中國電子科技集團(tuán)公司第20研究所　王　甲　姜　希

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STK/Connect在態(tài)勢(shì)模擬系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

中國電子科技集團(tuán)公司第20研究所王甲姜希

【摘要】針對(duì)現(xiàn)有態(tài)勢(shì)模擬系統(tǒng)仿真度低、成本高昂等問題，提出了一種基于STK/Connect的態(tài)勢(shì)模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過單元與STK/ Connect中間件耦合的方式，構(gòu)建出具有擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活快捷特點(diǎn)的態(tài)勢(shì)模擬系統(tǒng)，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)快速模擬與推演具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】態(tài)勢(shì)模擬；STK；STK/Connect 組件；中間件

0　引言

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，包括敵我各參戰(zhàn)單元的實(shí)時(shí)狀態(tài)如位置、姿態(tài)、武器等信息,為戰(zhàn)場(chǎng)決策與指揮提供了基本依據(jù)，是現(xiàn)代軍事戰(zhàn)爭(zhēng)C4ISR的基礎(chǔ)。

現(xiàn)有的基于STK的態(tài)勢(shì)模擬相關(guān)解決方案中，[1]實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星和地面單元集成的全仿真模擬系統(tǒng)，但其非衛(wèi)星單元仿真度低，不具備擴(kuò)展能力；[2]將以Web應(yīng)用程序?yàn)檩d體實(shí)現(xiàn)了三維態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)，對(duì)分布式、半實(shí)物的單元不具備支持能力；[3]使用HLA/RTI框架構(gòu)建了仿真方案，但是復(fù)雜度高，仿真成本高。

本文以STK/Connect組件為基礎(chǔ)，通過中間件/內(nèi)嵌的方式構(gòu)建連接各設(shè)備的態(tài)勢(shì)模擬系統(tǒng)，其擬真度高，擴(kuò)展性強(qiáng)，同時(shí)便于根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備快速搭建模擬系統(tǒng)。

1　STK與STK/Connect簡介

衛(wèi)星工具包STK(Satellite Tool Kit)是航天領(lǐng)域中先進(jìn)的系統(tǒng)分析軟件，由美國分析圖形有限公司(Analytic Graphics Inc.)研制，用于分析復(fù)雜的航天、航空、陸地及海洋任務(wù)。它可提供逼真的二維、三維可視化動(dòng)態(tài)場(chǎng)景以及精確的圖表、報(bào)告等多種分析結(jié)果，也可用于衛(wèi)星軍事應(yīng)用中的戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、覆蓋分析、打擊效果評(píng)估等。STK/Connect 是STK 的重要模塊之一，提供用戶在C/S環(huán)境下與STK進(jìn)行交互。

2　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

建立天地一體化態(tài)勢(shì)模擬系統(tǒng)的核心是在全程可視化的基礎(chǔ)上，各空、天、地單元在預(yù)先規(guī)劃的獨(dú)立工作流驅(qū)動(dòng)下，模擬系統(tǒng)引擎能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算包括衛(wèi)星過頂、波束覆蓋、通信鏈路等狀態(tài)，并實(shí)時(shí)反饋于態(tài)勢(shì)模擬系統(tǒng)中。

在實(shí)際構(gòu)建模擬系統(tǒng)時(shí)，單元與模擬引擎有兩種鉸鏈方式，一是能夠?qū)⑴c模擬引擎的信息接口植入單元信息系統(tǒng)內(nèi)，構(gòu)成緊耦合的模擬系統(tǒng)；二是在單元與模擬引擎中間加入中間件，該中間件屏蔽了前者多樣化的接口形式，構(gòu)成了松耦合的模擬系統(tǒng)。

本模擬系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備的不同狀態(tài)，采用單元通過單元與STK/Connect接口或通過單元與STK/Connect中間件與STK引擎進(jìn)行鉸鏈。

3　系統(tǒng)組織架構(gòu)及模塊劃分

為降低開發(fā)、維護(hù)成本，本系統(tǒng)將內(nèi)嵌式、中間件式兩種使用方式功能進(jìn)行歸類，劃分為：中間件連接組件、內(nèi)嵌接口組件、共通組件和STK/Connect組件四類。如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)體系架構(gòu)示意圖

1)中間件連接組件由應(yīng)用程序框架、物理接口適配、單元數(shù)據(jù)接口構(gòu)成。其中應(yīng)用程序框架屏蔽了操作系統(tǒng)差異，并通過API提供人機(jī)界面、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理等；物理接口適配可根據(jù)所接駁的單元實(shí)體提供硬件接口；單元數(shù)據(jù)接口解析、提取單元輸出，為核心處理層提供統(tǒng)一輸入。

