國爨辯學技寒大學研究生院硬學整論文 摘要 原始數(shù)據(jù)生成仿真試驗是導航系統(tǒng)仿真試驗的重要組成部分。原始數(shù)據(jù)生成 的模型體系涉及諸如天文、大氣、通信等多學科領域，需要多部門的協(xié)同工作才 能實現(xiàn)其仿真功能。由于模型和算法繁多，接翻和數(shù)據(jù)流關系復雜，傳統(tǒng)的建模 謗真方法難以適應原始數(shù)據(jù)生成彷真羲要求。仿真模型可移挺性( s i m t d a t i o nm o d e l p o r t a b i l i t y , s m p ) 具有模型接口標準化、簡單化、模型的運行機制與模型分離等特 點，特捌適合包括原始數(shù)據(jù)生成在內的航天器仿真。本文根據(jù)s n i p 的第二版本 s m p 2 鮑備釋集成方法靜特點，建立了基予s m p 2 斡霖始數(shù)據(jù)生成模型框。最辱針 對該模型框架，討論了試驗調度方法和仿真試驗分析。 論文以導航系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)生成仿真為研究背景，圍繞原始數(shù)據(jù)生成的模型 框架展開研究。具體研究內容和技術剖薪包括： 3 2 0 ) ，以及這些公式中所包禽的算法，我們可以得到偽距計算的數(shù)據(jù)流圖 3 3 ；根據(jù)載波相位鶼計算公式( 3 。2 1 ) 、( 3 - 2 2 ) 戩及這些公式中怠禽的算法，我霞可 以得到載波相馕的計葬過程數(shù)據(jù)流圖3 。4 ；根據(jù)信嗓比的計算公式( 3 1 2 ) g 既, s a t , p o s o ；獲取衛(wèi)星當前位置 m _ s a t v a l = p i s a t 一 g 哉v a o ；t 獲取衛(wèi)星當前速度 ：r d o ：r d g m o d e l ：g r o u n d s e 舀n m t ：i s t a t i o n p i s t a t i ；l l 地面站指針 m _ 2 s t a t i o n p o 乎篁p l s t a t i o a - g e t s t a t i o n p o s o ，獲取地面站位置 l o i s t a t i o n - s e f l o n o d d a y ( m _ f l o n o s l 9 h e r i c d d a y ) ；設置電離層延遲 另外，基于接口的集成必須在仿真模型裝配階段提供接口與接口實現(xiàn)模型之 間的鏈接。我們將在4 4 中說明接口與模型之間的鏈接。 4 2 基于事件集成的模型框架 基于事件的集成允許模型間自動的數(shù)據(jù)傳播。擁有事件源( e v e n ts o u r c e s ) 的 模型( 稱為發(fā)布者p u b l i s h e r ) 可以被連接到一個或多個擁有同樣事件類型的事件槽 ( e v e ms i n k s ) 的模型( 稱為使用者c o n s u m e r ) 。無論何時，事件源模型中的事件 被觸發(fā)，將激活對應的所有事件槽的事件旬柄。為了區(qū)分不同類型的事件，每個 事件具有一個事件類型。該類型定義了在事件激活時傳遞給事件旬柄的數(shù)據(jù)( 事 件定義了數(shù)據(jù)簽名) ?；谑录傻臋C制如圖4 3 所示。 事件類型 的事件源 - - - 事件類型 的事件槽 圖4 3 基于事件的集成機制示意圖 如圖所示，基于事件的集成必須聲明事件類型( e v e n tt y p e ) ，事件類型可以是 s m p 2 支持的事件數(shù)據(jù)類型。目前s m p 2 只支持基本數(shù)據(jù)類型，如布爾類型b o o l 、 8 位的字符類型c h a r 8 、3 2 位的整型u i n t 3 2 等。事件發(fā)布模型和事件響應模型必 須使用一致的事件類型，并且在裝配過程中，將事件源和事件槽鏈接。 第5 2 頁 國防科學技術大學研究生院碩士學位論文 黔。腫s p h e r i c o e l a b d m o d e 啜 ；l o n o s p h e d c f e s o u r c e ：d a t e t i m q n ： 蕊f l o n o s p h e r i c d e l a y d o u b l e ；m 臼s a t p o s ：p o s s t r u c t，薅 甜nj o s t a t i o n p 0 8 ：p o s s t r u c t臻 囊 。細n t e p oi 十c o m p u t e e p o ”疆 - i o n e x e p o ：茲 ；c o m p u t e l o n o d e l a y o - d o u b l e麓 魄j 。一?！比?。；m r 鼢如誠。灞 土 、l o n o s p h e r j c f e m o d e i ”習 q o n o s p h e r i c f e s i n k ：d a t e = t i m e 麓 搿8 釁e ：d a t a t i m e秀 ：s t o p f e ：d 毹a t i m e 一 。 釉n t 睜( )+ 7 要 c 附e e p o ， 湊 o n o e p h e n c f e s t n k e v e n t h a n d l e r o 4 1 r z 霪貉。彤“刎鼢瓣磚協(xié)移懈鋤磐：，蜒? 