一種基于stkx組件的衛(wèi)星視景實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星視景仿真系統(tǒng)，特別是一種基于STKX組件的衛(wèi)星視景實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)及其方法，可對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)分布式仿真。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著可視化技術(shù)在仿真中的廣泛應(yīng)用，對(duì)衛(wèi)星的系統(tǒng)仿真不僅要求系統(tǒng)具有精確的數(shù)學(xué)模型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還要求對(duì)衛(wèi)星在空間的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，給研究人員和決策者更直觀、形象的理解，是衛(wèi)星仿真中重要的組成部分。
[0003]傳統(tǒng)的衛(wèi)星仿真常以Matlab軟件為主，建立精確的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行全數(shù)學(xué)模型仿真，此類仿真的精度取決于數(shù)學(xué)模型的精度，具有方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，然而Matlab的移植性較差，并且無法對(duì)硬件進(jìn)行操作。
[0004]專利申請(qǐng)?zhí)?01010544722.5，名稱“衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)與控制分布式仿真平臺(tái)”，介紹了一種為衛(wèi)星控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研制提供仿真的平臺(tái)，該平臺(tái)包含了各種類型、適應(yīng)不同任務(wù)的模型和算法模塊，能夠設(shè)計(jì)出針對(duì)不同任務(wù)的衛(wèi)星控制系統(tǒng)。這種仿真平臺(tái)的不足是衛(wèi)星的模型算法是運(yùn)行于PC機(jī)上，在處理速度和實(shí)物接口技術(shù)方面達(dá)不到實(shí)時(shí)仿真的要求。
[0005]在衛(wèi)星的整個(gè)研制周期中，對(duì)衛(wèi)星的建模和計(jì)算工作是必不可少的，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，為了使衛(wèi)星在整個(gè)運(yùn)行過程能更直觀的顯示出來，就需要對(duì)視景可視化進(jìn)行研究。衛(wèi)星仿真工具包(STK)是美國(guó)AGI公司開發(fā)的一款用于航天產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)和分析的工具，為航天領(lǐng)域提供了強(qiáng)大的分析和顯示能力，可以快速方便地分析復(fù)雜的陸、海、空、天任務(wù)，并提供易于理解的圖表和文本形式的分析結(jié)果，用于確定最佳解決方案。它不但具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)仿真能力，還可以提供逼真的三維視景顯示功能。在STK中建立一定的場(chǎng)景，并加入衛(wèi)星模型，通過設(shè)定該場(chǎng)景的參數(shù)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行的二維和三維場(chǎng)景進(jìn)行仿真。這種直接使用STK的方法雖然有效地解決了三維視景顯示問題，但是需要事先設(shè)定相關(guān)的軌道參數(shù)，不能將自己模型的仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并且STK的軟件界面也不適合項(xiàng)目的應(yīng)用，可擴(kuò)展性不高。
[0006]STKX技術(shù)將STK軟件的各個(gè)功能模塊分成不同功能的編程控件，并把這些控件嵌入到用戶自定義的軟件中去實(shí)現(xiàn)STK的功能，可以使用戶自定義的應(yīng)用程序具備STK的所有功效?；赟TKX技術(shù)，研究人員可以開發(fā)出功能更加強(qiáng)大的可視化仿真系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于STKX組件的衛(wèi)星視景實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)及其方法，能夠?qū)πl(wèi)星模型進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行可視化顯示，為衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)驗(yàn)證、控制算法設(shè)計(jì)提供仿真驗(yàn)證支持。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種基于STKX組件的衛(wèi)星視景實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，包括:衛(wèi)星模型仿真機(jī)、數(shù)據(jù)處理機(jī)和視景演示機(jī)，其中:
