基于HLA_RTI的GPS系统仿真技术的研究

Vol.34,No.2

February,2009

火力与指挥控制

FireControl&CommandControl

第34卷　第2期2009年2月

文章编号:1002-0640(2009)02-0028-04

*

基于HLA/RTI的GPS系统仿真技术的研究

田明浩1,2,杨　力1,潘成胜3

(1.南京理工大学,江苏　南京　210094,2.沈阳理工大学通信与网络工程中心,辽宁　沈阳　110168,

3.大连大学,辽宁　大连　116000)

　　摘　要:全球定位系统(GPS)是一种实现全球、全天候、实时、连续导航定位的高精度天基导航系统,其优越性使其应用越来越广泛。建立合理的GPS仿真系统可以辅助进行GPS系统的特性分析、GPS信号接收技术、GPS干扰技术以及抗干扰技术等研究。时间控制”并且“时GPS系统仿真对仿真数据的时间同步要求很高,为此提出了一种GPS系统的仿真模型,采用一种“间受限”的时间管理策略,完成仿真数据的有序分发和时间同步,从而有效地实现GPS系统的仿真。

关键词:GPS,HLA,RTI,数据分发

中图分类号:TP391.9　　　　文献标识码:A

ResearchonSimulationTechnologyofGPSbasedonHLA/RTI

TIANMing-hao1,2,YANGLi1,PANCheng-sheng3

(1.NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210094,China,http://www.77cn.com.cnmunicationandNetworkInstitute,

ShenyangLigongUniversity,Shenyang110168,China,3.DalianUniversity,Dalian116000,China)

　　Abstract:TheGlobalPositioningSystem(GPS)isahighprecisionsatellite-basednavigationsystem,whichimplementsworldwide、all-weather、real-time、continuousnavigationandposition.TheapplicationofGPSismoreandmorebroadbecauseofitsadvantage.IthasmanyfunctionstoestablisharationalsimulationsystemofGPS,whichcanhelptoanalysethecharacteristicsofGPS,doresearchonthetechnologiesaboutreceivingofGPSsignals,jammingandanti-jammingofGPSandsoon.TimesynchronizationisrequiredstrictlyforsimulationofGPS,soasimulationmodelofGPSispresented,whichadoptsatimemanagementstrategy,"timecontrol"and"timerestricted",tocompletetheorderlydistributionandtimesynchronizationofsimulationdataandimplementthesimulationofGPSeffectively.

Keywords:GPS,HLA,RTI,datadistribution

引　言

全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem)

[1]

作用已经远远超越了激光制导、惯性制导等其他定位与导航技术,其应用也越来越广泛。因此,建立合理的GPS系统仿真模型,搭建有效的GPS系统仿真平台,对进一步深入研究GPS系统的特性、GPS信号接收技术、GPS干扰技术以及抗干扰技术等具有重要意义,同时,也可对发展我国自己的卫星定位系统提供技术基础。

GPS系统采用典型的CDMA体制,系统以码分多址形式区分各卫星信号。因此,在进行仿真时,时间管理和数据分发尤为重要。美国国防部1996年正式提出的建模/仿真的高层体系结构HLA,它在DIS和ALSP技术发展和应用的基础上,采用面向对象是美国继阿波罗登月、航天飞机之后的第

三大航天工程,是实现全球、全天候、实时、连续导航

定位的新一代高精度天基导航系统,其导航能力与

　收稿日期:2008-01-08　　　修回日期:2008-04-09*基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)课题

(2004AA712060);武器装备重点基金资助项目(6140431)

　作者简介:田明浩(1977-　),男,吉林磐石人,博士研究

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田明浩,等:基于HLA/RTI的GPS系统仿真技术的研究

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型,以解决仿真系统之间的互操作问题,并促进仿真系统及其部件的重用性[2,3]。针对GPS系统仿真对时间管理和数据分发的需求,采用HLA规范中的时间管理机制和数据分发机制,使用RTI提供的相应接口实现有效的信息交换。

