卫星工具包STK 的HLA 仿真应用

卫星工具包STK 的HLA 仿真应用

4 分布交互作战仿真系统中的天基系统模型支持

4. 1 基于HLA 的中间件技术

随着HLA 的推广应用和仿真需求的发展，原有非HLA仿真系统的重用及其与新开发的基于HLA 的仿真系统之间的互操作问题成为建模与仿真领域的一个重大课题；与此同时，随着专业领域内应用软件的丰富和发展，在开发基于HLA 的大规模仿真系统中对专业领域应用软件的改造利用也成为HLA 分布交互仿真领域的一个重大课题。
计算机领域内分布式系统的发展及分布对象计算技术的进步为解决建模与仿真领域内分布交互仿真系统存在的互操作与重用提供了思路和基础技术支撑。分布对象计算技术是伴随网络而发展起来的一种面向对象的技术。网络出现后，产生了Ciient / Server 的计算服务模式，随着网络的更进一步发展，许多软件需要在不同厂家的网络产品、硬件平台、网络协议异构环境下运行，应用规模也从局域网发展到广域网。在这种情况下，Ciient / Server 模式的局限性也就暴露出来，于是中间件技术应运而生。中间件是位于操作系统和应用软件之间的通用服务，它的主要作用是用来屏蔽网络硬件平台的差异性和操作系统与网络协议的异构型，使应用软件能够平滑地运行于不同的平台上。同时中间件在负载平衡、连接管理和调度方面起很大的作用，使企业级应用的性能得到大幅提升，从而满足关键业务的需求。
基于HLA 开发大规模的现代作战仿真系统，既要高效、低耗，又要满足应用需求，对原有非HLA 仿真系统的重用和对专业领域建模仿真软件的利用是实现大规模现代作战仿真系统首先和重点考虑的问题。将中间件技术应用于基于HLA 的大规模现代作战仿真系统，可以达到将非HLA 仿真系统和专业领域建模仿真软件无缝接入的目的，为进一步建立大规模分布交互作战仿真系统提供有力支持。

4. 2 卫星工具包STK 的HLA 仿真应用

卫星工具包STK（Sateiiite TOOi Kit）是航天领域中先进的系统分析软件，由美国分析图形有限公司（AGI）研制，用于分析复杂的航天、航空、陆地及海洋任务。它可提供逼真的二维、三维可视化动态场景以及精确的图表、报告等多种分析结果，支持卫星寿命的全过程，在航天飞行任务的系统分析、设计制造，测试发射以及在轨运行等各个环节中都有广泛的应用，对于军事卫星的战场监测、覆盖分析、打击效果评估等方面同样具有极大的应用潜力。
用STK 分析复杂任务和确定最佳解决方案十分方便。其强大的分析能力和访问计算：包括图形和文本的全面数据报告、友好用户界面及可视化场景，使分析和解释工作更为简单，结果更为精确可靠，可帮助用户用最短的时间完成飞行计划和任务分析。STK 核心产品的基本功能包括预报飞行器轨道、确定可见区域和时间、计算遥感器的定向角度等。
STK 的功能还可以通过附加模块得到扩充，其专业版面向卫星系统专家的需求，为航天领域专家提供了很多尖端的新功能：从扩展的坐标系、航天器姿态、三维地形数据到长期轨道预报等的有机集成，直接满足航天工业需要，为富有经验的STK 用户提供解决最复杂问题的工具。它的功能模块主要包括“轨道运行”、“可见性分析”、“动力学”等六大类。目前已知有“VO（ 三维可视化）”、“Coverage（ 覆盖）”、“AAM（ 高级分析）”、“GIS（ 地理信息）”、“Lifetime（ 寿命）”、“Astrogater（轨道机动）”、“MFT（ 导弹飞行工）”等24 个子模块。这些功能模块都经过严格的测试，适用于各种飞行任务类型。

STK/ Connect 是STK 的重要模块之一，提供用户在客户机/ 服务器环境下与STK 连接的功能，使用TCP/ IP 或UNIX Domain Sockets 在第三方应用软件与STK 之间传输数据（ 包括实时数据传输），为其它应用程序提供了一个向STK 发送消息和接受数据的通讯工具。美国陆军空间与导弹防御司令部同SAIC 公司在进行未来地面作战军事效能分析时，就是通过STK/ Connect 将SEAS、Janus、Eagle、VIC 等多个军用仿真系统与STK 连接进行的。
为了有效发挥STK 的作用，利用STK 强大的模型功能为分布交互作战仿真提供支持，我们研制开发了连接STK 与HLA 运行支撑框架RTI 的中间件，其实现方式为：
1）根据STK 对象模型建立中间件对象模型：STK 场景包含的对象有地面站、卫星、导弹、飞机、轮船、车辆、运载、行星、恒星、目标、区域以及遥感器、接收机、转发器、雷达等。中间件根据STK 场景包含的对象及其具有的属性采用面向对象方法进行对象类的设计，并以类库的形式实现。中间件对象模型使用STK/ Connect 模块实现与STK 之间的数据通讯。
2）采用代理成员模式的思想：建立HLA 联邦对象模型FOM 中的对象类/ 属性值、交互类/ 参数以及复合数据类型与中间件对象模型的数据结构的映射关系，并由需要映射的FOM 中的对象类/ 属性值、交互类/ 参数以及复合数据类型组成中间件代理成员的成员对象模型SOM。根据中间件代理成员SOM，利用成员自动生成工具（KD - FedWizard）生成中间件代理成员框架。该框架已经实现了大部分RTI 服务的功能，并具有一般HLA 成员的性质。
3）代理成员调用中间件对象模型类库函数实现代理成员与STK 之间的数据通讯，包括向STK 发送仿真控制信息、外部仿真对象信息、事件信息，以及从STK 获得内部仿真实体信息，事件信息。
4）代理成员采用HLA/ RTI 提供的联邦管理、申明管理、对象管理、时间管理、所有权管理和数据分发管理等标准服务实现代理成员和HLA 其它联邦成员的交互，完成联邦运行的控制以及和其它联邦成员的数据通讯。
STK - RTI 中间件基于组件对象技术实现，整个中间件由用户仿真组件、STK 对象模型组件、代理成员组件三部分组成。通过在KD - FedWizard 中加入STK 用户仿真应用支持，将STK 对象模型组件加入成员自动生成框架，并自动产生与Fed 类、FedAmbassador 类、Pub 类、Sub 类以及其他辅助类适当的耦合。用户根据联邦对象模型FOM 中需要建立映射关系的对象类/ 属性值、交互类/ 参数以及复合数据类型构成的代理成员对象模型SOM 自动生成成员代码框架，该框架由于加入了STK 对象模型支持以及与HLA/ RTI 函数的耦合，用户需要进行的工作只是建立代理成员对象模型SOM与STK 对象模型的数据结构映射并添入自己所需的仿真代码。

节选<天基系统支持地面作战的建模与仿真研究>

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