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面向航天发射的仿真训练系统研究与总体设计

作　者: 张桂洪
导　师: 冯冬竹；郑永煌
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 航天发射 高层体系结构(HLA) 仿真训练系统 半实物仿真
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 研究背景  7
  1.2 仿真技术的发展及其在航天发射训练领域的应用  7-11
    1.2.1 分布式仿真技术  8-10
    1.2.2 虚拟现实技术的发展  10-11
  1.3 本文主要工作  11-13
第二章 航天发射仿真训练系统体系结构  13-23
  2.1 系统研制的意义  13
  2.2 系统研制的需求分析  13-14
    2.2.1 航天发射针对性训练的内容和特点  13-14
    2.2.2 仿真训练系统研制需求  14
  2.3 仿真训练系统体系结构  14-16
    2.3.1 仿真训练应用模块组成及功能  14-16
    2.3.2 仿真训练系统体系结构  16
  2.4 基于HLA的仿真训练系统框架设计  16-23
    2.4.1 HLA的基本概念  16-18
    2.4.2 选择HLA仿真框架的理由  18-19
    2.4.3 基于HLA/RTI仿真原理及实现方法  19-21
    2.4.4 基于HLA/RTI的航天发射仿真训练系统框架  21-23
第三章 火箭测试发射仿真训练系统总体设计  23-35
  3.1 仿真训练系统体系结构  23-25
  3.2 仿真训练系统建模  25-31
    3.2.1 系统逻辑关系建模方法  25-26
    3.2.2 火箭箭上产品数字化建模方法  26-28
    3.2.3 测试发射设备建模方法  28-31
  3.3 发射地勤支持仿真分系统初步设计  31-35
    3.3.1 系统体系结构  31-32
    3.3.2 C3I仿真代理  32
    3.3.3 消防摆杆接口转换装置  32-35
第四章 火箭飞行仿真系统总体设计  35-43
  4.1 火箭飞行仿真系统体系结构  35-36
  4.2 弹道仿真建模方法  36-37
  4.3 遥测参数仿真建模方法  37-38
  4.4 火箭飞行视景仿真  38-43
    4.4.1 基于Vega Prime的三维视景框架  38-39
    4.4.2 三维实体建模  39
    4.4.3 多分辨率大地形建模技术  39-40
    4.4.4 视景仿真运行流程  40-43
第五章 测控半实物仿真训练系统总体设计  43-49
  5.1 测控半实物仿真系统体系结构  43-44
  5.2 测控仿真代理初步设计  44-45
  5.3 测控设备模拟器初步设计  45-49
    5.3.1 光学设备模拟器  45-46
    5.3.2 雷达设备模拟器  46
    5.3.3 遥测设备模拟器  46-49
第六章 航天发射仿真训练系统的实现  49-63
  6.1 系统集成中的关键技术  49-55
    6.1.1 设计标准化  49-50
    6.1.2 基于跨协议互连的实装设备实时无缝连接技术  50-52
    6.1.3 测控半实物仿真时间控制机制  52-55
  6.2 系统软件体系  55
  6.3 系统硬件体系  55-57
  6.4 系统应用模式  57-58
    6.4.1 全系统模拟训练模式  57
    6.4.2 局部模拟训练模式  57-58
    6.4.3 岗位考核模式  58
    6.4.4 过程再现模式  58
  6.5 系统应用效果  58-63
第七章 总结与展望  63-65
  7.1 航天发射仿真训练系统的特点  63
  7.2 系统存在的不足和下一步研究方向  63-65
致谢  65-67
参考文献  67-71
在读期间研究成果  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
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