空間目標天基監(jiān)視分布式仿真系統(tǒng)設計
發(fā)布時間：2021-04-14 00:21
以HLA在航天系統(tǒng)仿真領域的廣泛應用為背景,設計了基于HLA的空間目標天基監(jiān)視分布式仿真系統(tǒng)。在系統(tǒng)架構(gòu)層面,設計數(shù)據(jù)層、模型層、任務層的分層結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)設計方面,設計仿真控制成員、天基監(jiān)視成員、光學載荷成員、空間目標成員和視景仿真成員,建立天基監(jiān)視系統(tǒng)中的軌道動力學及機動模型、姿態(tài)動力學與控制模型、載荷指向及目標成像模型。在系統(tǒng)實現(xiàn)方面,基于RTI進行系統(tǒng)集成。應用VegaPrime和OpenGL實現(xiàn)天基監(jiān)視視景仿真和光學成像仿真,完成空間目標天基監(jiān)視任務的仿真驗證。
【文章來源】：系統(tǒng)仿真學報. 2020,32(04)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)Fig.1Systemarchitecturehttp:∥www.china-simulation.com任務設置數(shù)據(jù)庫可視化
第32卷第4期Vol.32No.42020年4月張揚,等:空間目標天基監(jiān)視分布式仿真系統(tǒng)設計Apr.,2020http:∥www.china-simulation.com623和視景仿真聯(lián)邦成員，各聯(lián)邦成員與體系設計中各成員和空間目標天基監(jiān)視數(shù)學建模具體內(nèi)容相對應，分別運行在單獨的計算機中，其中視景仿真聯(lián)邦成員外接投影顯示系統(tǒng)進行全過程可視化。整個系統(tǒng)連接在同一局域網(wǎng)內(nèi)，應用運行支撐環(huán)境（RTI）集成，底層通過網(wǎng)絡通信。(a)系統(tǒng)物理架構(gòu)(b)系統(tǒng)流程圖圖2天基監(jiān)視分布式仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2Structureofthespace-basedsurveillancedistributedsimulationsystem空間目標天基監(jiān)視系統(tǒng)仿真系統(tǒng)流程如圖2(b)所示。仿真控制成員控制系統(tǒng)聯(lián)邦的創(chuàng)建和仿真運行。開始仿真后，在每一個仿真步長內(nèi)，天基監(jiān)視平臺和空間目標成員分別進行平臺和目標的動力學更新，并將軌道、姿態(tài)數(shù)據(jù)分別傳遞給光學載荷成員和視景仿真成員進行成像模擬和視景更新，光學載荷成員接收到平臺和目標信息后進行載荷指向控制和目標成像模擬，同時將指向控制數(shù)據(jù)傳遞給視景仿真成員進行視景更新。整個仿真過程采用受控時間管理方式，保證仿真系統(tǒng)時間同步。4仿真示例4.1仿真設置以高軌失控衛(wèi)星為觀測目標，進行天基監(jiān)視系統(tǒng)仿真。目標軌道模型中考慮地球非球形引力、日月引力、太陽光壓攝動，監(jiān)視平臺初始軌道為大橢圓軌道，考慮地球非球形引力、日月引力、太陽光壓攝動，大氣阻力攝動，采用RK7(8)進行軌道外推計算。平臺姿態(tài)控制模式設定為三軸對地定向，載荷安裝位置與平臺本體系三軸重合，目標姿態(tài)控制模式設定為無控模式，姿態(tài)更新應用吉爾法計算。載荷光軸初始指向為載荷成像坐標系z軸方向。初始參數(shù)設置見表1~4
