詹焰来[1]2005年在《基于广播内存的飞行器分布式实时仿真系统的设计》文中提出本文采用分布式仿真技术与广播内存网络技术,以航空航天飞行器为研究对象,结合电子科技大学承担的飞行器仿真系统项目,对分布式实时仿真技术在飞行器仿真上的应用进行研究。本文将要研究的分布式飞行仿真系统是针对飞行器系统模型,并结合飞行仿真技术、分布计算技术和可视化技术,在较小地域范围内实现的中小型规模的综合仿真系统。并以此为基础在广播内存网上构建了飞行器分布式实时仿真系统——系统仿真器。测试结果表明广播内存网络技术用于分布式仿真具有较大的优越性。飞行器分布式实时仿真系统设计的指导思想是建立一个层次化、模块化、面向对象的硬件在回路分布式实时仿真系统。根据项目的需求,对设计对象在功能层次上的划分进行了研究,采用广播内存实时网络技术及应用面向对象的方法来完成设计与开发。本文从建模角度和程序设计角度两个不同方面对系统模块组成进行了分析设计,并用接口适配器对系统信号通道进行归一化处理,从而使该仿真系统具有较强的独立性、可重用性、可靠性、可移植性和可扩展性。文章首先对系统的架构和功能进行分析,阐述了对系统层次、模块划分的设计思想和实现方案;然后,由于广播内存在系统中的重要性,着重介绍了广播内存的特点、技术指标及在仿真系统项目中的应用;随后详细介绍了软硬件的设计和实现。最后对飞行器仿真系统设计的下一步工作进行了展望。
伍智锋[2]2003年在《分布式飞行仿真技术研究》文中研究表明本文以航空航天飞行器(如导弹、运载火箭、空间站等)为研究对象，结合飞行仿真技术、分布计算技术和可视化技术，设计开发了一套通用的、适宜飞行器系统细粒度仿真的分布式软件体系——分布式飞行仿真环境(Distributed Flight Simulation Environment，DFSE)，并系统地研究了DFSE系统从应用层子系统设计、分布支撑子系统设计、到交互接口设计的整个过程中所涉及的理论方法和技术原理。 根据飞行器系统细粒度分布仿真的基本要求和特点，DFSE系统采用了当前分布式系统设计中流行的客户／服务器模式、中间件技术和分层设计的思想，并采用面向对象的方法来完成设计与开发。它实现了仿真系统与计算机网络结构的分离、仿真系统内应用子系统和分布式仿真支撑子系统的分离、仿真任务模型与仿真应用平台的分离、以及仿真算法与仿真模型的分离，因此整个仿真系统具有很强的平台独立性、可重用性、可靠性、可移植性以及可扩展性。论文的主要贡献归纳如下： ①对参与设计完成的多个工程应用项目及其研究对象模型的特点进行了深入细致的分析，并在对它们所涉及的分布与飞行仿真技术进行理论深化总结的基础上，阐述了利用共享内存机制来实现仿真节点间数据交互的分布式飞行仿真通用平台的总体解决方案。 ②提出并建立了飞行仿真应用系统的分布式体系结构和软件环境——分布式飞行仿真环境。结合当前仿真领域的先进技术和理论进行了深入系统的研究，通过对飞行仿真的系统需求、任务特点以及技术要求等的仔细分析，考虑系统的通用性和可重用性，详细设计了分布式飞行仿真环境的层次化结构框架体系。 ③进行了DFSE系统分布式支撑核心层的理论方法研究和软件设计开发。通过网络通信中间件的设计，实现了分布式飞行仿真系统跨多种网络平台工作；通过对逻辑共享内存技术的基本思想、构造方法、工作原理以及分类方法等技术理论的深入研究，实现了仿真系统节点间模型数据的透明共享；通过采用事件与时间双重驱动的调度管理机制，实现了对分布式仿真系统运行的有效控制；设计并实现了DFSE系统的多种服务。 ④完成了DFSE系统仿真应用层的设计与开发。