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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。
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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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