第32卷第4期系統(tǒng)仿真學報Vol.32No.42020年4月JournalofSystemSimulationApr.,2020http:∥www.china-simulation.com6244.2仿真結(jié)果分析天基監(jiān)視平臺和空間目標在J2000系下xoy平面內(nèi)的軌道變化曲線和相對距離變化曲線如圖3所示，其中圖3(a)紅色為目標軌道變化曲線，藍色為天基監(jiān)視平臺軌道變化曲線。圖3(b)為監(jiān)視平臺與目標相對距離變化曲線。由圖3可知，監(jiān)視平臺在經(jīng)過脈沖變軌后，逐漸接近目標衛(wèi)星，其相對距離逐漸減小，最終達到監(jiān)視平臺對目標成像的條件。(a)軌道變化曲線(b)相對距離變化曲線圖3空間目標和監(jiān)視平臺運動變化Fig.3Movementofspacetargetandplatform文中姿態(tài)定義為本體坐標系相對于軌道坐標系的姿態(tài)角。目標姿態(tài)為無控模式，其姿態(tài)變化在俯仰軸方向呈幅值為±180的周期運動，滾動軸和偏航軸方向為小幅值類周期運動，如圖4所示。監(jiān)視平臺為三軸對地定向模式，經(jīng)過短時間的初始姿態(tài)控制后平臺本體相對于軌道坐標系三軸姿態(tài)角變?yōu)榱�，如圖5所示。圖4目標姿態(tài)變化曲線Fig.4Curveoftargetattitude圖5監(jiān)視平臺姿態(tài)變化曲線Fig.5Curveofplatformattitude仿真過程中，目標在載荷成像系下的高低角和方位角變化曲線如圖6所示，高低角在整個仿真過程中變化較小，與目標、監(jiān)測平臺近似同軌道面，載荷安裝位置與平臺本體三軸重合的仿真設置保持一致。方位角在平臺進行第1次脈沖變軌后變化相對較大，在平臺第2次脈沖變軌后，方位角快速減小，之后進入一個緩慢變化的階段。整個過程變化與平臺、目標相對運動保持一致。目標載荷成像仿真結(jié)果如圖7所示。圖7(a)為目標進入視場并且未進行載荷指向控制時的成像結(jié)果，圖7(b)為指
【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種基于HLA的衛(wèi)星仿真系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 張利強,鄭昌文,胡曉惠,呂品,吳佳澤. 系統(tǒng)仿真學報. 2009(20)
[2]一種基于云計算理念的網(wǎng)絡化建模與仿真平臺——“云仿真平臺”[J]. 李伯虎,柴旭東,侯寶存,李潭,張雅彬,余海燕,韓軍,邸彥強,黃繼杰,宋長峰,唐震,王鵬,施國強,王曉華. 系統(tǒng)仿真學報. 2009(17)
[3]衛(wèi)星與深空動態(tài)場景實時仿真系統(tǒng)[J]. 王長波,王章野,繆永偉,曾陽艷,彭群生. 宇航學報. 2005(S1)
博士論文
[1]基于SOA和HLA的分布式仿真關鍵技術研究[D]. 郭曉峰.解放軍信息工程大學 2011
碩士論文
[1]空間目標星載可見光相機成像仿真[D]. 許興星.中國科學院大學(中國科學院上海技術物理研究所) 2017
本文編號：3136286
【文章來源】：系統(tǒng)仿真學報. 2020,32(04)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)Fig.1Systemarchitecturehttp:∥www.china-simulation.com任務設置數(shù)據(jù)庫可視化
第32卷第4期Vol.32No.42020年4月張揚,等:空間目標天基監(jiān)視分布式仿真系統(tǒng)設計Apr.,2020http:∥www.china-simulation.com623和視景仿真聯(lián)邦成員，各聯(lián)邦成員與體系設計中各成員和空間目標天基監(jiān)視數(shù)學建模具體內(nèi)容相對應，分別運行在單獨的計算機中，其中視景仿真聯(lián)邦成員外接投影顯示系統(tǒng)進行全過程可視化。整個系統(tǒng)連接在同一局域網(wǎng)內(nèi)，應用運行支撐環(huán)境（RTI）集成，底層通過網(wǎng)絡通信。(a)系統(tǒng)物理架構(gòu)(b)系統(tǒng)流程圖圖2天基監(jiān)視分布式仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2Structureofthespace-basedsurveillancedistributedsimulationsystem空間目標天基監(jiān)視系統(tǒng)仿真系統(tǒng)流程如圖2(b)所示。仿真控制成員控制系統(tǒng)聯(lián)邦的創(chuàng)建和仿真運行。