STK/Connect在態勢模擬系統中的應用研究

中國電子科技集團公司第20研究所　王　甲　姜　希

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STK/Connect在態勢模擬系統中的應用研究

中國電子科技集團公司第20研究所王甲姜希

【摘要】針對現有態勢模擬系統仿真度低、成本高昂等問題，提出了一種基于STK/Connect的態勢模擬系統。該系統通過單元與STK/ Connect中間件耦合的方式，構建出具有擴展性強、靈活快捷特點的態勢模擬系統，對戰場快速模擬與推演具有較強的應用價值。

【關鍵詞】態勢模擬；STK；STK/Connect 組件；中間件

0　引言

戰場態勢，包括敵我各參戰單元的實時狀態如位置、姿態、武器等信息,為戰場決策與指揮提供了基本依據，是現代軍事戰爭C4ISR的基礎。

現有的基于STK的態勢模擬相關解決方案中，[1]實現了衛星和地面單元集成的全仿真模擬系統，但其非衛星單元仿真度低，不具備擴展能力；[2]將以Web應用程序為載體實現了三維態勢顯示系統，對分布式、半實物的單元不具備支持能力；[3]使用HLA/RTI框架構建了仿真方案，但是復雜度高，仿真成本高。

本文以STK/Connect組件為基礎，通過中間件/內嵌的方式構建連接各設備的態勢模擬系統，其擬真度高，擴展性強，同時便于根據現有設備快速搭建模擬系統。

1　STK與STK/Connect簡介

衛星工具包STK(Satellite Tool Kit)是航天領域中先進的系統分析軟件，由美國分析圖形有限公司(Analytic Graphics Inc.)研制，用于分析復雜的航天、航空、陸地及海洋任務。它可提供逼真的二維、三維可視化動態場景以及精確的圖表、報告等多種分析結果，也可用于衛星軍事應用中的戰場監測、覆蓋分析、打擊效果評估等。STK/Connect 是STK 的重要模塊之一，提供用戶在C/S環境下與STK進行交互。

2　系統總體設計

建立天地一體化態勢模擬系統的核心是在全程可視化的基礎上，各空、天、地單元在預先規劃的獨立工作流驅動下，模擬系統引擎能夠實時計算包括衛星過頂、波束覆蓋、通信鏈路等狀態，并實時反饋于態勢模擬系統中。

在實際構建模擬系統時，單元與模擬引擎有兩種鉸鏈方式，一是能夠將與模擬引擎的信息接口植入單元信息系統內，構成緊耦合的模擬系統；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，構成了松耦合的模擬系統。

本模擬系統根據設備的不同狀態，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引擎進行鉸鏈。

3　系統組織架構及模塊劃分

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

圖1　系統體系架構示意圖

1)中間件連接組件由應用程序框架、物理接口適配、單元數據接口構成。其中應用程序框架屏蔽了操作系統差異，并通過API提供人機界面、內存管理、進程管理等；物理接口適配可根據所接駁的單元實體提供硬件接口；單元數據接口解析、提取單元輸出，為核心處理層提供統一輸入。

2)內嵌接口組件即為單元應用程序接口。該接口向上供單元應用程序調用，向下為核心處理層提供統一輸入。

圖2　態勢模擬運行時效果圖

3)共通組件即為核心處理層。該層在上層數據接口的支撐下，組織數據元素，以STK/Connect組件可識別的數據形式向其發送單元創建初始化狀態指令、位置和狀態更新指令、基于STK鏈路狀態解析的實時消息收發控制及其他可視化功能。同時，數據記錄功能對核心處理層的各項操作進行記錄用以監測和回放。

4)STK/Connect組件。該組件按照規定的上層接口接收核心處理層指令，通過調用Connect組件庫函數與STK引擎交互，向STK引擎發送各單元狀態的同時，實時接收其運算結果。

4　系統實現

核心處理層向上接收單元消息，提取系統所需的必要信息，如經度、緯度、高程信息等，并格式化該數據元素、調用STK/Connect組件收發消息與STK引擎交互，是系統的核心處理樞紐。囿于篇幅所限，本文僅對核心處理層STKObject類的關鍵方法進行說明：

(1) RUNTIME_ProcSTKCmd():向STK發送指定命令方法。該方法需要在向STK直接發送命令字符串的方法中調用，通過使用STK內置的AgConProcessSTKCmd()將自定義的命令發送給STK引擎，并接收AgTConReturnInfo結構體內的返回值。

(2) Comm_CalLinkBetweenTwoObj()：鏈路可達性計算方法。該方法在Comm_Broadcast和Comm_Pointcast中均需要在實施信息交互前調用，用于確定當期上下行鏈路狀態。通過RUNTIME_ProcSTKCmd()方法向STK引擎發送“Access [{AccessOptions}] ”指令，并解析返回數據確定兩單元和 狀態。

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

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

5　效果展示

利用已有的單元，在STK中設置了衛星參數和地面單元信道參數后，在上述中間件支撐下，快速構建了天地一體化態勢模擬系統，能夠實時掌握星地鏈路、信息收發、衛星過頂狀態等。如圖2所示，分別展示了態勢圖、飛機視角的信息收發效果和衛星廣播信息效果。

6　結語

本文以STK/Connect組件為基礎，能夠使用現存的單元/單元模擬設備通過中間件/內嵌的方式構建分布式天地一體化態勢模擬系統，有效地利用了STK專業、逼真的仿真能力,提高了仿真分析系統應用的擬真度，其產生的天地一體化態勢對指揮人員戰前快速構建虛擬戰場、逼真推演戰斗進程和科學制定戰斗預案有較大的價值。

參考文獻

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

[2]方冰,宦國楊,吳畏等. 空天地一體三維態勢顯示系統應用[J].指揮信息系統與技術,2015,6(2):76-88.

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