系统研究了飞行仿真任务的可分布性、分解原则、任务分配、参数分布以及仿真建模等相关技术理论；设计并实现了DFSE系统应用层的层次化、模块化软件结构体系。 ⑤详细分析了影响分布式飞行仿真系统性能的各种因素，提出了相应的性能改进方法和具体措施，并给出了综合评价系统性能的具体方法和多种性能指标。 ⑥通过对一个典型的工程仿真任务进行分布仿真实验，检验并验证了本文所研制开发的DFSE系统及其技术方法的正确性，实验表明DFSE系统软件操作快捷方便、性能稳定高效、功能强大实用。西北工业大学博士学位论文 作为仿真技术与网络技术相结合的产物，分布式仿真技术己经成为目前实现大型复杂系统仿真的主要技术途径之一。本文研制的DFSE系统是根据飞行器系统细粒度仿真的具体需要来设计完成的一套比较完整的分布式飞行仿真通用平台，它在飞行器系统论证、设计与仿真实验等方面以及相关领域中都有着广阔的应用前景。
吴凯迪[3]2017年在《基于分布功能协同的无人机仿真技术研究》文中研究指明无人机仿真对象的复杂多样化使得传统单机模式下的仿真系统由于可扩展性不足而难以满足仿真需求。本文针对传统单机开发模式的不足,结合部分仿真子系统功能相对固定的特点,提出并实现了节点功能可配置且具有重用性好、易维护、易扩展等优势的多节点协同仿真系统软件。本文主要贡献总结如下:(1)针对样例无人机对象各子系统特性,建立了样例无人机、传感器、伺服作动器以及大气风场的数学模型,实现了样例无人机在真实飞行环境中动力学和运动学特性的模拟。(2)针对仿真软件任务之间耦合关系紧密导致的软件维护难的问题,设计了层次化软件架构,实现了不同软件层的松散耦合。结合模块化开发思路和快速原型技术,设计了具备统一标准接口的节点应用层功能模块,提高了仿真系统软件的可重用性和易维护性。(3)为了实现功能模块的管理和节点间的数据交互,建立了仿真支撑环境,完成了数据分发机制和时钟同步功能的设计,并制定了与应用层数据交互的标准接口,满足了功能模块的重用和硬件资源的透明化的设计要求,使得功能模块按照对应接口规范开发后即可直接运行于支撑环境上,提高了软件的可扩展性。(4)针对软件同层次和跨层次任务调度问题,运用任务划分和优先级分配的方法,保证了仿真系统中各任务的实时调度。运用互斥和总线时序的方法设计了节点内部资源访问策略和节点间资源访问策略,解决了软件协同运行时资源竞争问题,保证了节点间协同运行的可靠性。软件的半物理仿真结果表明:软件功能和性能满足了无人机实时协同仿真的要求,软件在维护性、可扩展性、可重用性方面具有较强的优势。
刘璟[4]2009年在《基于HLA的小卫星编队分布式仿真研究》文中提出小卫星编队飞行技术的应用需要突破队形保持与重构控制、姿态指向一致控制等许多复杂的关键技术难题,这就需要建立地面仿真环境,用于低风险、低代价地测试与验证复杂关键技术解决方案的有效性和可行性。本文重点对小卫星编队仿真进行了以下几个方面的研究:首先,研究了编队飞行相对动力学的表示方法,重点讨论了Hill方程方法以及Hill方程在摄动项等影响下的修正;分析讨论了常见的编队构形,给出了各种队形的相对运动方程;研究了小卫星编队飞行的队形保持控制、姿态指向一致控制的原理和动力学模型。其次,分类介绍了比较常用的仿真方法,介绍了分布式仿真技术的发展历史和现状;着重介绍了HLA的思想和主要特点,以及HLA规则、接口规范、对象模型模板这叁方面组成;介绍了联邦运行支撑环境RTI;说明了基于HLA的分布式仿真技术能很好地体现卫星编队飞行的设计与运行要求,对应用于小卫星编队飞行仿真具有重要价值。