開始仿真后，在每一個仿真步長內(nèi)，天基監(jiān)視平臺和空間目標成員分別進行平臺和目標的動力學更新，并將軌道、姿態(tài)數(shù)據(jù)分別傳遞給光學載荷成員和視景仿真成員進行成像模擬和視景更新，光學載荷成員接收到平臺和目標信息后進行載荷指向控制和目標成像模擬，同時將指向控制數(shù)據(jù)傳遞給視景仿真成員進行視景更新。整個仿真過程采用受控時間管理方式，保證仿真系統(tǒng)時間同步。4仿真示例4.1仿真設置以高軌失控衛(wèi)星為觀測目標，進行天基監(jiān)視系統(tǒng)仿真。目標軌道模型中考慮地球非球形引力、日月引力、太陽光壓攝動，監(jiān)視平臺初始軌道為大橢圓軌道，考慮地球非球形引力、日月引力、太陽光壓攝動，大氣阻力攝動，采用RK7(8)進行軌道外推計算。平臺姿態(tài)控制模式設定為三軸對地定向，載荷安裝位置與平臺本體系三軸重合，目標姿態(tài)控制模式設定為無控模式，姿態(tài)更新應用吉爾法計算。載荷光軸初始指向為載荷成像坐標系z軸方向。初始參數(shù)設置見表1~4
第32卷第4期系統(tǒng)仿真學報Vol.32No.42020年4月JournalofSystemSimulationApr.,2020http:∥www.china-simulation.com6244.2仿真結(jié)果分析天基監(jiān)視平臺和空間目標在J2000系下xoy平面內(nèi)的軌道變化曲線和相對距離變化曲線如圖3所示，其中圖3(a)紅色為目標軌道變化曲線，藍色為天基監(jiān)視平臺軌道變化曲線。圖3(b)為監(jiān)視平臺與目標相對距離變化曲線。由圖3可知，監(jiān)視平臺在經(jīng)過脈沖變軌后，逐漸接近目標衛(wèi)星，其相對距離逐漸減小，最終達到監(jiān)視平臺對目標成像的條件。(a)軌道變化曲線(b)相對距離變化曲線圖3空間目標和監(jiān)視平臺運動變化Fig.3Movementofspacetargetandplatform文中姿態(tài)定義為本體坐標系相對于軌道坐標系的姿態(tài)角。目標姿態(tài)為無控模式，其姿態(tài)變化在俯仰軸方向呈幅值為±180的周期運動，滾動軸和偏航軸方向為小幅值類周期運動，如圖4所示。監(jiān)視平臺為三軸對地定向模式，經(jīng)過短時間的初始姿態(tài)控制后平臺本體相對于軌道坐標系三軸姿態(tài)角變?yōu)榱�，如圖5所示。圖4目標姿態(tài)變化曲線Fig.4Curveoftargetattitude圖5監(jiān)視平臺姿態(tài)變化曲線Fig.5Curveofplatformattitude仿真過程中，目標在載荷成像系下的高低角和方位角變化曲線如圖6所示，高低角在整個仿真過程中變化較小，與目標、監(jiān)測平臺近似同軌道面，載荷安裝位置與平臺本體三軸重合的仿真設置保持一致。方位角在平臺進行第1次脈沖變軌后變化相對較大，在平臺第2次脈沖變軌后，方位角快速減小，之后進入一個緩慢變化的階段。整個過程變化與平臺、目標相對運動保持一致。目標載荷成像仿真結(jié)果如圖7所示。圖7(a)為目標進入視場并且未進行載荷指向控制時的成像結(jié)果，圖7(b)為指
【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種基于HLA的衛(wèi)星仿真系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 張利強,鄭昌文,胡曉惠,呂品,吳佳澤. 系統(tǒng)仿真學報. 2009(20)
[2]一種基于云計算理念的網(wǎng)絡化建模與仿真平臺——“云仿真平臺”[J]. 李伯虎,柴旭東,侯寶存,李潭,張雅彬,余海燕,韓軍,邸彥強,黃繼杰,宋長峰,唐震,王鵬,施國強,王曉華. 系統(tǒng)仿真學報. 2009(17)
[3]衛(wèi)星與深空動態(tài)場景實時仿真系統(tǒng)[J]. 王長波,王章野,繆永偉,曾陽艷,彭群生. 宇航學報. 2005(S1)
博士論文
[1]基于SOA和HLA的分布式仿真關鍵技術研究[D]. 郭曉峰.解放軍信息工程大學 2011
碩士論文
[1]空間目標星載可見光相機成像仿真[D]. 許興星.中國科學院大學(中國科學院上海技術物理研究所) 2017
本文編號：3136286
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