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
专利汇可以提供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专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 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。，下面是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专利的具体信息内容。
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；
3)、时间管理：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；当特性和需求相匹配时，数据就 从发出者分发到使用者。
3、根据权利要求1所述的面向航天测控的基于HLA的嵌入式分布仿真 平台，其特征在于：所述嵌入式仿真平台具有仿真间的互操作性和仿真及 其构件的重用性，把可共享的软件功能不只是当作应用，而是当作服务来 实现，通过嵌入式的编程控制，通过仿真引擎和仿真平台，调用所需要的 功能组件。
4、根据权利要求2所述的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，其特征在于：所述以二/三维天地一体建模仿真态势、三 维实时飞行仿真采用场景喷泉效果，以增强虚拟现实系统的沉浸感；粒子 系统是实现喷泉效果的有效方法，但该方法由于需要大量三角形单元的绘 制，会降低虚拟现实系统的实时性。这里采用矢量控制法来建立粒子系统 喷泉模型，然后渲染成一定幅数的连续图像，将这些图像作为贴图，同时 采用billboard技术和动态纹理技术实现纹理喷泉的绘制，既保证了系统 的真实感，又提高了系统的实时性。
5、根据权利要求1所述的面向航天测控的基于HLA的嵌入式分布仿真 平台，其特征在于：基于HLA规范的仿真的支撑软件由RTI执行进程 (RtiExec)、联邦执行进程(FedExec)和RTI库(libRTI)三部分组成；每一 成员链接了libRTI库，RtiExec管理FedExec的创建和撤消，并引导成员 加入正确的联邦执行每一FedExec；进程管理一个联邦执行，允许成员加 入和退出联邦，并辅助加入的成员实现数据交换、时间推进和其它联邦管 理功能；libRTI为成员开发者提供了HLA接口规范所定义的服务，成员通 过调用libRTI库实现的HLA服务与RtiExec，FedExec以及其它成员通信。 目前实现的RTI采用TCP协议处理可靠数据的传输，采用UDP协议实现数 据的尽力(best-effort)传输。
技术领域
本发明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，属于航天测量控制技术领域和计算机仿真技术领域。
背景技术
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。
发明内容
技术解决方案
本发明的技术解决方案：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
本发明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口又不同(如 不同火箭型号的部分遥测参数内容不同)，所以系统要作到在调试过程中方便性 就变得尤为重要。
开放性、通用性：首先必要的描述文件以便同用户进行交互，友善的界面操作以 便用户控制。这里特别要注意的是各种数据文件、描述文件的编写，要求格式灵 活、条理清晰、便于用户的读写；其次，程序应提供“容器”功能，便于用户针 对自己的任务要求编写适合的“服务”；另外，由于不同的测控系统拥有不同的 网络机制，所以软件系统也在这个方面增加其开放性和通用性。
实时信息的显示：无论系统作为理论模拟还是实战应用，程序运行过程当中用户 会需要实时的有关飞行的报告信息，这其中包括两类，其一是给操作人员用以对 实时情况的判读而采取相应处理方法用的；其二是便于指挥员在实战飞行过程中 了解某些重要事件的发生(如在任务执行过程中，是否飞行轨迹显示的是测控到 的真实航天器轨道数据，还是由于种种原因，其轨迹展现的是理论数据或外推数 据)。
数据源的判读：系统在拥有极强容错能力的同时具有对数据的判读能力，其中包 括对数据正确与否的判定规则以及数据中断的处理办法。
飞行器与地面设备的关系：系统具有反映地面站与飞行器的空间几何关系以及通 信链路状况的能力，用来全面反映整个飞行过程，另外例如飞行器与目标区域之 间的种种关系也应在此软件系统的涉及范围之内。
一星或多星的处理能力：一个飞行任务有时不仅仅只针对一个飞行器，所以系统 具有多个数据接口，以满足多星任务的需要。