檔裙糕 影 l r o p o s p h e r i c d e l a y m 。d e i 駕 * t r o p o s p h e d c f e s o u r c e ：d a t a t i m e ! ； ，橢f t r o p o s 曲e r e l a y ：d o u b l e 羹 啪p s a t p o s ：p o s s t r u c t ， 。鬻 ；m ： 鑲_ p s t a t i o n p o s p o s s t r u c t r? _ 哺e p o j l i , c o m p u t e e p o 鬟 t ，v 0 ：e x e p ，麓c o m p u t e t r o p o d e l 州) ：d o u b l e ，湊 戮確。城m ，癆，鑭。 鑣g 。ii 彳 上 爹f p o g p h e r i c f 剛o d e l ? 嘲粵 ，：。 r o p o s p h e r i c f e s 璣k ：d 斑a t i m e ，i ；s t a r t f e ：d a t a t 擁e湊 一，“ i 囊o p t i m e ：d a t a t i m e冀 囂 自j ，一_ i + i n i t e p o ， i i c o m p u l e e p ( ) 7 j i 盯r o p o s e n c f e s i n k e 性訂【h a 刪e r 例 。： l 玉j 嘲糍鼢蛹# 虢! 瓢4 t i 式， 赫船鬻鼉秘。西a 勘霸黛翁 圖4 4 基于事件集成的模型框架 在第三章中提到的基于事件集成的模型有：電離層延遲模型與電離層關鍵事 件、對流層延遲模型與對流層關鍵事件。電離層關鍵事件的觸發(fā)條件可以有多種 形式。在這里，我們在電離層延遲模型中定義了時間類型的事件源，電離層延遲 模型將當前的仿真時間以事件的形式發(fā)送給電離層關鍵事件模型，電離層關鍵事 件模型收到事件消息后，判斷是否計算關鍵事件導致的電離層延遲時間和相位變 化。對流層延遲模型與對流層關鍵事件與此類似。圖4 4 給出了基于事件集成的模 型框架。 事件類型在模型之外定義，在這里我們在這些模型的同一個名字空間中定義 了時間類型d a t a t i m e 的事件類型。在圖中可以看到，電離層延遲模型 i o n o s p h e r i c d e l a y m o d e l 定義了d a t a t i m e 類型的事件源i o n o s p h e r i c f e s o u r c e ，電離 層關鍵事件模型i o n o s p h e r i c f e m o d e l 中定義了d a t a t i m e 的事件槽 i o n o s p h e r i c f e s i n k 和處理事件消息的函數(shù)i o n o f e s i n k e v e n t h a n d l e r 0 。我們設計 i o n o s p h e r i c d e l a y m o d e l 在每一次仿真計算中都會通過事件源i o n o s p h e r i c f e s o u r e e 的e m i t 函數(shù)( 該函數(shù)由s m p 提供) 發(fā)送事件消息給i o n o s p h e r i c f e m o d e l ，后者根據(jù) 由事件句柄i o n o s p h e r i c f e s i n k e v e n t h a n d l e r 0 處理事件消息，如果事件的d a t a t i m e 處于s t a r t f e 和s t o p f e 之間，則句柄函數(shù)按照關鍵事件觸發(fā)來出具，否則按不觸發(fā) 關鍵事件。下面的代碼片斷顯示了這一事件傳遞和處理機制。 在i o n o s p h e r i c d e l a y m o d e l h 中事件源的定義： 第5 3 頁 國防科學技術大學研究生院碩士學位論文 關程辜件源 p r o t e c t e d ： j n t 鋤a i 刪- s o u r c eo f v o i dt y p e s t o p ：m d k ：e v e n t s o u r c e 毒_ i o n o 即h e d c f e s o u r c e ； p u b l i c ： | | e x p o r t e de v e n t - s o u l c ef i e l d s t o p ：i e v e n t s o u r o e 堆l o n o s p h m c f e s o u m e ； 在i o n o s p h e r i c f e m o d e l h 中事件槽和事件處理函數(shù)的定義： 均毫腱辜牛槽 p r o t e c t e d ： i n t e r n a li a n d l e t f i m c t i 0 1 1 ，c a l l e df r o mt h ee v m t 巍n kb a s ec l a s s v o i di o n o f e s i n k k v m t h a n d l 呱s m p ：i o b je c t 幸s m d 匿, ：s t r 】p ：d a t e t t m ea r g ) ； i n t e r n a l 刪一s i n ko f v o i d 姊e s m p ：m d k ：e y e s i n k 水一i m o f e 韙n l c , p u b l i c ： 嘲o o r l e d 附世n - 盤n k i e l d s t o p ：l b - v m t s i n k 木i o n o f e s i n k , 在i o n o s p h e r i c f e m o d e l c p p 中，通過i o n o s p h e r i c f e s i n k e v e m h a n d l e r 函數(shù)處理 事件消息?