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  • 着舰引导_基于HLA的光电着舰引导仿真系统设计

    分类:二月思想汇报 时间:2019-05-23 本文已影响

      [摘 要] 在深入研究 HLA分布式仿真技术、matlab实时仿真技术、OPNET平台仿真机制的基础上,将 HLA分布式仿真技术与matlab 实时仿真平台以及OPNET网络仿真平台相结合,设计了光电着舰引导仿真系统,对光电着舰引导系统和引导数据链系统进行了实时仿真,可用于激励已有机载飞行仿真系统,构成人在环的半物理仿真试验系统,满足进行着舰飞行仿真试验的相关要求。
      [关键词] HLA;OPNET;Simulink;光电着舰引导;仿真;数据链
      概述
      与陆基飞机的着陆相比,舰载机在航空母舰飞行甲板上着舰更为困难。在航空母舰上配置着舰引导系统是保障舰载机安全、高效使用的前提。基于多种光电传感器的着舰引导系统是一种有效途径,并在美、法等国成功实现了研制和装备。光电着舰引导设备是以高精度激光测距/跟踪仪、高分辨率电视CCD和高灵敏度双波段红外热像仪为基础设计的多传感器一体化光电引导技术。该技术使用激光测距/跟踪仪完成着舰飞机的距离、方位角、高低角的精密测量。
      航空母舰全天候着舰引导控制系统原理结构如图1-1所示。
      本论文利用HLA思想结合matlab和opnet仿真平台对光电着舰引导系统及引导数据链进行仿真,设计光电着舰引导仿真系统,并与已有的航母甲板运动仿真系统和飞行仿真系统交联,构建光电着舰引导飞行控制仿真验证系统。
      1.光电着舰引导仿真系统设计
      光电着舰引导仿真系统设计采用分布式仿真体系HLA构建。HLA按照面向对象的思想和方法来构建仿真系统并划分仿真成员,构建仿真联邦。
      根据仿真需求,将本文仿真系统的任务想定为如下情景:
      舰载机到达离航母8n mile处,光电着舰引导系统测得飞机的方位角、仰角以及距航母距离,通过引导数据链送至舰载机任务系统,由飞机飞行控制系统引导飞机至离航空母舰0.75n mile处,使飞机进入光波束助降的人工着舰引导区。
      根据想定,仿真系统主要由四个联邦成员组成:光电着舰引导仿真分系统、引导数据链仿真分系统、航母甲板运动仿真系统、飞行仿真系统。具体的联邦结构图如图2所示:
      其中,光电着舰仿真分系统采用matlab simulink平台仿真设计,采用RTW工具箱构成实时仿真系统,并采用matlab_HLA工具箱与HLA RTI交互。
      引导数据链仿真分系统采用opnet平台仿真设计,采用opnet_HLA接口与HLA交互。
      2.光电着舰引导仿真模块设计
      光电着舰仿真系统主要完成如下功能:
      (1)能够通过以太网与航母运动仿真系统以及舰载机运动仿真系统配合使用,接收和处理来自航母运动(包括纵摇角、横摇角、艏向角等信息)和舰载机运动仿真系统(包括相对舰船距离、运动速度等信息)的数据;
      (2)仿真激光测角、测距性能,形成着舰引导方位偏差信号、下滑偏差信号、距离信号;
      光电着舰仿真系统主要包括两个单元:外部数据接收与处理模块、 激光设备模拟模块。外部数据接收和处理模块不断接收由××型舰航母运动仿真系统传递的舰体运动信号(包括航母的纵摇角、横摇角、艏向角等信息),对影响舰载机着舰的相关信息进行汇总和处理,再将处理后的信息直接传输至激光设备模拟模式,信号处理模块对舰体运动信号及制导信号进行分析处理,得出舰面设备发送过来的数据,通过坐标转换等运算,计算得到飞机着舰所需要的各个数据,包括当前下滑飞行的方位偏差、仰角等信息,形成着舰引导方位偏差信号、下滑偏差信号,最后将相关信号信息通过905数据链仿真系统传输至飞控计算机或在显示屏上显示。
      光电着舰仿真系统采用Matlab/Simulink工具箱开发,并利用MATLAB的实时工具箱RTW(Real-Time Workshop)实现控制任务, RTW采用专用的实时内核代替WINDOWS操作系统接管实时控制任务,可将Intel 80x86/Pentium计算机或PC兼容机转变为一个实时系统,内核任务换行的最小周期是1ms,可以满足仿真的实时性要求。RTW使用外部模式用于实现Simulink模型框图与外部实时程序通讯。使用外部模式,用户可以通过Simulink模型框图对外部程序进行实时参数调整,或通过Simulink提供和各种显示模块对外部程序进行实时监视。
      光电着舰仿真系统与其它系统的数据交互采用matlab_HLA工具箱与HLA交互。
      3.引导数据链仿真分系统设计
      引导数据链仿真分系统采用opnet平台仿真设计,采用opnet_HLA接口与其它模块交互。
      3.1引导数据链opnet仿真实现
      OPNET 网络仿真工具采用离散事件驱动的仿真机制,允许用户使用有限状态机(FSM,Finite State Machine)开发自己的协议。用户建模时采用进程、节点、网络三层建模机制。其中最底层为进程模型,它以有限状态机来描述协议,用于模拟单个对象的行为;其次为节点模型,由相应的协议模型构成,反映设备特性,通过它可将进程模型中的对象互联成设备;最上层为网络模型,用于将设备互联组成网络。
      引导数据链仿真节点模型包括数据发送节点和数据接收节点,其中数据发送节点如图3所示。其中tx-gen模块产生数据链数据包,radio-tx为无线发射机,ant-proc为天线控制模块,ant-tx为天线模块。
      3.2 HLA接口
      为了最大限度地减少用户利用OPNET进行基于HLA分布式仿真的工作量,OPNET提供了一个 HLA接口,用户只需要在仿真场景中加入该接口就可以将OPNET作为一个联邦成员加入到HL A联邦中。如图4所示为OPNET HLA仿真接口在数据链仿真中的作用
      4.结束语
      本文基于分布式交互体系HLA结构,利用matlab simulink工具箱、matlab RTW工具箱、matlab HLA接口工具箱以及opnet仿真平台,对光电着舰引导仿真系统进行了设计,可用于激励已有机载飞行仿真系统,构成人在环的半物理仿真试验系统,满足进行着舰飞行仿真试验的相关要求。
      参考文献:
      [1]刘强,匡镜明,王华. 基于HLA的分布式军事通信网仿真[J].计算机工程,2006,32(12).
      [2]OPNET Technology lnc.HLA User Guide [Z].OPNET Modeler Document , 2003-04.
      [3]姚馨,程安潮,詹雪冰等. 基于HL A的军事通信网规划与优化通用仿真平台[J]. 计算机工程,2006,32(8).
      [4]周彦,戴剑伟,陈少卿等. HLA仿真程序设计[M].电子工业出版社,2002.

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