时间系统的统一：由于本软件对系统的实时性要求严格，所以软件对时间的统一 应单独进行处理。其中包括两点值得注意：首先是软件本身与实时外接数据的时 间统一；其次在软件内部具有一套数据备份功能，即理论飞行数据对实战数据的 备份，因此出现的问题是将两者的时间体系严格统一，以满足性能要求。
数据源的类型：数据源类型从来源分可分为网络接收所得和读取文件所得，而从 数据源类型分可分为轨道数据、姿态数据和事件动作数据，要求统一数据输入格 式，便于系统稳定执行。
平台通过对空间目标动力学特性、轨道预报和机动方案等方面的仿真分析，以 二/三维建模仿真态势、三维实时飞行场景、数据、表格、图像等多种手段实时 完成了空间目标重要参数和性能指标的可视化表现，准确实现了空间目标的飞 行状况、星下点轨迹以及星-星链路、星-地链路、地-地链路的态势分析。
在深入研究HLA成员接口规范的基础上，针对联邦成员的各种行为模式，抽象 出桥接联邦中存在的几类关键问题，并对这些问题提出了可行的解决方案。
研究了层次联邦中的时间推进过程和数据的分层过滤技术，并实现了相关算法。 提高了仿真支撑软件XC-RTI的运行性能，完善了其接口服务，并将其成功应用 于某分布仿真系统。对XC-RTI实施的符合IEEE1516标准的改造工作也已基本 完成。
附图说明
图1为本发明的组成结构图
图2为本发明的系统流程图
图3分布实时接口实现图
图4嵌入式仿真平台实现图
具体实施方式
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；
3)、时间管理：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；当特性和需 求相匹配时，数据就从发出者分发到使用者。
所述分布实时控制接口通过设定集中控制的项目，实时接收并处理来自测控设 备的火箭飞行参数数据(如弹道参数、姿态参数、分离等关键点参数……)、分析 所需的其它对象位置和约束参数，并实时调用按要求整理存放在规定目录中的各仿 真实体3D模型参数；通过仿真引擎提供的交互处理通讯模块，实现对嵌入式仿真 平台发送连接命令，并在通讯完毕后关闭接口；计算与数据输出显示部分接收分布 实时控制接口发送的指令，利用输入的数据根据要求进行计算，并通过3D模型飞 行场景、动态数据和图标显示、标准数据文件输出三种方式实现火箭飞行过程仿真。
所述以二/三维天地一体建模仿真态势、三维实时飞行仿真采用场景喷泉效果， 以增强虚拟现实系统的沉浸感；粒子系统是实现喷泉效果的有效方法，但该方法由 于需要大量三角形单元的绘制，会降低虚拟现实系统的实时性。这里采用矢量控制 法来建立粒子系统喷泉模型，然后渲染成一定幅数的连续图像，将这些图像作为贴 图，同时采用billboard技术和动态纹理技术实现纹理喷泉的绘制，既保证了系统 的真实感，又提高了系统的实时性。
基于HLA规范的仿真支撑软件XC-RTI，XC-RTI软件由RTI执行进程(RtiExec)、 联邦执行进程(FedExec)和RTI库(libRTI)三部分组成。每一成员链接了libRTI 库。RtiExec。是一个全局进程，其主要作用是管理FedExec的创建和撤消，并引 导成员加入正确的联邦执行。每一FedExec。进程管理一个联邦执行，允许成员加 入和退出联邦，并辅助加入的成员实现数据交换、时间推进和其它联邦管理功能。 libRTI是一个C料库，为成员开发者提供了HLA接口规范所定义的服务。成员通过 调用libRTI库实现的HLA服务与RtiExec，FedExec以及其它成员通信。目前实现 的XC-RTI采用TCP协议处理可靠数据的传输，采用UDP协议实现数据的尽力 (best-effort)传输。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 治疗近视的虚拟现实装置 | 2020-05-23 | 885 |
| 基于虚拟现实的成瘾辅助治疗技术平台及使用方法 | 2020-05-20 | 411 |
| 慢性病个性化精准用药指导方法及系统 | 2020-05-22 | 691 |
| 一种基于虚拟现实技术的水电站检修仿真培训系统 | 2020-05-14 | 640 |
| 一种家庭虚拟现实娱乐系统 | 2020-05-23 | 534 |
| 一种基于网络虚拟现实的展台定制方法 | 2020-05-13 | 716 |
| 一种基于远程虚拟现实接入的景点医护管理方法 | 2020-05-13 | 210 |
| 一种应用于在线公务员考试培训平台的网络仿真方法及系统 | 2020-05-16 | 109 |
| 一种基于多源信息融合的交互式脑卒中患者步态训练及评测系统 | 2020-05-21 | 119 |
| 吊挂系统控制台及吊挂系统 | 2020-05-22 | 357 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