；谑录募?，事件源與事件槽之間需要在裝配過程中進行鏈接， 二者的鏈接代碼及其說明請參見附錄b 1 。 4 3 基于數(shù)據(jù)流集成的模型框架 在基于數(shù)據(jù)流的體系結構下，模型實例之間的數(shù)據(jù)傳輸基于輸入字段和輸出 字段之間的鏈接。s m p 2 中的這種模型間通信機制，與其它機制不同的是模型實例 并不主動同其它模型交互：數(shù)據(jù)傳輸由調度文檔設計，仿真器完成，數(shù)據(jù)傳輸需 要讀取源模型實例的輸出字段值，并將其寫入目標模型實例的輸入字段。 基于數(shù)據(jù)流體系結構的軟件由通過數(shù)據(jù)鏈或數(shù)據(jù)通道進行通訊的并行運行的 獨立組件集合構成。這種設計可以用圖4 5 進行簡潔地描述。提供數(shù)據(jù)的模型我們 稱為源模型( s o u r c e ) ，使用數(shù)據(jù)的模型稱之為目標模型( t a r g e t ) 。源模型定義了用于 提供數(shù)據(jù)的字段，設置其屬性為輸出，目標模型則定義數(shù)據(jù)類型相同的字段，并 且設置其屬性為輸入。源模型和目標模型需要在仿真模型裝配過程中對這兩個字 段進行鏈接，并且在運行調度階段在調度文檔中指定傳輸數(shù)據(jù)，仿真器讀取調度 指令后執(zhí)行數(shù)據(jù)的傳輸。需要指出的是，目標模型可以有多個，相互間并不影響。 這種集成方式，使得仿真模型可以進行交互與通信，并使得仿真模型具有較低的 耦合性和較大的重用性。 在基于數(shù)據(jù)流集成的兩個模型之間，數(shù)據(jù)流可以是一組數(shù)據(jù)或者單個數(shù)據(jù)， 這里的數(shù)據(jù)可以是s m p 定義的數(shù)據(jù)類型，也可以是自定義的數(shù)據(jù)類型。 在第三章提到的基于數(shù)據(jù)流的集成有：星體模型與攝動力模型，以星體位置 為數(shù)據(jù)流；攝動力模型與軌道計算模型o r b i t c o m b u t e m o d e l ，以攝動力和衛(wèi)星位置、 速度為數(shù)據(jù)流。這里，星體模型包括太陽模型s u n m o d e l 、地球模型e a r t h m o d e l 和 第5 4 頁 國防科學技術大學研究生院碩士學位論文 圖4 5 基于數(shù)據(jù)流的集成機制看鼉意圖 月球模型m o o n m o d e l ；攝動力模型包括前面所述的太陽攝動模型 s o l a r p e r t u r b a t i o n m o d e l 、太陽光壓模型s o l a r p r e s s u r e m o d e l 胃球攝動模型 m o o n p e r t u r b a t i o n m o d e l 、地球引力模型e a r t h g r a v i t y m o d e l 、相對論效應 r e l a t i v i s t i c m o d e l ，其它的攝動力模型設計方式與此類似。圖4 6 給出了原始數(shù)據(jù)生 成模型中基于數(shù)據(jù)流集成的模型框架，為使框架清晰，圖中各模型省略了其設計 細節(jié)。 u m l 中并不支持字段的輸入輸出屬性，在圖中我們并沒有標注這些屬性，這 個步驟在仿真模型設計階段由其開發(fā)工具設置。太陽模型s u n m o d e l 的字段 m p s u n p o s 保存太陽位置，該字段設置輸出屬性，用于傳輸將太雕位置傳輸給楣 關攝動力模型。太陽攝動模型s o l a r p e r t u r b a t i o n m o d e l 的字段mp s u n p o s 保存太陽 位置，該字段設置輸入屬性，用于接收s u n m o d e l 的mp s u n p o s 的數(shù)據(jù)；字段 mp e r t u r b 撕0 1 1 保存計算出的攝動力，設置輸幽屬性，用于向軌道計算模型傳輸攝 動力；字段mp s a t p o s 和mp s a t v e l 分別用于接收從軌道計算模型 o r b i t c o m p u t e m o d e l 的衛(wèi)星位置和衛(wèi)星速度，設置了輸入屬性。在 o r b i t c o m p u t e m o d e l 中字段p e r t u r b a t i o n 設置了輸入屬性，用于接收來自各個攝動 力模型傳輸過來的攝動力；字段mp s a t p o s t o p e r 和m 設置了輸如屬_psatveltoper 性，分別用于傳輸計算所得的衛(wèi)星位置和速度給各攝動力模型。 第二章提到軌道計算模型生成軌道用到三種方法：r u n g e k u t t a 積分、 a d a m s m o u l t o n 積分、和s p 3 精密星歷生成。為適應不同軌道生成方法，在這里 的o r b i t c o m b u t e m o d e l 可以分別設置三個入口點對應三種軌道生成方法，便于仿真 調度。 