并行仿真中公共算法服务的研究与应用

论文摘要

随着计算机仿真的广泛应用，在各应用领域对系统仿真都提出了许多新的要求，例如建模与仿真的效率以及模型的柔性等。在仿真应用的开发过程中，有很多算法是经常要用到的，但是由于用户往往都是各自开发仿真应用，经常出现重复开发的情况，极大的浪费了资金和人力资源。为此，我们开发了这个公共算法服务库。该算法库具有模块化、可重用、可扩充等特点。 论文从仿真应用中公共算法服务的功能需求出发，对如何构建一个公共算法服务库进行研究，重点解决了仿真应用中常用运动的描述和不同地球坐标下的坐标转换问题，并在国防科学技术大学军用仿真实验室所开发的一个并行仿真引擎的基础上设计开发了一个公共算法服务库。论文详细论述了公共算法服务库的设计目标、设计思路、设计框架以及实现内容。通过公共算法服务库中运动类的测试实例对如何使用公共算法服务库的运动类进行了说明，并验证了运动类的可用性：通过坐标转换算法库的测试实例，对坐标转换算法的有效性和优越性进行了验证。 实现了以下几个方面的服务功能：(1)卫星轨道运动、大圆运动等在仿真应用中的常用运动和能够用多项式表达运动轨迹的复杂运动的轨迹描述；(2)ROUND_EARTH、地球旋转坐标系(ECR)、WGS84以及地球惯性坐标系(ECI)这四种坐标系之间的坐标转换；(3)提供了一个范围探测器，能用于确定两个沿空间轨道运动的物体在一个确定的空间范围内时的时间。 通过公共算法服务库，用户可以直接调用其中的运动类实现仿真应用中常见运动的描述以及坐标转换函数实现坐标转换，而不需要用户再进行仿真实体运动轨迹及坐标转换的代码实现，提高了仿真应用的开发效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外公共算法服务的研究状况
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.4 公共算法服务的特点
• 1.5 论文的组织结构
• 第二章 公共算法服务的设计
• 2.1 公共算法服务的设计目标
• 2.2 公共算法服务的设计思路
• 2.3 公共算法服务的框架设计
• 2.4 公共算法服务的基本算法
• 2.4.1 最小二乘法
• 2.4.2 三次样条插值构建多项式
• 2.4.3 五次样条插值构建多项式
• 2.4.4 外推数值算法
• 2.4.5 大圆运动
• 2.4.5.1 大圆运动的坐标系统
• 2.4.5.2 大圆运动向量
• 2.4.5.3 大圆运动的参数说明
• 2.4.5.4 大圆运动的求解
• 2.4.6 椭圆卫星轨道运动
• 2.4.6.1 椭圆卫星轨道的轨道参数
• 2.4.6.2 椭圆卫星轨道内的卫星运动
• 2.4.6.3 椭圆卫星轨道上任意点处卫星速度
• 2.4.7 DR算法
• 2.4.7.1 DR算法的基本原理
• 2.4.7.2 DR模型及算法
• 2.4.8 坐标转换算法
• 2.4.8.1 坐标系的定义
• 2.4.8.2 坐标转换算法
• 2.4.9 范围探测器
• 2.5 本章小结
• 第三章 公共算法服务的实现
• 3.1 公共算法服务的运行环境介绍
• 3.1.1 联邦对象
• 3.1.2 联邦对象的管理
• 3.2 公共算法服务的动态属性
• 3.2.1 动态整型属性
• 3.2.2 动态逻辑属性
• 3.2.3 动态双精度属性
• 3.2.3.1 最小二乘法构建 N阶多项式
• 3.2.3.2 三次样条插值构建三阶多项式
• 3.2.3.3 五次样条插值构建五阶多项式
• 3.2.3.4 复指数项
• 3.2.3.5 指数计算
• 3.2.3.6 外推数值的计算
• 3.2.4 动态位置属性
• 3.2.4.1 大圆运动
• 3.2.4.2 航向不变运动
• 3.2.4.3 直线运动
• 3.2.4.4 椭圆卫星轨道运动
• 3.2.4.5 圆轨道运动
• 3.2.4.6 盘旋运动
• 3.2.4.7 点对点运动
• 3.3 DR算法实现
• 3.4 坐标转换
• 3.5 范围探测器
• 3.6 本章小结
• 第四章 公共算法服务库的使用测试
• 4.1 公共算法服务中运动类的测试
• 4.1.1 测试实例
• 4.1.2 测试实例的结果及分析
• 4.2 坐标转换算法库的测试
• 4.2.1 坐标转换算法
• 4.2.2 误差定义
• 4.2.3 具体算例测试
• 4.2.4 测试结果
• 4.2.5 全局误差
• 4.2.6 结果分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 课题研究总结
• 5.2 存在的不足及展望
• 致谢
• 参考文献