数据流仿真在空间任务分析与设计中的应用

论文摘要

航天技术水平是一个国家科技实力和综合国力的反映,神舟五号载人飞船的成功发射,是我国航天科技发展的里程碑。飞行器有高投入、高风险的特性,因而对飞行器的设计研制也就有高精度、高可靠性、高安全性的要求。计算机仿真为飞行器的方案设计验证和性能分析,提供了一条有效的途径。本文首先介绍了课题的背景、目标以及课题的主要内容,其次对离散事件仿真环境OMNeT++作了详细的介绍,重点基于OMNeT++仿真器建立了飞船应用系统数据流模型和三轴稳定卫星的姿态控制系统模型,对其数据流特性作了仿真分析,主要内容如下:（1）建立了飞船应用系统的拓扑结构,对大容量存储器的存储量、科学数据的下行策略、1553B总线性能等数据流特性进行了仿真分析。（2）建立了三轴稳定卫星姿态控制系统的仿真平台,对姿态确定和控制算法进行了验证,并且对星敏感器、反作用飞轮的输出延时效应对控制精度的影响进行了仿真分析,最后研究了控制周期的大小对卫星姿态控制精度的影响。（3）为了实现复杂网络和数据流框架的仿真,研究了OMNeT++与HLA/RTI联合仿真的接口问题,分别在Windows和Linux平台下采用两种方法实现了OMNeT++离散事件仿真器与HLA的联合仿真。通过本文的研究工作,将离散事件仿真平台OMNeT++的应用扩展到飞行器设计领域,并且实现了OMNeT++的分布式仿真功能,对将来仿真工作的进一步发展具有重要的实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题的背景与目标
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 面临问题
• 1.1.3 系统仿真
• 1.1.4 课题目标
• 1.2 课题的主要内容
• 第2章 OMNET++仿真建模介绍
• 2.1 离散事件系统
• 2.2 OMNET++仿真平台介绍
• 2.3 OMNET++仿真的基本概念
• 2.3.1 模型
• 2.3.2 消息
• 2.3.3 用户接口
• 2.3.4 OMNeT++内核的仿真机制
• 2.4 OMNET++的结构
• 2.4.1 平台组成
• 2.4.2 部件功能
• 2.4.3 部件关系
• 2.5 OMNET++开发过程介绍
• 2.5.1 OMNeT++的安装设置
• 2.5.2 拓扑模型的建立
• 2.5.3 仿真节点的定义
• 2.5.4 仿真程序的编译
• 2.5.5 仿真结果的分析工具
• 2.6 相关的仿真软件介绍
• 2.6.1 OPNET介绍
• 2.6.2 NS-2 介绍
• 2.6.3 OMNeT++与其它仿真软件的比较
• 2.7 小结
• 第3章 飞船应用系统数据流的仿真
• 3.1 天地一体化数据流仿真介绍
• 3.1.1 空间任务中面临的数据流问题
• 3.1.2 数据流仿真可以解决的问题
• 3.2 船上数据的存储与传输仿真
• 3.2.1 船上数据存储与传输中的问题
• 3.2.2 大容量存储器容量和下行策略的仿真
• 3.2.3 仿真程序设计与技术要点
• 3.2.4 小结
• 3.3 船上1553B总线的性能仿真
• 3.3.1 1553B总线简介
• 3.3.2 1553B总线协议的特点
• 3.3.3 应用系统1553B总线的仿真
• 3.3.4 仿真程序设计与技术要点
• 3.3.5 仿真结果分析
• 3.3.6 小结
• 第4章 卫星姿态控制系统的数据流仿真
• 4.1 卫星整星工作模式与姿态控制系统简介
• 4.2 卫星整星工作模式和姿轨控系统设计中面临的数据流问题
• 4.3 卫星姿态控制系统
• 4.3.1 坐标系
• 4.3.2 卫星姿态描述和运动模型
• 4.3.3 空间干扰模型
• 4.3.4 敏感器和执行机构模型
• 4.3.5 姿态确定算法
• 4.3.6 姿态控制算法
• 4.4 仿真程序设计与技术要点
• 4.5 三轴稳定卫星姿态控制系统的仿真分析
• 4.5.1 敏感器和执行机构输出延时的仿真分析
• 4.5.2 姿态控制周期的仿真分析
• 4.6 小结
• 第5章 OMNET++与HLA联合仿真的研究
• 5.1 HLA分布式仿真程序设计
• 5.1.1 高层体系结构（HLA）简介
• 5.1.2 HLA仿真框架的构成
• 5.1.3 HLA仿真程序的运行流程
• 5.2 OMNET++与HLA/RTI联合仿真的实现
• 5.2.1 节点模块与RTI的接口
• 5.2.2 离散事件仿真系统与RTI的接口
• 5.2.3 OMNeT++数据的发布处理
• 5.3 飞行器任务分析设计的分布式仿真系统
• 5.4 小结
• 第6章 结论与后续工作展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 进一步的思考与研究
• 附录A 图目录
• 附录B 表目录
• 参考文献
• 发表论文情况
• 致谢