[0009]衛(wèi)星模型仿真機(jī)，包括PharLap實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、Veristand實(shí)時(shí)軟件服務(wù)平臺(tái)和衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型;PharLap實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)安裝有Veristand實(shí)時(shí)軟件服務(wù)平臺(tái)，并且設(shè)置空間環(huán)境和衛(wèi)星參數(shù)的配置文件;Veristand實(shí)時(shí)軟件服務(wù)平臺(tái)通過配置文件對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行初始化，然后運(yùn)行衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型，并向數(shù)據(jù)處理機(jī)傳輸衛(wèi)星的實(shí)時(shí)仿真數(shù)據(jù)；
[0010]數(shù)據(jù)處理機(jī)，生成衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)模型和軌道姿態(tài)控制模型，將衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型下注到衛(wèi)星模型仿真機(jī)運(yùn)行，將姿態(tài)軌道控制模型放入LabVIEW軟件中進(jìn)行軌道和姿態(tài)控制；同時(shí)接收衛(wèi)星實(shí)時(shí)仿真數(shù)據(jù)，并將衛(wèi)星實(shí)時(shí)仿真數(shù)據(jù)發(fā)送給視景演示機(jī)；
[0011 ] 視景演示機(jī)，通過MFC進(jìn)行顯示界面應(yīng)用程序開發(fā)，將STK中的STKX組件無縫集成到顯示界面應(yīng)用程序中，同時(shí)在顯示界面應(yīng)用程序中加入了自定義的顯示控件，利用接收到的衛(wèi)星實(shí)時(shí)仿真數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)STKX組件以及自定義的顯示控件，對(duì)衛(wèi)星狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯不O
[0012]所述衛(wèi)星模型仿真機(jī)為NIPX1-8115實(shí)時(shí)控制器。
[0013]所述數(shù)據(jù)處理機(jī)具體實(shí)現(xiàn)過程如下:
[0014](I)數(shù)據(jù)處理機(jī)為PC機(jī)，包括Veristand軟件平臺(tái)、LabVIEW軟件平臺(tái)和VisualStud1 2008軟件平臺(tái)；
[0015](2)Visual Stud1 2008軟件平臺(tái)用于生成衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型和軌道姿態(tài)控制模型；
[0016](3)Veristand軟件平臺(tái)用于將Visual Stud1 2008生成的衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型下注到衛(wèi)星模型仿真機(jī)中實(shí)時(shí)運(yùn)行，并且建立與衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型的數(shù)據(jù)映射，接收衛(wèi)星模型仿真機(jī)傳回來的衛(wèi)星實(shí)時(shí)仿真數(shù)據(jù)；
[0017](4 )LabVIEW軟件平臺(tái)與Veri stand軟件平臺(tái)具有數(shù)據(jù)映射，通過Veri stand軟件平臺(tái)獲得衛(wèi)星仿真數(shù)據(jù)，LabVIEW軟件平臺(tái)運(yùn)行衛(wèi)星的軌道姿態(tài)控制模型，向衛(wèi)星發(fā)送軌道和姿態(tài)控制指令，并將獲得的衛(wèi)星仿真數(shù)據(jù)通過UDP協(xié)議傳輸給視景演示計(jì)算機(jī)。
[0018]所述視景演示計(jì)算機(jī)具體實(shí)現(xiàn)過程如下:
[0019](I)視景演示機(jī)為PC機(jī)，包括Visual Stud1 2008軟件平臺(tái)，STK軟件平臺(tái)；
[0020](2)Visual Stud1 2008軟件平臺(tái)創(chuàng)建基于MFC的顯示界面應(yīng)用程序，顯示界面應(yīng)用程序中包括有UDP數(shù)據(jù)接收模塊和視景顯示模塊；
[0021](3)UDP數(shù)據(jù)接收模塊包括通信協(xié)議的設(shè)置，包括端口、地址、套接字等，用于接收數(shù)據(jù)處理機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)；
[0022](4)視景顯示模塊將STK中的STKX組件集成到顯示界面應(yīng)用程序中，其中STKX組件包括分析引擎接口控件、2D Map控件和3D Globe控件和圖形分析控件，顯示界面應(yīng)用程序通過分析引擎接口控件提供的ExecuteCommand接口向STK發(fā)送連接命令，將UDP數(shù)據(jù)接收模塊接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到STKX的2D Map控件和3D Globe控件，完成STK 2D和3D的顯示功能；顯示界面應(yīng)用程序中自定義的顯示控件用于動(dòng)態(tài)顯示衛(wèi)星三軸姿態(tài)變化曲線。