基于數(shù)據(jù)流的集成，各模型具有輸入輸出屬性的字段( 如上述m字段) 并沒有在c 代碼孛體現(xiàn)。其數(shù)據(jù)流的實現(xiàn)的過程是： _ p s u n p o s 在裝配文檔中建立輸入與輸出字段間的鏈接； 在運行階段按調度文檔指令進行傳輸。 基于數(shù)據(jù)流集成的模型較多，多個字段需要在裝配文檔中進行鏈接和在調度 文檔中進行傳輸。為了說明基于數(shù)據(jù)流集成的模型之間裝配和傳輸，本文在附錄 第5 5 頁 國防科學技術大學研究生院硬士學位論文 b 。2 中給出了s u n m o d e l s o l 舶e m 曲a t i o 蝴。如l 中的越j s u n p o s 字段鏈接與傳輸。 其它字段的鏈接與傳輸與此類似。 圖4 6 基予數(shù)據(jù)流集成的模型框架 4 4 基于組件集成的模型框架 在這里，我們把基于組件集成的模型稱為組件模型。在第二章中提到，基于 組件集成的組件模型通過兩種方式管理其模型組件：聚集和組合。每一個被聚集 的模型都提供一個接日，并由一個接口容器r e f e r e n c e 管理，組件模型通過接豳容 器r e f e r e n c e 獲取對被聚集的模型的號l 用；每一個被組合的子模型都對應一個模型 容器c o n t a i n e r ，組件模型通過c o n t a i n e r 獲取子模型實例并進行訪問。 圖霹7 基于組件盼集成極翩示意圖 基于組件的集成機制如圖4 7 所示。組件模型擁有若干個接口容器r e f e r e n c e 和模型容器c o n t a i n e r 。每一個接口容器r e f e r e n c e 可以擁有若干個具有實現(xiàn)模型的 接1 2 1i m o d e l a ；而對于模型容器c o n t a i n e r ，瑟| l 可擁有若干個模型m o d e l b 。 在第三章提到，基于組傳集成的模型有：太陽系和星體模型( 太陽、地球和月 球) ；星座模型與衛(wèi)星模型；衛(wèi)星模型與軌道計算模型、星載原子鐘模型：環(huán)境模 第5 6 頁 灝辮科學技術大學磷燮查驤馥士學整論文 ：i ,i i i ii i hil,i,ihl,i,ii i i i i i i l l l l l l , t , i t i tt_,ii,im , , , , l , , i = 型與蜜鴦空聞延遲模型、窀離層延避模型、對流屢延遲模型、電離層關鍵事件模 型、對流層關鍵事佟模型以及衛(wèi)星模型和地面站摸型；地_ 蟊站模型與接收機模型、 縫諑站原予鐘模型；多徑模饔與翌鬢模燮、地面靖模型；地麗站網絡模型與地面 菇模型。燕方便說碉，我韶在這里繪窶了環(huán)境模型酶綴 牛集戚框架，_ 莠基省略了 框架內備模型的設計繃帶。其它基于組件集成的模型與此類似，不一描述。 在圈4 。g 中，環(huán)境模型e n v i r o n m e n t m o d d 遂過5 個模型容器 l o n o s p h e r i c c o n m i n e r，t r o p o s p h e r i c c o n t a i n e r ， f r c e s p a c c c o n m i n e r ， i o n o s p h 援 c i f e c o n t a i n c r 以及t r o p o s p h c r i c f e c o n t a i n e r 分別管理其子模型組件電離 層延遲模型i o n o s p h e r i c d e l a y m o d e l 、對流層延遲模型t r o p o s p h e r i c d e l a y m o d e l 、宣 蠱空闋延遮模型f r e e s p a e e d e l a y m o d e l 、電離屢關鍵事律模型t o n o s p h e r c i f e m o d e l 幫對流鼷美穗事件模型t r o p o s p h e r i c f e 。 ”i 飛一p 飄譬牾塒羽臻疆霸雕氍 辨 一f ? 礴鱸哪 洚翻濺e 糨# 蘸 降嫩黻峨e | 整 蘸 泠 潮8 撩嘲l(fā) 辮翱峨尊潮 p o ?！啊薄啊薄?一g 目r _ _ 。h + ”嘲 。 1 藿薹掣一一一二戶 歉l 產d 匿亍蠢 “ l 一一一一一二_ = 葚s 囊e | 驥轉黛 跏a 蠕陽囂一c c o n t a i n e 1 o n o s p h e 棚蕾踟懶軸e 硝 盼。腳尊p h e r i c c 赫a i n e f l 淞赫p h 疏瞅嘲翻湖 孳! 孳毒孽! 毒 孳 矗 毒 i 赫霉灝囂穗酗嚼1 8 喇洶e 瓣。隧 釃磷陋聱釋印懈 國嘲卅陽霉細e 贏嘲 隆螂蠢e 餅藤嗣，洶蝴瓣l 嫡赫糕 囊。一囊。、 一一。震 圈4 8 基予組件集成的環(huán)境模型框策 e n v i r o n m e n t m o d e l 可鼓通過柏癜熬模型容器游閿這些子模型綴律：遴過2 個 接觳容器i s a t e l l i t e r e f 鞠i s t a t i o n r e f 管理接口i s a t e l l i t e 和i s t a t i o n ，環(huán)境模型 e n v i r o n m e n t m o d e l 通過這兩個接弱容器囂訪閬稆鷹靜揍霾，從藹獲取實現(xiàn)這些揍 鼙的模燮靛有關功麓。關于遁過接毆容器訪闊接翻酶過程我稍在霹。