面向临近空间飞行器测控通信的综合仿真平台设计与实现

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测控通信系统是临近空间飞行器执行任务的基本保障,考虑到临近空间飞行器飞行实验的成本和难度,在进行飞行试验之前进行理论仿真计算有利于研究的高效率进行。然而临近空间飞行器测控通信研究所涉及的学科种类多,学科交叉性强,各学科仿真软件碎片化严重,集成性低,灵活性差,并且仿真结果展示也不够具体形象。因此将各学科的仿真软件集成到一个综合仿真平台上,为研究人员的一站式仿真提供基础支撑具有重要意义。针对当前临近空间飞行器测控通信仿真中面临的问题,本文设计并实现了一个面向临近空间飞行器测控通信的综合仿真平台。在分布式联合仿真的同时,着力解决软件集成、任务调度和数据管理等问题,并且结合虚拟视景仿真技术,直观地复现了临近空间三维动态场景,为临近空间飞行器测控通信仿真研究提供了高效的解决方案。本文首先根据临近空间研究人员在科研仿真中遇到的场景与问题,从功能需求和非功能需求两方面对平台进行了详尽的需求分析,并对平台的设计约束作出说明;其次,根据平台的设计目标,提出了一种通用的仿真模型,即软总线-构件仿真模型,该仿真模型可以很好地解决大型仿真系统中的软件集成问题。基于此仿真模型,结合平台的总体需求,本文从初步架构、分层架构和物理架构三个方面阐述了平台的总体架构设计方案,并对设计中存在的任务调度、数据管理等关键问题提出了相应的解决方案;再次,通过提出一种基于软总线-构件仿真模型的仿真系统开发方法,降低了仿真系统的开发难度,实现了平台中仿真构件、软总线、总控制端和图形用户界面的快速开发;最后,阐述了真实软硬件环境下平台的部署流程,并从功能测试和性能测试两方面对平台进行了测试,测试结果表明平台的各项功能和性能指标都符合预期,满足平台的设计目标与总体需求。本文设计并实现的综合仿真平台基于软总线-构件仿真模型,采用了低耦合的组织架构,仿真软件不需要太多修改即可集成到平台中,保证了良好的扩展性和可维护性。通过设计合理的任务调度算法及可靠的数据管理策略,可以最大程度地提高分布式仿真计算的效能、降低仿真数据的冗余。此外,本文提出的软总线-构件仿真模型具有通用性,故可以将其应用到其它的大型仿真系统中。
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