[0023]一種基于STKX組件的衛(wèi)星視景實(shí)時(shí)仿真方法，實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0024](I)在數(shù)據(jù)處理機(jī)上，通過Visual Stud1 2008軟件生成衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型和軌道姿態(tài)控制模型，將動(dòng)力學(xué)模型通過Ver i stand軟件平臺(tái)下注到衛(wèi)星模型仿真機(jī)中的Veristand實(shí)時(shí)軟件服務(wù)平臺(tái)中，將軌道姿態(tài)控制模型加載到LabVIEW軟件平臺(tái)中；
[0025](2)啟動(dòng)衛(wèi)星模型仿真機(jī)中的Veristand實(shí)時(shí)軟件服務(wù)平臺(tái)，運(yùn)行下注到里面的衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型，并將每一步的仿真數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)處理機(jī)的Veristand軟件平臺(tái)上；
[0026](3)數(shù)據(jù)處理機(jī)中的LabVIEW軟件平臺(tái)通過數(shù)據(jù)映射得到Veristand軟件平臺(tái)接收的仿真數(shù)據(jù)后，一方面運(yùn)行軌道姿態(tài)控制模型向衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型發(fā)送控制指令，一方面將仿真數(shù)據(jù)通過UDP協(xié)議發(fā)送給視景演示機(jī)；
[0027](4)視景仿真機(jī)中的顯示界面應(yīng)用程序收到數(shù)據(jù)處理機(jī)傳來的仿真數(shù)據(jù)后驅(qū)動(dòng)STKX組件以及自定義的顯示控件，對(duì)衛(wèi)星狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
[0028]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0029](I)本發(fā)明的衛(wèi)星模型仿真機(jī)、數(shù)據(jù)處理機(jī)和視景演示機(jī)通過數(shù)據(jù)流進(jìn)行連接，將衛(wèi)星模型的底層運(yùn)行，模型控制以及可視化顯示進(jìn)行分布式管理。
[0030](2)本發(fā)明將衛(wèi)星模型下注到衛(wèi)星模型仿真機(jī)中運(yùn)行，處理速度達(dá)到了實(shí)時(shí)仿真的要求，能夠仿真出衛(wèi)星真實(shí)運(yùn)行的時(shí)序。
[0031](3)本發(fā)明采用的衛(wèi)星模型具有可移植性、可擴(kuò)展性且具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，經(jīng)過少許改動(dòng)就可以移植到星上計(jì)算機(jī)，為后續(xù)的半物理仿真乃至型號(hào)任務(wù)的研制打下基礎(chǔ)。
[0032](4)本發(fā)明的視景演示機(jī)將STKX組件技術(shù)嵌入到顯示界面應(yīng)用程序的開發(fā)中，充分利用STK中的2D、3D可視化界面，并且加入了自定義的圖形顯示界面，構(gòu)建了一個(gè)逼真的衛(wèi)星在空間運(yùn)行的可視化仿真系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)原理圖；
[0034]圖2是本發(fā)明的運(yùn)行流程圖；
[0035]圖3是本發(fā)明衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型生成原理圖；
[0036]圖4是本發(fā)明視景界面原理圖；
[0037]圖5是本發(fā)明視景演示仿真機(jī)的運(yùn)行效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0039]圖1是本發(fā)明基于STKX組件的衛(wèi)星視景實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖，包括衛(wèi)星模型仿真機(jī)、數(shù)據(jù)處理機(jī)和視景演示機(jī)，衛(wèi)星模型仿真機(jī)包括PharLap實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、Veristand實(shí)時(shí)軟件服務(wù)平臺(tái)和衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型，數(shù)據(jù)處理機(jī)安裝有Veristand軟件平臺(tái)、LabVIEW軟件平臺(tái)和Visual Stud1 2008軟件平臺(tái)。視景演不機(jī)安裝有Visual Stud12008軟件平臺(tái)和STK軟件平臺(tái)。數(shù)據(jù)處理機(jī)中的Visual Stud1 2008軟件用于生成衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)模型和軌道姿態(tài)控制模型，Veristand軟件平臺(tái)用于將生成的衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型的動(dòng)態(tài)鏈接庫下注到衛(wèi)星模型仿真機(jī)的Veristand實(shí)時(shí)軟件服務(wù)平臺(tái)中運(yùn)行，并且建立與衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型的數(shù)據(jù)映射，接收衛(wèi)