l 孛基經討論， 這里我們以電離層延遲模型為例，余紹環(huán)境模型e n v i r o n m e n t t v l o d e l 如何對電離層 模型i o n o s p h e r i c d e l a y m o d e i 進行交互。下面的e n v i r o n m e n t m o d e l e p p 代碼辟斷顯 示了這里過程。 在這段代碼孛，首先通過龜離羼摸婺! 容器迭代器i o n o i t r 獲褥離瑟模塑樊覦 的指針番p l o n ，遙過該指針可以對電離屢模型計算所需的地面站位置、衛(wèi)星位置等 參數(shù)進行設置，計算完成，e n v i r o n m e n t m o d e l 通過g e t l o n o s p h e r i c d e l a y 0 獲褥電離 層延遲。 第5 7 頁 國防科學技術大學研究生院碩士學位論文 基于組件的集成包含有基于接口的集成，接口與實現(xiàn)模型之間在仿真模型裝 配階段需要進行鏈接。本文在附錄b 3 給出了e n v i r o n m e n t m o d e l 引用的i s a t e l l i t e 接口與其實現(xiàn)模型s a t a e l l i t e m o d e l 之間的鏈接關系。 一i o n o s p h e r i c c m t a i n e r l t e r a t 叫i o n o l l r ：電離層梗型容囂的選代囂 ：r d g ：r d g m o d e l ：e n v i r o n m m t s e g m m t ：i o n o s p h e r i c d e l a y m o d e l 啦p i o n ：l l 電離層延遲模型】 i o n o i t r = _ i o n o s p h e r i c c o r 蟾i n w - be g i n o ； p l o n - - - * i m o h ； p i o n s e t , s t a f f o n p o s t a t i o n p o s ) ：設置地面站位置 p l o n - s e c s a t p o s ( s a t p o s ) ；i i 設置衛(wèi)星位置 p l o n - s e t s a t v e l ( s a t v e l ) ；設置衛(wèi)星速度 m _ p l o n o d a l a y = p i o n - g e t l o n o s p h e r i c d d a y ( ) ：i 獲取電離層延遲 4 5 基于s m p 2 的模型框架及拓展 作為總體，原始數(shù)據(jù)生成的模型框架是在綜合考慮各種集成方式的基礎上建 立的。綜合本章前4 節(jié)，我們在本節(jié)中建立了基于s m p 2 的原始數(shù)據(jù)生成模型框 架。從本章的前面四節(jié)，我們得出原始數(shù)據(jù)生成中各模型的集成方式： 基于接口的集成 衛(wèi)星模型、地面站模型與環(huán)境模型和多徑模型； 基于數(shù)據(jù)流的集成 星體模型與各攝動力模型；各攝動力模型與軌道計算模型；軌道計算模型與 衛(wèi)星模型； 基于事件的集成 電離層延遲模型與電離層關鍵事件；對流層延遲模型與對流層關鍵事件； 基于組件的集成 太陽系模型與太陽模型、地球模型、月球模型；星座模型與衛(wèi)星模型；衛(wèi)星 模型與軌道計算模型、星載原子鐘模型；環(huán)境模型與自由空間延遲模型、電離層 延遲模型、對流層延遲模型、電離層關鍵事件模型、對流層關鍵事件模型、衛(wèi)星 模型、地面站模型；多徑模型與衛(wèi)星模型、地面站模型；地面站模型與地面站原 子鐘模型、接收機模型。 基于以上分析，我們在圖4 9 中給出了基于s m p 2 的原始數(shù)據(jù)生成模型框架。 為了能夠展示一個整體的模型框架，圖中省略了各模型應有的字段和函數(shù)，只保 留了模型名稱。圖中各類名稱含義參照前文。 在第三章關于原始數(shù)據(jù)生成的模型體系中提到，要進行更為精確的衛(wèi)星軌道 計算，需要考慮更多的攝動力模型，如地球固體潮、海洋潮、大氣阻力攝動以及 太陽系的其它行星的第三體攝動等?？紤]鏈路預算分析、誤差預算分析、o s p f 和 i p f 的仿真分析，也需要增加新的模型組件。我們的仿真模型集成方式能夠很好的 解決這些模型體系的拓展問題： 第5 8 頁 國防科學技術大學研究生院碩士學位論文 = i l l l l 一 i ii l l l i l l l m 一一一 一一 m li i i l li ii i i l l l l l li i ii i l l l l l i l l l 眷l = = = 黑：= = ( 1 ) 增搬行星模型。與太陽模型類似，我們可以增加薪的行星模型與太陽系模 型基于組件的集成；與太陽攝動模型類似，增加新的星體模型的攝動力模型，并 與星體模型基于數(shù)據(jù)流集成，以行星位置作為數(shù)據(jù)流。 ( 2 ) 增加攝動力模型。與其它攝動力模型類似，新的攝動力模型與孰道計算模 型基于數(shù)據(jù)流集成，以攝動力、衛(wèi)星位置和速度作為數(shù)據(jù)流，我們只需要在新的 攝動力模型中增加相應的字段，并設置其輸入輸出屬性。 ( 3 ) 增加分析任務。數(shù)據(jù)的接口，可以考慮將鏈路預算、誤差預算等用于分析 的模型與地面站模型基于接口的集成，通過接躁獲取這些分析模塊所需要的數(shù)據(jù)。 