2)內(nèi)嵌接口組件即為單元應(yīng)用程序接口。該接口向上供單元應(yīng)用程序調(diào)用，向下為核心處理層提供統(tǒng)一輸入。

圖2　態(tài)勢(shì)模擬運(yùn)行時(shí)效果圖

3)共通組件即為核心處理層。該層在上層數(shù)據(jù)接口的支撐下，組織數(shù)據(jù)元素，以STK/Connect組件可識(shí)別的數(shù)據(jù)形式向其發(fā)送單元?jiǎng)?chuàng)建初始化狀態(tài)指令、位置和狀態(tài)更新指令、基于STK鏈路狀態(tài)解析的實(shí)時(shí)消息收發(fā)控制及其他可視化功能。同時(shí)，數(shù)據(jù)記錄功能對(duì)核心處理層的各項(xiàng)操作進(jìn)行記錄用以監(jiān)測(cè)和回放。

4)STK/Connect組件。該組件按照規(guī)定的上層接口接收核心處理層指令，通過調(diào)用Connect組件庫函數(shù)與STK引擎交互，向STK引擎發(fā)送各單元狀態(tài)的同時(shí)，實(shí)時(shí)接收其運(yùn)算結(jié)果。

4　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

核心處理層向上接收單元消息，提取系統(tǒng)所需的必要信息，如經(jīng)度、緯度、高程信息等，并格式化該數(shù)據(jù)元素、調(diào)用STK/Connect組件收發(fā)消息與STK引擎交互，是系統(tǒng)的核心處理樞紐。囿于篇幅所限，本文僅對(duì)核心處理層STKObject類的關(guān)鍵方法進(jìn)行說明：

(1) RUNTIME_ProcSTKCmd():向STK發(fā)送指定命令方法。該方法需要在向STK直接發(fā)送命令字符串的方法中調(diào)用，通過使用STK內(nèi)置的AgConProcessSTKCmd()將自定義的命令發(fā)送給STK引擎，并接收AgTConReturnInfo結(jié)構(gòu)體內(nèi)的返回值。

(2) Comm_CalLinkBetweenTwoObj()：鏈路可達(dá)性計(jì)算方法。該方法在Comm_Broadcast和Comm_Pointcast中均需要在實(shí)施信息交互前調(diào)用，用于確定當(dāng)期上下行鏈路狀態(tài)。通過RUNTIME_ProcSTKCmd()方法向STK引擎發(fā)送“Access [{AccessOptions}] ”指令，并解析返回?cái)?shù)據(jù)確定兩單元和 狀態(tài)。

(3) VIS_ShowConnection()：顯示鏈路狀態(tài)方法。該方法通過RUNTIME_ProcSTKCmd()方法向STK引擎發(fā)送“VO * ObjectLine Add FromObj...”命令，用連接線的方式顯示兩單元間的可見關(guān)系。

(4) VIS_UpdateObjPos()：更新單元位置方法。該方法通過RUNTIME_ProcSTKCmd()方法向STK引擎發(fā)送“SetPosition {PositionType}…”命令，用以更新各單元位置，并在GIS系統(tǒng)上顯示。

5　效果展示

利用已有的單元，在STK中設(shè)置了衛(wèi)星參數(shù)和地面單元信道參數(shù)后，在上述中間件支撐下，快速構(gòu)建了天地一體化態(tài)勢(shì)模擬系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)掌握星地鏈路、信息收發(fā)、衛(wèi)星過頂狀態(tài)等。如圖2所示，分別展示了態(tài)勢(shì)圖、飛機(jī)視角的信息收發(fā)效果和衛(wèi)星廣播信息效果。

6　結(jié)語

本文以STK/Connect組件為基礎(chǔ)，能夠使用現(xiàn)存的單元/單元模擬設(shè)備通過中間件/內(nèi)嵌的方式構(gòu)建分布式天地一體化態(tài)勢(shì)模擬系統(tǒng)，有效地利用了STK專業(yè)、逼真的仿真能力,提高了仿真分析系統(tǒng)應(yīng)用的擬真度，其產(chǎn)生的天地一體化態(tài)勢(shì)對(duì)指揮人員戰(zhàn)前快速構(gòu)建虛擬戰(zhàn)場(chǎng)、逼真推演戰(zhàn)斗進(jìn)程和科學(xué)制定戰(zhàn)斗預(yù)案有較大的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]孫艷紅,劉冰,陳暉,等. 基于STK/ X 的衛(wèi)星系統(tǒng)信息傳輸時(shí)效性仿真[J].無線電工程,2011,41(3):56-58.

[2]方冰,宦國楊,吳畏等. 空天地一體三維態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)應(yīng)用[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù),2015,6(2):76-88.

[3]王 達(dá),邱曉剛, 黃柯棣，基于 STK-RTI 中間件的天地一體作戰(zhàn)建模仿真研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2005,17(2):501-503.