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水面无人艇分布式仿真及通讯研究

2020-11-29阅读(449)

水面无人艇分布式仿真及通讯研究

论文摘要

本课题来源于校内基金之智能高速水面无人艇项目,以哈尔滨工程大学水下机器人实验室某型无人艇为研究对象,建立了无人艇分布式仿真平台,并对分布式仿真中的通讯模块进行了深入的研究,课题的目的是为水面无人艇建立全数字分布式仿真平台。无人艇仿真模型设计是本文的研究重点之一。为了提高软件的可靠性和可维护性,解决软件模块化和重用化的问题,本文运用面向对象技术和统一建模语言UML进行仿真系统模块化建模与设计。为便于系统功能的扩充与完善并使之具有很好的继承性,本仿真系统在软件设计上采用当今流行的面向对象技术,以C++语言作为编程语言,Visual C++作为开发工具。课题重点是开发了分布式仿真系统的三个软件,分别为UsvClient,GroundServer,DisSim,它们分别代表无人艇仿真机,地面监控中心和三维显示仿真机。UsvClient实现了无人艇的数学模型解算,控制律模型并运用面向对象技术及设计模式很好的将GUI和事务处理分开,并提出了仿真管理器的概念。GroundServer运用ACE中的前摄器模式,这一模式在windows下的实现为完成端口（完成端口实现是windows平台上效率最好的网络处理,很好的提高了通讯系统部分的效率。）对ACE的前摄器进行了封装,实现了接口IServerSocect和IClientSocket两个网络接口类,Proactor框架实现了GroundServer可以接收多个UsvClient的连接并处理它们之间的数据通讯,这一设计也为实现多无人艇分布式仿真系统提供了条件。DisSim是基于视景仿真领域主流开发工具Vega和OpenGL的三维显示系统,其网络模块由ACE实现。本课题所设计的无人艇模型仿真软件UsvClient成功地与地面监控软件GroundServer和三维显示软件DisSim联机并进行仿真演示,达到了“水面无人艇分布式仿真及通讯”的预期效果。该仿真系统工作稳定可靠,满足实时仿真的要求,人机交互界面友好,它成功地验证了基于ACE的分布式仿真系统方案的可行性,具有很高的实用价值。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 仿真对象
  • 1.2 分布式仿真
  • 1.3 基于网络应用层编程的分布式交互仿真技术
  • 1.4 研究内容
  • 1.5 论文结构
  • 第2章 基于UML的无人艇仿真平台建模及分析
  • 2.1 面向对象与UML建模语言
  • 2.1.1 面向对象方法概述
  • 2.1.2 传统的软件设计方法
  • 2.1.3 面向对象方法特征
  • 2.1.4 面向对象建模方法
  • 2.2 仿真平台的开发背景
  • 2.2.1 分布式仿真的拓扑结构介绍
  • 2.2.2 无人艇分布式仿真平台概述
  • 2.3 需求分析
  • 2.3.1 系统需求
  • 2.3.2 用例描述需求
  • 2.3.3 系统的分析
  • 2.4 系统软件设计
  • 2.4.1 仿真平台软件架构
  • 2.4.2 UsvClient设计
  • 2.4.3 GroundServer设计
  • 2.4.4 DisSim设计
  • 2.5 本章小结
  • 第3章 基于UML的无人艇仿真平台设计
  • 3.1 引言
  • 3.2 系统建模与仿真
  • 3.2.1 系统仿真概述
  • 3.2.2 数学仿真的工作流程
  • 3.3 无人艇运动仿真系统数学模型
  • 3.3.1 无人艇的运动学模型
  • 3.3.2 无人艇的控制律模型
  • 3.4 应用UML建立无人艇运动仿真模型类库
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 无人艇仿真系统设计及实现
  • 4.1 引言
  • 4.2 软件系统的总体设计
  • 4.2.1 无人艇仿真软件的总体框架设计
  • 4.2.2 设计手段
  • 4.3 无人艇仿真软件体系结构及各模块功能
  • 4.3.1 体系结构
  • 4.3.2 初始化模块
  • 4.3.3 定时器模块
  • 4.3.4 任务模块
  • 4.3.5 输入模块
  • 4.3.6 输出模块
  • 4.3.7 通信模块
  • 4.4 单机模式仿真演示
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 无人艇分布式仿真系统通讯模块研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 ACE综述
  • 5.2.1 一般通信软件流程介绍
  • 5.2.2 ACE历史
  • 5.2.3 ACE简介
  • 5.2.4 使用ACE的好处
  • 5.3 仿真系统网络模块实现中的框架
  • 5.3.1 Acceptor-Connector框架
  • 5.3.2 Proactor框架
  • 5.3.3 ACE Task框架
  • 5.4 具体实现
  • 5.4.1 设计接口IClientSocket和IServerSocket
  • 5.4.2 UsvClient的网络模块具体实现
  • 5.4.3 GroundServer的网络模块实现
  • 5.4.4 DisSim的网络模块实现
  • 5.5 数据通讯协议设计
  • 5.5.1 数据传输规约
  • 5.5.2 ACE中数据包的设计
  • 5.6 联机模式仿真演示
  • 5.7 本章小结
  • 第6章 总结与展望
  • 6.1 本文主要工作总结
  • 6.2 展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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