題；在Rational實時統(tǒng)一開發(fā)過程的指導下進行GNC系統(tǒng)軟件的需求分析、系統(tǒng)靜態(tài)建模、動態(tài)建模、實時代碼生成、系統(tǒng)實現(xiàn)部署和系統(tǒng)測試。應用可視化建模方法不僅能實現(xiàn)GNC系統(tǒng)開發(fā)的科學規(guī)范化管理，而且可以有效提升系統(tǒng)設計質量和加速系統(tǒng)開發(fā)進度。 為方便GNC實時系統(tǒng)設計和算法驗證，利用

4、豐富的開源軟件資源開發(fā)了月球車3D仿真環(huán)境。使用開源3D建模套件Blender建立月球車3D仿真模型；利用開源3D開發(fā)庫Open Scene Graph(OSG)開發(fā)月球車3D仿真驗證環(huán)境，包括地形生成、導航器、路徑規(guī)劃、場景瀏覽器等的設計；最后探討了OSG在嵌入式實時系統(tǒng)中應用的可能性，進而利用OSG庫提供的豐富數(shù)據(jù)結構和先進內部機制將GNC系統(tǒng)軟件的UML-RI可視化建模和月球車桌面3D仿真統(tǒng)一起來，為整個月球車軟件系統(tǒng)的設計提供一