可見，我們所建立的模型框架具有良好的柔性，能夠有效適應新模塊的加入， 而不需要重新設計模型框架；對其它模型造成影響很小，只需要對少數(shù)模型迸行 部分修改。 第5 9 頁 國防科學技術大學研究生院碩士學位論文 第6 0 頁 囹a9嫩呻mpn墨淘捧潛赫旰海湛噎蒿貓 國防科學技術大學研究生院碩士學位論文 = = = = i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i = = = = = = = = 墨= 第五章試驗調度框架及仿真試驗 前面提到，原始數(shù)據(jù)生成仿真涉及多學科領域模型。各領域模型的算法實現(xiàn) 需要專業(yè)人員開發(fā)，因此要完全實現(xiàn)仿真試驗，只有在各領域的專業(yè)人員的密切 協(xié)作才能完成。本論文在第四章已經從系統(tǒng)工程的焦度出發(fā)，建立了一個初步的 基于$ m p 2 的模型框架，然而，實現(xiàn)這一初步的模型框架仍存在許多困難。本章 第一節(jié)在基于$ m p 2 的模型框架基礎上，根據(jù)s m p 2 的運行調度機制，建立了試 驗調度框架。在第二節(jié)中，考慮應用精密星歷文件生成衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)，建立了相 應的調度框架，并進行了仿真試驗分析。 5 1 試驗調度框架 第二章提到，基于s m p 2 的仿真模型運符依賴于調度文檔，調度文檔定義了 仿真任務和事件信息。在仿真模型設計階段定義的仿真模型不一定都要調用，同 一個仿真模型設置的多個入口點也要根據(jù)仿真任務的需要進行選擇。因而在仿真 試驗分析階段，涉及到仿真模型的調度闖題：仿真模型的選擇及其調度順序；指 定所調度的仿真模型的入口點函數(shù)；以及在基于數(shù)據(jù)流集成的仿真模型間進行數(shù) 據(jù)傳輸。調度問題與仿真任務相關，在同一個模型框架內，不同的仿真任務往往 選擇不同的仿真模型，這些仿真模型一般是模型框架的一個子集，即仿真任務根 圖5 1 試驗調度框架 據(jù)需要選擇仿真模型，而不必調用全部仿真模型；而對于計算幫功能復雜豹仿真 模型，往往需要設計多個入口點函數(shù)以便仿真模型執(zhí)行不同的仿真計算功能；面 對于基于數(shù)據(jù)流集成的仿真模型，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間也需要在調度文檔中指定， 第6 l 頁 國防科學技術大學研究生院碩士學位論文 傳輸時聞可以影響到計算的結果。般兩言，應該從仿真任務出發(fā)，根據(jù)任務選 擇仿真模型，根據(jù)模型功能指定入陰點，根據(jù)計算過程確定數(shù)據(jù)傳輸。從計算過 程看，原始數(shù)據(jù)生成仿真試驗的調度比較固定，圖5 1 給出了原始數(shù)據(jù)生成仿真試 驗的般性調度框架。 對于4 5 節(jié)所建立的模型框架，考慮所包含的攝動力模型的衛(wèi)星軌道積分，依 據(jù)原始數(shù)據(jù)生成的數(shù)據(jù)流分析，以及我們所建立的仿真模型所要執(zhí)行的功能，我 們給出了以下調度順序： ( 1 ) 觸發(fā)太陽模型s u n m o d e l ，計算太陽位置；觸發(fā)地球模型e a r t h l v l o d e l ，計算 地球位置；觸發(fā)月球模型m o o n m o d e l ，計算月球位置； ( 2 ) 傳輸s u n m o d e l 計算的太陽位置數(shù)據(jù)給太陽攝動模型 s o l a r p e r t u r b 旋o n m o d c l 、太陽光壓模型s o l a r p r e s s s u r e m o d e l ；摶輸e a r t h m o d e l 計算 的地球位置給太陽光壓模型s o l a r p r e s s s u r e m o d e l ；傳輸月球模型m o o n m o d e l 計算 的月球位置給月球攝動模型m o o n p e r t u r b a t i o n m o d e l ； ( 3 ) 傳輸軌道計算模型o r b i t c o m p u t e m o d e l 的衛(wèi)星位置和速度數(shù)據(jù)給太陽攝動 模型s o l a r p e r t u r b a t i o n m o d e l 、太陽光壓模型s o l a r p r e s s s u r e m o d e l 、地球重力模型 e a r t h g r a v i t y m o d e l 、月球攝動模型m o o n p e r t u r b a t i o n m o d e l 、相對論攝動模型 r e l a t i v i s t o c m o d e l ； 鰳觸發(fā)s o l a r p e r t u r b a t i o n m o d e l ，計算太陽攝動力；觸發(fā)s o l a r p r e s s s t 毯e m o d e l ， 計算太陽光壓；觸發(fā)e a r t h g r a v i t y m o d e l ，計算地球攝動力；觸發(fā) m o o n p e r t u r b a t i o n m o d e l ，計算月球攝動力；觸發(fā)r e l a t i v i s t i c m o d e l ，計算相對論攝 動力； ( 5 ) 分別傳輸s o l a r p e r t u r b a t i o n m o d e l 、s o l a r p r e s s s u r e m o d e l 、e a r t h g r a v i t y m o d e l 、 m o o n p e r t u r b a t i o n m o d e l 、r e l a t i v i s t o c m o d e l 所計算出的攝動力數(shù)據(jù)給 o r b i t c o m p u t e m o d e l ； ) 觸發(fā)o r b i t c o m p u t e m o d e l 計算衛(wèi)星位置和速度。