然后,重点研究了小卫星编队仿真任务的特点,采用基于HLA的分布式仿真技术,设计了小卫星编队飞行分布式仿真平台的结构、接口和联邦对象模型,将联邦划分为管理者联邦成员、人机交互联邦成员、卫星联邦成员、观测者联邦成员和可视化联邦成员,对每一个联邦成员进行架构设计、接口设计,并编程实现。在仿真平台中嵌入了编队飞行轨道计算模块、队形保持控制模块、姿态计算及指向一致控制模块。实现了一个能够验证编队飞行队形和姿态控制等关键技术解决方案的,适用于多种编队构形,可扩展的分布式仿真平台。最后,使用小卫星编队仿真平台对水平面投影圆形叁星编队和成像高度计叁星编队进行了仿真,验证了编队飞行队形保持控制与姿态指向一致控制模块的有效性。
陈朋[5]2016年在《无人机分布式协同仿真技术研究》文中研究说明随着无人机的广泛应用,无人机仿真软件的规模和功能越来越复杂,使得传统单机环境下的无人机仿真难以满足要求。为了解决单机仿真环境下的不足,同时提高无人机仿真软件的可重用性和通用性,本文设计开发一种仿真应用与平台相分离的无人机分布式协同仿真软件,满足了无人机大系统协同仿真的要求。首先,在分析协同仿真软件功能和性能需求的基础上,给出了仿真软件的整体设计方案,并将仿真软件划分为无人机运动学/力学、空气动力学、发动机、传感器、舵机仿真功能模块和仿真管理模块两个部分。仿真管理模块提供了分布式仿真支撑环境,为功能模块提供了一个数据交互管理平台,使功能模块在仿真管理模块的协同调度与管理下,实现无人机系统综合仿真。其次,对功能模块和仿真管理模块进行了详细设计。在建立无人机对象模型的基础上,利用快速原型技术对无人机对象模型进行模块化设计,生成了具有统一标准接口的功能模块。采用分层设计思想,将仿真管理模块划分为应用层、调度管理层和通信层,各层之间通过标准接口相互协作,实现了功能模块与仿真管理模块的协同运行。之后,从实时多任务的角度,研究无人机协同仿真软件的任务调度机制,详细设计了任务调度策略和任务间资源访问策略,确保了系统数据的安全性和系统运行的实时性、可靠性。最后,通过半物理飞行仿真试验,从功能和性能两个方面对无人机协同仿真系统进行了综合验证和测试。结果表明无人机分布式协同仿真软件能够实现分布式环境下的无人机仿真功能,满足实时性和可靠性要求。
林创欢[6]2017年在《无人机飞控半物理仿真系统设计与实现》文中提出无人飞行器飞行控制系统是飞行器的控制核心,主要完成飞行任务控制,姿态解算和飞行指令控制等功能,在无人机研发过程起到关键作用。无人机飞控系统半物理仿真平台是为无人机现场飞行仿真量身定制的仿真测试设备,为成型机飞行试验前的系统测试与飞行品质评估提供方便的可视化测试手段。本论文在分析不同的半物理仿真系统的实现方案的基础上,基于现场仿真需求和实时性运行环境基础上对仿真系统的各项相关关键技术和仿真总体架构进行分析研究,设计了一种基于嵌入式数据采集前端和分布式实时仿真系统的飞行仿真解决方案。该方案解决了传统实验室条件下,仿真系统体积较大不便外场携带的缺陷。同时由于系统采用模块化设计,由顶而下的设计思想解决了维护成本高且系统庞杂的弊端。在完成半物理仿真系统的原理分析与总体方案设计基础上,结合系统的关键技术指标和关键技术的分析后,本论文分别以仿真硬件实现方案设计与飞行仿真建模软件设计两部分进行详细的设计分析。首先,对无人机飞行控制数据流分析基础上,提出基于嵌入式系统的仿真数据采集系统的硬件与软件解决方案。出于实时性的需求提出了采集系统的实时操作系统移植问题来保证时间确定性。其次,在对飞行仿真建模的解决方案分析基础上,提出了分布式仿真的模型软件设计解决方案。然后在总体方案基础上着重介绍设备接口模型的详细设计和仿真模型的代码自动生成与调试。最后,完成对半物理仿真系统的仿真模型测试与飞行半物理闭环仿真测试。本论文实现的飞控系统半物理仿真平台基本完成了飞行控制系统仿真验证的指标需求,对各项性能测试后能覆盖飞控系统的各项飞行任务需求。与实验室环境下的大型半物理仿真设备相比,本平台的稳定性和功能实现基本一致,飞行仿真测试没有出现系统崩溃和丢包等不稳定状况。在实现相同功能前提下能最大限度满足便携性需求,结合分布式仿真系统能在外场条件下实现飞行仿真与叁维视景实时显示飞行姿态与航迹。
