基于HLA的卫星测控仿真系统

摘要:研究基于HLA/RTI的卫星测控仿真系统。根据模拟测控系统环境,设计基于HLA的测控系统仿真架构,介绍各成员的功能交互,设计了FOM/SOM表,将HLA思想很好应用于整个卫星测控系统,以获得仿真联邦的高层次的互操作和重用,初步达到交互仿真效果。

关键词:卫星测控;高层体系架构(HLA);RTI;OMT;FOM;SOM

中图分类号:TP391 文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)01-229-02

The Simulation of Satellite Traking with HLA

DAI Ting-ting, MA Zhong-suo

(PLA University Of Science And Technology, Nanjing 210007, China)

Abstract: The research of satellite tracking simulation system with HLA/RTI. According to controlling system environment emulation, the design of controlling system to imitate true structure according to the method of HLA, the function which introduces each member hands over with each other, designed FOM/SOM form, HLA thought to be easily to apply to the whole satellite-tracking system which acquired with each other operation of the High level architecture, attains the first stept to the simulation effect of alternation with each other.

Key words: satellite traking; HLA(High Level Architecture); RTI; OMT; FOM; SOM

我国航天测控网是一个可为各类卫星和载人航天任务提供服务的测控系统。随着航天事业蓬勃发展,空间技术的开拓,一次航天实验需要大量的资金、人力、物力,所以空间领域越来越需要仿真作为分析、决策、训练和研究的工具。本文建立基于HLA的测控网仿真系统,可根据不同的需求和目的实现联邦的快速组合和重新配置,保证联邦范围内的互操作和重用。

1 高层体系结构简介

高层体系结构HLA(High Level Architecture)是在美国国防部(DoD)建模仿真办公室指导下提出的新一代仿真规范。用于产生计算机仿真系统的通用技术框架。其主要目的是解决各类仿真应用之间的互操作和仿真部件的可重用,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。它考虑如何构建联邦,即如何设计联邦成员间的交互以达到仿真的目的。HLA的基本思想就是采用面向对象的方法来设计、开发和实现仿真系统的对象模型(OM,Object Model),以获得仿真联邦的高层次的互操作和重用。HLA结构规范定义由三部分组成,分别为:

1) 规则(Rules);

2) 对象模型模板(OMT:objectModelTemplate);

3) 接口规范说明(Interfacesspecification);

在HLA中,对象模型是描述客观事物的一组对象的集合,在对象模型中描述了这些对象的属性、联系与交互。对象模型在HLA中分为两类:一类是联邦对象FOM(Federation object Model),描述了在联邦执行过程中所有成员可共享的信息;另一类是成员对象模型SOM(SimulationobjectModel),用于说明成员在参与联邦时能提供的信息。RTI是HLA框架的核心,它实现接口规范中定义的联邦管理、声明管理、对象管理、所有权管理、时钟管理、数据分发管理等6类服务,目的是将仿真应用与底层通信及基本功能相分离,提供底层的通信和基本功能支持。

2 系统建模

2.1 系统业务描述

我国航天测控网是一个可为各类卫星和载人航天任务提供服务的测控系统。通常由中心测控系统和若干测控站组成,主要包括北京中心、西安中心、地面测控站、海上测控船和指挥显示中心等测控显示系统。

该测控仿真系统的构建是用作空间理论研究与测控模拟的仿真演示系统,包含以下基本元素:

1) 测控中心站,情报处理和决策中心,其负责对卫星控制做出决策,判断,通过测控站向卫星相关指令;

2) 地面测控站,指令中转中心和测控中心,其负责对卫星转发中心站的相关指令,回复中心指令,并完成对卫星的测控等工作。

3) 海上测量船,指令中转中心和测控中心,其测量结果除了同陆基雷达一样,其跟踪精度还受到船摇干扰的影响。 在大海中运动有六个自由度,三个线位移(进退、横荡、升沉)及三个角位移(偏航、横摇和纵摇)。

4) 卫星,接受指令完成相关的空间机动,并对所处状态发出报告(轨道根数),反馈给测控站。

中心站成员负责卫星控制指令的生成,它的主要任务是完成空间信息的收集、 决策,以指令的形式发给测控站成员,再由测控站把指令转发给执行任务的空间卫星,另外中心站成员负责星下点的绘制以及各成员的位置描述,并显示在二维地球展开图上。地面和海上测控站作为联邦执行的一个重要成员,是联系卫星成员和中心站成员的一个中枢纽带,卫星的全部信息需经由测控站转发给中心站成员,而中心站的指令也是通过测控站给卫星的。测控成员除负责变轨卫星的测量和控制外,还肩负对下一测控站状态信息任务。测量结果以信息方式传给中心站,控制以指令方式发给卫星成员。

2.2 系统建模

根据上面的过程描述,我们可以对海上测量船测控模拟系统中各成员建模如下:

中心站成员:生产中心站对象,并对各测控站进行控制。测控船、站位置信息,通过测控船站间接发送控制指令,订购卫星轨道根数。

地面测控站成员:生产地面测控站对象,发出测控指令,捕捉目标,建立相关的链接,下一测控船站测控任务。订购卫星的属性和位置姿态反馈信息,任务交互和链接交互。

海上测量船成员:生产海上测量船对象。测量船状态,包括在大海中运动的六个自由度,三个线位移(进退、横荡、升沉)及三个角位移(偏航、横摇和纵摇),订购卫星姿态,地面站测控状态,订购链接交互。

指挥所成员:生产指挥所,控制指挥所对象。卫星测控链路交互,订购卫星链路交互。

星下点显示成员:显示卫星飞行轨迹。卫星显示交互,订购卫星、中心站、测控站,测量船对象。

模拟控制成员:向系统中各成员发送模拟想定,控制模拟的进度等。订购测控站、测量船、卫星对象,模拟想定。

3 联邦成员设计

3.1 OMT交互对象描述

联邦对象是由OMT规范语言对现实世界通俗描述的元素,RTI通过联邦对象文档建立仿真平台。对于基于HLA的仿真系统来讲,包含两种数据,一种是连续存在的属性数据,标识实体的状态,如名称、句柄以及位置信息等,OMT用对象类(objectclass)及其属性(attributes)来描述它们;另一种是实体瞬间事件的数据,如指令和测量结果等,OMT用交互类(interaction class)及其参数(parameter)来描述它们。