根據(jù)仿真精度需要，我們 分別為r u n g e k u t t a 和a d a m s m o u l t o n 軌道積分方法定義入口點，可以根據(jù)仿真任 務的需要選擇這兩個入口點； ( 7 ) 觸發(fā)星載原子鐘模型s a t c l o c k m o d e l 及逑面站原子鐘模型 s t a t i o n c l o c k m o d c l ，計算鐘差數(shù)據(jù)； ( 8 ) 觸發(fā)衛(wèi)星模型s a t e l l i t e m o d e l ，獲取o r b i t c o m p u t e m o d e l 計算的軌道數(shù)據(jù)和 s a t c l o c k m o d c l 計算所得的鐘差數(shù)據(jù)； ( 9 ) 觸發(fā)環(huán)境模型e n v i r o n m c n t m o d e l ，指定調度獲取s a t e u i t e m o d e l 及 s t a t i o n m o d e l 信息的入口點，并通過e n v i r o n m e n t m o d e l 將這些信息發(fā)送給電離層 延遲模型i o n o s p h e r i c d e l a y m o d e l ，對流層延遲模型t r o p o s p h e r i c d e l a y m o d e l 、自由 空聞延遲模型f r e e s p a c e d e l a y m o d e l ； 第6 2 頁 國防辯學技術大學研究生院碩士學位論文 ( 1 觸發(fā)l o n o s p h e r i c d e l a y m o d e l、t r o p o s p h e r i c d e l a y m o d e l 、 f r e e s p a c e d e l a y m o d e l ，進行電離層延遲模型、對流層延遲模型和自由空間延遲模 型的計算，而電離層關鍵事件模型和對流層關鍵事件模型計算與否則根據(jù)其自身 時聞設置決定是否觸發(fā)關鍵事件的計算；觸發(fā)多徑模型m u l t i p a t h m o d e l ，獲取 s a t e l l i t e m o d e l 及s t a t i o n m o d e l 的有關數(shù)據(jù)，計算多徑延遲，并將計算結果發(fā)布給 s t a t i o n m o d e l ： ( 11 ) 觸發(fā)e n v i r o n m e n t m o d e l ，并指定調度發(fā)布數(shù)據(jù)給s t a t i o n m o d e l 的入口點， 獲取前面計算的電離層、對流層和良由空聞延遲，通過接口發(fā)布給s t a t i o n m o d e l ； ( 1 2 ) 觸發(fā)s t a t i o n m o d e l ，計算偽距、載波相位、多普勒頻移和信噪比等觀測數(shù) 據(jù)仿真值，并存入數(shù)據(jù)文件。 圖5 2 是使用s m f 2 輔助王具軟件x s i m 設計調度文檔的開發(fā)晃面，顯示了上 述調度過程。對應的開發(fā)文檔和調度文檔設計參見附錄a 。 黛一白e h e 越e ) s 矗e & a l e 如墩1 1 1 1 蕾一套t 牡ki 1 t 矗t t o l 疊 夸t a s k ：r r 弧s f ：鋤- p i 啦e h q 擎 融夸t u ko r b i t ：_ p e r t q r b a t l 雌 羈 睜t a s kc 張捧t 霹輯t 馨b 毫娃譙 國一審t a s kp 船t 口b “i o o r b i l w - 夸t a s kc 瓣弘t 越婚i t 駐 越奄t a s kc o a t e o r b it 蠲 竄一冷t a s kc o m l ”a t e o r b it s p 3 童一專t i s ks a t e l l lt 糠e 矗文 固- 奪t a s kf z 叫r oc l d 釓t 霉一l i 矗c 瓣弘t t 歉喀t 和斛 蠢審t a s kf 盥e l b 0 4 e l s e t 嗣一4 - t a s kc o m p u t e s t a t i o n ， 蕊一夸t a s kc o 目r l m t e c l o c k s 窶p o c hl v e n t h 礎出越； 知”專t a s ki n _ a 墨e t p o z t a s kt r 缸f t r p l 馘# 謹u 卜t u k0 r b i t j 盯t ?。篵 n i o 矗 爭w 爭t a s kc 搠瞪毽t 囂t 黼唐l t i 威 l t 詘f e r t 黼b a t i c a _ o r b i t ： 扣t a s kc 朝 鑷t e 婦b i i 篷 b 夸t a s kc o m p u t e c l o c k t 卜冷t a s ks a t e l l it e s o 越 夸l 矗癜酗赫連矗軸t b t a s k 。