王孜[7]2010年在《基于HLA的探空火箭仿真系统的轨道仿真模块体系结构与实现》文中研究说明随着计算机网络技术以及数值仿真技术的发展,仿真技术越来越多地应用到航天航空领域。探空火箭仿真系统正是基于这一背景而提出。其中,探空火箭运载系统仿真作为一个重要联邦,它结合了探空火箭仿真系统中两种最主要的仿真技术:HLA分布式仿真技术和数值仿真技术,通过探空火箭运载系统数值模型的实时计算结果,还可对视景中的探空火箭飞行过程进行驱动,模拟探空火箭飞行的全过程。本文重点对探空火箭仿真系统进行了以下几个方面的研究:首先,分析了探空火箭系统仿真任务的特点和需求,并针对其采用探空火箭六自由度飞行模型进行仿真。同时,考虑到风对探空火箭飞行轨道的影响,选用自动变步长迭代的方法,模拟探空火箭的风修弹道模型。然后,分类介绍了比较常用的仿真方法,介绍了分布式仿真技术的发展历史和现状;着重介绍了HLA的思想和主要特点,以及HLA规则、接口规范、对象模型模板这叁方面组成;介绍了联邦运行支撑环境RTI;说明了基于HLA的分布式仿真技术能很好地体现探空火箭仿真系统的设计与运行要求,对应用于探空火箭仿真系统中具有重要价值。最后,重点研究了探空火箭运载系统仿真任务的特点,采用基于HLA的分布式仿真技术,设计了探空火箭运载系统轨道仿真模块分布式仿真平台的结构、接口和联邦对象模型,将联邦划分为管理者联邦成员、人机交互联邦成员、探空火箭联邦成员、和观测者联邦成员,对每一个联邦成员进行架构设计、接口设计,并编程实现。在仿真平台中嵌入了探空火箭飞行轨道计算模块和风修补偿模块,实现了一个适用于多种探空火箭,能够验证探空火箭飞行轨道并对其进行风修补偿的,可扩展的分布式仿真平台。
张桂洪[8]2010年在《面向航天发射的仿真训练系统研究与总体设计》文中认为随着我国航天事业的迅猛发展,尤其是载人航天工程的顺利实施,对发射试验的组织指挥、测试发射操作质量和测量控制能力提出了更为苛刻的要求。对于发射场而言,由于缺少实装设备,无法实施测试发射过程的集成训练,严重制约了测试水平的提高和向实战能力的转化。仿真技术的发展,尤其是现代分布式仿真和虚拟现实技术的发展,给发射场信息化条件下训练提供了有效途径。基于上述现实需求,本文对系统进行了研究和总体设计。以运载火箭的测试发射、测量控制、指挥通信综合训练为目标,采用分布式仿真、数值仿真和视景仿真技术,建立火箭测试发射仿真、火箭飞行仿真和测控半实物仿真系统,突破实装设备实时无缝连接技术,形成一套融合实装设备和数字仿真系统的航天发射仿真训练系统,为航天发射任务的测试发射操作提供虚拟训练设备,为测控跟踪训练提供模拟目标信息源。文章首先分析了仿真训练系统需求,确定了系统组成及各模块功能,结合高层体系结构(High Level Architecture, HLA)分布式仿真理论,建立了基于HLA／RTI的、融合半实物系统和数值仿真系统的航天发射仿真训练系统体系结构。其次,根据仿真训练要求,提出了火箭测试发射仿真、火箭飞行仿真、测控半实物仿真的体系结构；研究了基于数值仿真和Labview建模的火箭测试发射仿真技术,研究了火箭飞行仿真系统的弹道仿真、遥测数据仿真和基于Vega Prime视景仿真技术,研究了基于仿真代理和设备模拟器的测控半实物仿真技术。最后,文章提出了系统的集成方式和关键技术。目前,仿真训练系统已完成第一阶段开发。系统实现解决了航天测试发射所面临的难题,达到了总体设计目标。