的接收机,如C/A码接收机、P码接收机以及M码

接收机等。

接收机视景:仿真接收机载体运行情况。根据接收机所处的运载实体构建接收机应用平台模型,提供接收机的三维位置、速度以及方位角、仰角等信息。

在GPS仿真系统中,仿真运行采用HLA框架下的联邦管理模式,各个仿真成员以联邦成员的形式共同加入联邦,通过RTI构成一个分布式仿真系统,在联邦运行阶段,通过RTI以及底层通信协议完成各个成员之间的数据交互。各个仿真成员之间的数据同步以及仿真时间同步推进是评价仿真系统置信度的关键。在仿真中,采用“时间控制”并且“时间受限”的时间管理策略,即采用时间步进管理完成仿真时间的推进,但是仿真时间的推进又受到仿真步长内仿真执行的制约。时间步进管理采用HLA时间管理服务中的时间步进机制,对于仿真信号数据的分发,在每个仿真步长内,接收成员采用阻塞等待的方式接收数据,以此来防止仿真时间的错误推进,从而可以有效地保证各个仿真成员仿真时间的同步推进和数据同步。仿真时间粒度是每个仿真时间步长内所仿真的GPS时间,它的大小直接影响仿真系统的精度,同时也会影响仿真系统的运行速度,因此,应该根据不同的仿真场景选择合适的仿真时间

1　仿真系统模型

GPS系统是一个复杂的系统,根据需求可以从不同层面对其进行仿真。以信号仿真为立足点,从信号处理层面搭建一个GPS仿真系统,仿真系统模型如图1

所示。

图1　GPS仿真系统模型

粒度。

GPS仿真系统的仿真对象包括GPS卫星、GPS卫星视景、信道、接收机、接收机视景五种对象。各种对象的功能描述如下:

GPS卫星:根据GPS卫星视景以及接收机视景所提供的GPS卫星和接收机所对应的状态参数信息,产生相应的GPS卫星信号。

GPS卫星视景:仿真GPS卫星运行情况。GPS卫星以星座的模式实现全球覆盖,构建由32颗GPS卫星组成的GPS卫星星座模型,用来提供每颗卫星的三维位置信息以及方位角、仰角等信息。

信道:按照GPS卫星到接收机的信道的传输特性,对GPS卫星信号进行相应处理。信道的设计考虑到信号在空间传播环境下引起的损耗和环境噪声的影响。其中,信号传播损耗包括自由空间传播损耗、多径衰落和阴影效应、降雨损耗以及云雾损耗等。环境噪声包括宇宙噪声、大气噪声、降雨噪声以及干扰噪声等。

接收机:完成对经过信道的GPS卫星信号进行接收处理。GPS系统采用典型的CDMA体制,针对2　时间管理

在分布式仿真中存在三种不同的时间:物理时间:即所要仿真的物理系统所处的自然时间;

仿真时间:指仿真器所表现的时间;

墙上时钟时间:指仿真器执行时的仿真参考时钟(常取自然时钟)的时间。

在HLA中,仿真时间表现为延一个全局的联邦时间轴上的点。联邦成员时间指的是联邦成员当前的仿真时间。在一些情况下,仿真时间的推进同墙上时钟时间的推进是同步的,与仿真执行无关。另一方面,也存在这两个时间推进之间无直接关系的情况,称作最快方式执行(as-fast-as-possible)仿真,由仿真执行决定。HLA同时支持上述类型的仿真。在HLA时间管理服务中主要包含四种时间管理机制:事件驱动、时间步进、离散事件并行仿真、“墙上时钟”时间驱动[4]。其中时间步进机制为联邦成员按一些固定的仿真时间步长推进时间。步长通

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有关的所有仿真活动全部结束,才能将时间推进到下一时间步长段,因此不能简单的理解为一定的时间间隔推进一个时间步长。…… 此处隐藏：4780字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……