基于HLA架构的有效载荷数据模拟系统设计

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1、基于HLA架构的有效载荷数据模拟系统设计张敏嫣1、2、刘玉荣2、罗晓艳2、巩应奎2（1.中国科学院研究生院北京100190；2.中国科学院光电研究院北京100190）摘要：HLA架构具有可重用性和可扩展性。本文给出了基于HLA架构的有效载荷数据模拟系统的设计方案，通过向有效载荷数据模拟中引入HLA技术，设计出允许用户动态添加载荷模型，动态创建有效载荷的数据模拟系统。同时，该系统可以根据注入的指令进行动态的仿真，具有更好的灵活性。关键词：有效载荷数据模拟HLA引言随着航天应用的发展，各种深空探测及科学试验日益增多，有效载荷发射前试验、发射后在轨测试、以及长期在轨任务

2、管理等任务急剧增加，需要仿真模拟的载荷也日益增多，复杂度也随之提高，这使得有效载荷运控仿真变得复杂、任务量巨大。有效载荷运控仿真包括数据模拟、流程仿真、可视化仿真。有效载荷数据模拟是有效载荷运控仿真系统的基本组成部分，为有效载荷运控仿真系统中的其它部分提供模拟的数据，是其它仿真的基础。有效载荷数据模拟可以通过仿真技术模拟出真实的有效载荷及其所在的工作环境，包括仪器状态、运控状态、仪器的工作模式、对输入输出数据、注入指令的反应等，向试验人员展示出载荷的实际工作状态下对输入指令的执行结果和对输入资料的处理结果，它可以支持测试，能够用于业务运行管理控制系统的用户培训。本

3、文向有效载荷仿真中引入HLA技术，利用HLA架构的可重用性和可扩展性，构建可扩展的、动态的有效载荷数据模拟系统。1HLA体系结构和功能HLA体系结构是一个开放的、支持面向对象的体系结构。它采用面向对象的思想和方法构建仿真系统，建立不同层次和粒度的对象模型，从而促进了仿真系统和仿真部件的重用。图1.1给出了一个典型的基于HLA技术的仿真系统的层次结构。其中，联邦是用来实现一个特定仿真目的的分布式仿真系统，它由若干个联邦成员组成，成员之间可以实现信息的相互交互。其中，每个成员根据仿真模型的需求，又可由不同的对象组成。627联邦联邦成员联邦成员⋯⋯联邦成员对象⋯⋯对象对

4、象⋯⋯对象对象⋯⋯对象图1.1HLA仿真系统层次结1.1HLA的组成及联邦开发执行过程HLA通过其定义的三部分：框架与规则、接口规范以及对象模型样板(OMT)来实现仿真系统的互操作和可重用的。其中规则包含两个方面的要求，即针对联邦的和联邦成员，确保各成员间实现正确的信息交互；接口规范对RTI所提供的各种服务进行了描述；对象模型模板则对仿真系统中所包含的各种仿真实体的对象模型进行了描述，并用统一的标准和格式进行约束，其中包含对象中需要共享的数据类型和格式的说明。OMT规定了所有联邦对象模型（FOM）的结构，每一个联邦有一个作为这个特定联邦词汇表的FOM模型，FOM是

5、联邦运行时通过RTI交换数据的词汇表。OMT的主要组件包括对象类和交互类。对象是和多个联邦成员有关并因此由RTI来处理的仿真实体。交互是在某一时刻通过RTI传送到其它联邦成员的数据集。HLA联邦开发执行过程分为6个步骤：1.定义联邦目标，即定义联邦开发所有达到的目标。2.开发联邦概念模型，即对所要仿真的真实世界进行抽象性的描述。3.设计联邦，这一过程确定联邦组成，并给各个联邦分配功能。4.开发联邦，这一阶段的目的是开发联邦对象模型(FOM)。5.集成和测试联邦，即检查和测试联邦对象是否达到了仿真的目标。6.运行联邦和分析结果。1.2HLA运行支撑系统采用HLA体系

6、结构的仿真系统，仿真系统的运行和仿真成员之间的交互和协调都是通过运行支撑系统RTI(RunTimeInfrastructure)来实现的。HLA体系结构将仿真和支持框架的功能分离，联邦成员之间不直接对话，它们都连接到RTI上，通过RTI提供的服务来实现相互通信。每一个联邦成员调用适合仿真目标的RTI服务，RTI并不区分联邦成员。每一个联邦成员与RTI之间只有唯一的连接点，对于RTI来说，这个连接点就是联邦成员的628定义。RTI提供给每一个联邦成员的接口称为RTI大使，联邦成员调用这个接口的操作来请求RTI服务。每一个联邦成员也对RTI提供一个称为联邦成员大使的接

7、口，当RTI必须通知联邦成员时，RTI通过调用联邦成员大使的操作来实现。RTI服务有些被定义为RTI大使接口的一部分，有些被定义为联邦成员大使接口的一部分。下图给出了RTI和联邦成员之间的接口。联邦成员联邦成员联邦成员大使联邦成员大使接口RTI大使RTI大使RTI图1.2RTI和联邦成员之间2基于HLA的有效载荷数据模拟系统的设计2.1有效载荷数据模拟系统组成整个有效载荷数据模拟系统分为四部分：管理平台、有效载荷数据管理单元、有效载荷单元、飞行器控制单元。系统架构图如下：629管理平台有效载荷单元配置载荷配置载荷模型、模型、创建创建新的载荷新的载荷有效载荷模型1有

8、效载荷模型