胥文[9]2008年在《基于HLA的某大型飞行模拟器分布式系统设计与实现》文中指出某大型运输机飞行模拟系统是空军重点项目,是一个模块众多,交联关系复杂的大型飞行仿真系统。作为飞行模拟系统的重要组成部分,多机联网系统训练一直是研制的重要方向。目前能够实现多台飞行模拟器进行比较大规模的异地、实时战术战法训练的手段并不多,分布交互训练系统是各个国家所广泛采用的成熟技术。作为这其中的代表性技术,HLA高层体系结构以其标准性、广泛性而着称,也是今后模拟器进行异地联网训练的主要平台技术。论文通过分析飞行模拟系统的需求,利用HLA的管理方法实现了对本飞行模拟系统的联网控制。本文研究结果可进一步推广到多台、异地、不同类型的模拟器的仿真系统的设计,特别是针对飞行模拟器设计中比较难解决的部分问题,如战术战法训练等方面提供了解决方法,提出了解决同类问题的思路。论文研究结果通过了模拟器的综合验收,且取得了较好的效果。
刘民岷[10]2011年在《基于网格计算的分布式仿真关键问题研究》文中提出分布式仿真技术以其灵活、高效和经济的特点在短短的几十年时间内得到了迅猛的发展,并广泛应用于航空、军事、社会经济及游戏娱乐等诸多领域,成为人们进行系统分析、设计、测试、试验、预测及操作训练的有力工具。分布式仿真技术已经成为了继理论研究和实验研究之外,人们认识和改造客观世界的第叁种重要手段。高层体系结构(High Level Architecture,HLA)着眼于解决分布式仿真的互操作和可重用问题,已成为构建分布式仿真系统的事实标准。基于HLA的分布式仿真技术在众多领域都得到了广泛的应用。但是,随着仿真应用领域的不断扩大,仿真系统的规模和复杂度也不断提高,对计算资源、存储资源、通信资源以及专用仿真软硬件的要求也越来越高。传统基于HLA的仿真应用正越来越多地受到计算资源利用率相对低下、缺乏动态负载平衡能力和有效的安全机制、海量数据难以存储和及时有效处理等诸多问题的困扰,这已成为制约HLA在大规模分布式仿真领域进一步发展的瓶颈。近年来,网格技术和Web服务技术的出现,为解决传统HLA仿真应用存在的问题提供了一个新的途径,基于网格技术的HLA仿真技术逐渐成为了仿真领域的研究热点。本文利用网格服务相关技术,提出了一个用于构建大规模、跨网络的分布式应用的框架GADS,并就基于网格服务的分布式仿真系统的若干关键问题进行了深入研究和探讨。论文的主要研究内容包括:针对基于HLA的分布式仿真技术存在的不足,分析了当前流行的解决方案及其优缺点,确定了基于网格计算和Web服务的分布式仿真的研究方向,并设计了基于网格计算的分布式仿真框架GADS。该框架中创新性地引入了仿真代理层的概念,通过代理层的引入,提高了仿真的灵活性和性能。在GADS仿真框架的基础上,提出了基于GADS的分布式仿真系统构建方法和构建流程;并分析了基于GADS框架的分布式仿真交互运行过程。研究了GADS框架下的仿真任务调度服务及负载平衡策略。定义了基于主机负载平衡度及网络通信代价的仿真任务调度算法评价标准,并以此为目标函数设计了基于无向完全图UCG的仿真任务调度算法。在此基础上,针对大多数分布式仿真呈现出通信交互密集的特征,进一步提出了基于UCG的通信优先两级调度算法,并分析了该算法的优点及应用场合。针对动态调度问题,定义了系统负载平衡度概念及计算方式,并提出了GADS框架下的负载平衡策略。