c o 哪帆e 置塒s e 辨甑t 卜l 旗k 強硼o a 砬s l t i t t 婦c o m p u t - s t i 雌 霆5 2 調度文檔設計示惹圖 如圖5 2 所示，我們設計了1 2 個t a s k ，分別對應上述的1 2 個調度步驟，并 且以一個e p o c he v e n t ( 紀元時聞事件) 組織這些t a s k 。這些t a s k 中，p l a n e t p o s 用于 計算行星位置，包含觸發(fā)s u n m o d e l 、s u n m o d e l 和m o o n m o d e l 的三個t r i g g e r ： t r a n s f e r p l a n e t p o s 包含4 個t r a n s f e r ，用于傳輸步驟( 1 ) 計算所得的行星位置給相應 的攝動力模型；o r b i tp e r t u r b a t i o n 包含了5 個t r a n s f e r ，用于將o r b i t c o m p u t e m o d e l 的衛(wèi)星鏝置和速度傳輸給相關的攝動力模型；c o m p u t e p e r t u r b a t i o n 包含5 個 t r i g g e r ，用于觸發(fā)攝動力模型，計算各模型的攝動力：p e r t u r b a t i o n _ o r b i t 包含5 個 第6 3 頁 國防科學技術大學研究生院碩士學位論文 t r a n s f e r ，用于傳輸攝動力模型計算所得的攝動力給軌道計算模型； c o m p u t e o r b i t r k 包含一個t r i g g e r ，用于觸發(fā)軌道計算模型，在這里我們使用 r u n g e k u t t a 積分，所以指定相應的入口點函數(shù)；c o m p u t e c l o c k s 包含兩個t r i g g e r ， 用于觸發(fā)星載原子鐘模型和地面站原子鐘模型，計算鐘差；s a t e l l i t e m o d e l 是一個 包含觸發(fā)衛(wèi)星模型的t a s k ，使衛(wèi)星模型獲取其兩個子模型o r b i t c o m p u t e m o d e l 和 s a t c l o c k m o d e l 的軌道和鐘差數(shù)據(jù)；e n v m o d e l g e t 包含一個t r i g g e r ，用于觸發(fā) e v i r o n m e n t m o d e l ，指定獲取衛(wèi)星和地面站模型的數(shù)據(jù)的入口點函數(shù)； c o m p u t e e n v s e g m e n t 包含4 個t r i g g e r ，分別用于觸發(fā)i o n o s p h e r i c d e l a y m o d e l 、 t r o p o s p h e r i c d e l a y m o d e l 、f r e e s p a c e d e l a y m o d e l 和m u l t i p a t h m o d e l ，計算這些模型， 其中觸發(fā)m u l t i p a t h m o d e l 包括發(fā)布其結果給s t a t i o n m o d e l ；e n v m o d e l s e t 包含一個 t r i g g e r ，用于觸發(fā)e v i r o n m e n t m o d e l ，發(fā)布環(huán)境段各模型的計算所得的延遲值給地 面站模型；c o m o p u t e s t a t i o n 用于計算觀測量的仿真值。最后我們以一個紀元時間 類型的事件( e p o c he v e n t ) 組織這些t a s k 的先后順序。 仿真運行依賴調度文檔，在調度文檔中定義了這些t a s k ，并指明其傳輸?shù)淖?段和觸發(fā)的模型及其入口點函數(shù)，這些t a s k 必須采用適當?shù)氖录帕衅漤樞?，?件可以是2 3 節(jié)中所列的4 種時間類型事件，從上述原始數(shù)據(jù)生成仿真調度分析看， 可以采用紀元時間類型事件。為了說明調度文檔中t a s k 、t r i g g e r 、t r a n s f e r 和e p o c h e v e n t 的表示方式，本文在附錄b 4 中給出了t a s kp l a n e t p o s 、t a s kt r a n s f e r p l a n e t p o s 和e p o c he v e n tg e n e r a l s c h e d u l e 的x m l 格式代碼。 這里我們給出的是一個一般性的原始數(shù)據(jù)生成仿真的調度過程。在不影響計 算邏輯混亂的情況下，這些調度順序在局部是可以調整的，例如c o m p u t e c l o c k s 可以放在s a t e l l i t e m o d e l 之前的任何一個位置。另外，我們可以通過觸發(fā)或者不觸 發(fā)某些攝動力模型來考慮到攝動力的增加和減少，例如，如果不需要考慮相對論 攝動，我們在c o m p u t e p e r t u r b a t i o n 中可以不設置觸