STK/Connect在态势模拟系统中的应用研究

中国电子科技集团公司第20研究所　王　甲　姜　希



STK/Connect在态势模拟系统中的应用研究

中国电子科技集团公司第20研究所王甲姜希

【摘要】针对现有态势模拟系统仿真度低、成本高昂等问题，提出了一种基于STK/Connect的态势模拟系统。该系统通过单元与STK/ Connect中间件耦合的方式，构建出具有扩展性强、灵活快捷特点的态势模拟系统，对战场快速模拟与推演具有较强的应用价值。

【关键词】态势模拟；STK；STK/Connect 组件；中间件

0　引言

战场态势，包括敌我各参战单元的实时状态如位置、姿态、武器等信息,为战场决策与指挥提供了基本依据，是现代军事战争C4ISR的基础。

现有的基于STK的态势模拟相关解决方案中，[1]实现了卫星和地面单元集成的全仿真模拟系统，但其非卫星单元仿真度低，不具备扩展能力；[2]将以Web应用程序为载体实现了三维态势显示系统，对分布式、半实物的单元不具备支持能力；[3]使用HLA/RTI框架构建了仿真方案，但是复杂度高，仿真成本高。

本文以STK/Connect组件为基础，通过中间件/内嵌的方式构建连接各设备的态势模拟系统，其拟真度高，扩展性强，同时便于根据现有设备快速搭建模拟系统。

1　STK与STK/Connect简介

卫星工具包STK(Satellite Tool Kit)是航天领域中先进的系统分析软件，由美国分析图形有限公司(Analytic Graphics Inc.)研制，用于分析复杂的航天、航空、陆地及海洋任务。它可提供逼真的二维、三维可视化动态场景以及精确的图表、报告等多种分析结果，也可用于卫星军事应用中的战场监测、覆盖分析、打击效果评估等。STK/Connect 是STK 的重要模块之一，提供用户在C/S环境下与STK进行交互。

2　系统总体设计

建立天地一体化态势模拟系统的核心是在全程可视化的基础上，各空、天、地单元在预先规划的独立工作流驱动下，模拟系统引擎能够实时计算包括卫星过顶、波束覆盖、通信链路等状态，并实时反馈于态势模拟系统中。

在实际构建模拟系统时，单元与模拟引擎有两种铰链方式，一是能够将与模拟引擎的信息接口植入单元信息系统内，构成紧耦合的模拟系统；二是在单元与模拟引擎中间加入中间件，该中间件屏蔽了前者多样化的接口形式，构成了松耦合的模拟系统。

本模拟系统根据设备的不同状态，采用单元通过单元与STK/Connect接口或通过单元与STK/Connect中间件与STK引擎进行铰链。

3　系统组织架构及模块划分

为降低开发、维护成本，本系统将内嵌式、中间件式两种使用方式功能进行归类，划分为：中间件连接组件、内嵌接口组件、共通组件和STK/Connect组件四类。如图1所示。

图1　系统体系架构示意图

1)中间件连接组件由应用程序框架、物理接口适配、单元数据接口构成。其中应用程序框架屏蔽了操作系统差异，并通过API提供人机界面、内存管理、进程管理等；物理接口适配可根据所接驳的单元实体提供硬件接口；单元数据接口解析、提取单元输出，为核心处理层提供统一输入。

2)内嵌接口组件即为单元应用程序接口。该接口向上供单元应用程序调用，向下为核心处理层提供统一输入。

图2　态势模拟运行时效果图

3)共通组件即为核心处理层。该层在上层数据接口的支撑下，组织数据元素，以STK/Connect组件可识别的数据形式向其发送单元创建初始化状态指令、位置和状态更新指令、基于STK链路状态解析的实时消息收发控制及其他可视化功能。同时，数据记录功能对核心处理层的各项操作进行记录用以监测和回放。

4)STK/Connect组件。该组件按照规定的上层接口接收核心处理层指令，通过调用Connect组件库函数与STK引擎交互，向STK引擎发送各单元状态的同时，实时接收其运算结果。

4　系统实现

核心处理层向上接收单元消息，提取系统所需的必要信息，如经度、纬度、高程信息等，并格式化该数据元素、调用STK/Connect组件收发消息与STK引擎交互，是系统的核心处理枢纽。囿于篇幅所限，本文仅对核心处理层STKObject类的关键方法进行说明：

(1) RUNTIME_ProcSTKCmd():向STK发送指定命令方法。该方法需要在向STK直接发送命令字符串的方法中调用，通过使用STK内置的AgConProcessSTKCmd()将自定义的命令发送给STK引擎，并接收AgTConReturnInfo结构体内的返回值。

(2) Comm_CalLinkBetweenTwoObj()：链路可达性计算方法。该方法在Comm_Broadcast和Comm_Pointcast中均需要在实施信息交互前调用，用于确定当期上下行链路状态。通过RUNTIME_ProcSTKCmd()方法向STK引擎发送“Access [{AccessOptions}] ”指令，并解析返回数据确定两单元和 状态。

(3) VIS_ShowConnection()：显示链路状态方法。该方法通过RUNTIME_ProcSTKCmd()方法向STK引擎发送“VO * ObjectLine Add FromObj...”命令，用连接线的方式显示两单元间的可见关系。

(4) VIS_UpdateObjPos()：更新单元位置方法。该方法通过RUNTIME_ProcSTKCmd()方法向STK引擎发送“SetPosition {PositionType}…”命令，用以更新各单元位置，并在GIS系统上显示。

5　效果展示

利用已有的单元，在STK中设置了卫星参数和地面单元信道参数后，在上述中间件支撑下，快速构建了天地一体化态势模拟系统，能够实时掌握星地链路、信息收发、卫星过顶状态等。如图2所示，分别展示了态势图、飞机视角的信息收发效果和卫星广播信息效果。

6　结语

本文以STK/Connect组件为基础，能够使用现存的单元/单元模拟设备通过中间件/内嵌的方式构建分布式天地一体化态势模拟系统，有效地利用了STK专业、逼真的仿真能力,提高了仿真分析系统应用的拟真度，其产生的天地一体化态势对指挥人员战前快速构建虚拟战场、逼真推演战斗进程和科学制定战斗预案有较大的价值。

参考文献

[1]孙艳红,刘冰,陈晖,等. 基于STK/ X 的卫星系统信息传输时效性仿真[J].无线电工程,2011,41(3):56-58.

[2]方冰,宦国杨,吴畏等. 空天地一体三维态势显示系统应用[J].指挥信息系统与技术,2015,6(2):76-88.

[3]王 达,邱晓刚, 黄柯棣，基于 STK-RTI 中间件的天地一体作战建模仿真研究[J].系统仿真学报,2005,17(2):501-503.