借助于GADS框架中引入的仿真代理层,对现有邦员迁移算法进行优化,设计了一个免冻结的仿真邦员迁移协议GFMP。该协议采用两阶段迁移的方式,并且在迁移过程中只需修改仿真代理的代理对象,仿真源节点和目标节点可以在一定的程度上重迭运行,从而无需在迁移过程中冻结整个仿真的执行,有效提高了实施负载平衡的效率。HLA时间管理作为分布式仿真开发过程中的可选服务,提供了多种时间管理策略,但都还不够成熟,存在着诸多问题。本文对流行的保守时间推进机制进行了全面研究,分析了基于时间前瞻量和GALT的保守时间推进算法的代价及死锁问题;并在重点分析经典的Frederick算法的基础上,设计了一个基于GALT的保守时间推进改进算法,该改进算法可以避免Frederick算法中出现的死锁问题。针对乐观时间推进策略,提出了检查点设置周期算法,该算法综合考虑了回滚概率和可能回滚长度两个因素,通过合理的检查点设置,实现了对常规乐观时间推进算法的性能优化。创新性地将向量时间引入到乐观时间推进机制研究中,并定义了向量时间更新策略,进而提出回滚向量的概念并利用经典仿真推进案例分析了基于向量时间的回滚算法,在此基础上设计了基于向量时间的分布式仿真乐观推进算法。鉴于HLA规范在仿真安全管理方面的缺失,在GADS框架下设计了分布式仿真安全体系结构,并给出了GADS框架下的安全策略。针对在开放网络中进行安全分布式仿真问题,提出了一个零副作用的组密钥更新算法,算法避免了基于树结构的密钥更新算法的弊端,在成员加入或退出时,可以在不影响其余组员的情况下更新组密钥。该算法不仅可以应用于基于GADS框架的分布式仿真中,也可以应用于其他所有需要安全组播通信的场景。另外,设计了一个基于可信计算的可信传输协议,用于在开放的网络环境下进行可信的数据传输,该协议可应用于邦员跨安全域迁移的情况,也适用于其他需要进行可信传输的场景。在GADS仿真框架的基础上,设计实现了一个分布式测试仿真系统,该系统作为2008年度总装重点试验项目主要内容,目前已经投入试运行,系统各项指标均达到标准,运行状况良好。目前该项目正在申请全军科技进步一等奖。
参考文献：
[1]. 基于广播内存的飞行器分布式实时仿真系统的设计[D]. 詹焰来. 电子科技大学. 2005
[2]. 分布式飞行仿真技术研究[D]. 伍智锋. 西北工业大学. 2003
[3]. 基于分布功能协同的无人机仿真技术研究[D]. 吴凯迪. 南京航空航天大学. 2017
[4]. 基于HLA的小卫星编队分布式仿真研究[D]. 刘璟. 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）. 2009
[5]. 无人机分布式协同仿真技术研究[D]. 陈朋. 南京航空航天大学. 2016
[6]. 无人机飞控半物理仿真系统设计与实现[D]. 林创欢. 电子科技大学. 2017
[7]. 基于HLA的探空火箭仿真系统的轨道仿真模块体系结构与实现[D]. 王孜. 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）. 2010
[8]. 面向航天发射的仿真训练系统研究与总体设计[D]. 张桂洪. 西安电子科技大学. 2010
[9]. 基于HLA的某大型飞行模拟器分布式系统设计与实现[D]. 胥文. 吉林大学. 2008
[10]. 基于网格计算的分布式仿真关键问题研究[D]. 刘民岷. 电子科技大学. 2011
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