CN108460216A - 航天器测控覆盖分析设计平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种航天器测控覆盖分析设计平台，包括底层对象管理子系统、覆盖分析子系统、测控分析子系统、链路分析子系统以及动态图表展示子系统，该平台可以根据用户添加的测控设备或者载入的想定配置，对卫星、测量船和地面站等研究对象进行空间运动的仿真，通过覆盖分析、测控分析和链路分析三个子系统，实现对在线或离线仿真数据的测控覆盖分析，并将分析结果以静态图表、动态图表或自定义图表的方式展示出来。与现有技术相比，具有可扩展的分析架构，能够对一般模型和定制模型实现数据的交互，并可以实现实时仿真分析。

Description

航天器测控覆盖分析设计平台

技术领域

本发明涉及航天器测控覆盖分析设计，尤其涉及卫星、地面站、测量船等测控设备之间的覆盖链路分析平台。

背景技术

自上个世纪50年代开始，各国就已经竞相开展航天器的设计研制工作。经历了60多年的发展，涵盖各类轨道、门类齐全的航天器无时无刻不在影响着人们的生活。其中，以美国的GPS为代表的全球导航定位系统(Global Navigation Satellite System)，更是随着星座系统的日益完备，在精细农业、科学研究、环境监测、自然资源分析以及突发事件和灾害评估等方面为人类带来了巨大的社会和经济效益。

航天器的测控覆盖能力是航天器使用效能的重要评价指标。覆盖性分析主要包括在一定的仿真时间内计算被观测目标的可见时段及其覆盖重数，测控链路则是针对单个通信通道能力的具体评价。针对单个LEO卫星的可见性算法，Radzik等人利用反复试验的方法来计算卫星可见期[J.Radzik,G.Maral,A methodology for rapidly evaluating theperformance of some low earth orbit satellite systems,IEEE Journal onSelected Areas in Communications.13(2)(1995)301-309.]，Ifran Ali等人在研究卫星多普勒频移的基础上提出了利用大圆来近似可见期内的卫星轨迹并给出了关于最大仰角可见期计算公式和算法[I.Ali,N.Al-Dhahir,J.E.Hershey,Predicting the visibilityof LEO satellites,IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems.35(4)(1999)1180-1189.]，唐荣富等人提出了更高精度的变轨交圆补偿算法[T.R.Fu,Y.D.Yun,L.Qiang,et al.,Fast Simulation Algorithm for Visibility of LEO Satellites,Journal of System Simulation.20(18)(2008)4850-4853]。针对星座覆盖问题，最早研究主要针对连续覆盖星座设计问题，后来逐渐出现了星座覆盖优化设计、多地区覆盖优化和卫星对卫星观测优化等不同研究方面。从前人的研究中可以明显看出，覆盖计算正逐步由单个卫星向星座设计发展、连续性向周期性发展、对地覆盖对空覆盖发展，总之随着未来空间发展覆盖性分析将变得更为复杂，针对特定轨道、特定对象的覆盖算法并不能满足全部工程需求。为此有必要设计出可以灵活设置轨道、覆盖对象的通用覆盖分析仿真工具，为未来地面基站布设、星座构型优化以及对空或地目标监视等任务提供有力的支撑。

目前比较成熟的测控覆盖分析仿真平台为STK(Satellite Tool Kit)[M.Woodard,O.Cuevas,MAP Trajectory Design,Washington D.C.,Satellite Tool KitUser’s Conference,Georgetown.(2002).]，但是其航天器模型比较固定且与外部模型的实时仿真通信的能力有限，无法定制。对于复杂大系统来说，往往需要接入多种模型在统一的管理下实现仿真的推进，STK显然不具备这样的能力。

发明内容

目前，具有通用性的测控覆盖分析平台为STK，但是它所采用的运行机制为打包计算全部仿真结果，在对结果进行回访。对于一般模型可以直接设置其上已有的航天器类型，但是对于具有特殊定制需求的模型，虽然可以外接模型，但其数据传递方式不够灵活，无法做到多种模型下的统一仿真调度与控制。为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种航天器测控覆盖分析设计平台。

一种航天器测控覆盖分析设计平台，包括底层对象管理子系统、覆盖分析子系统、测控分析子系统、链路分析子系统以及动态图表展示子系统。

底层对象管理子系统：

底层对象包括仿真想定、卫星、地面站、船、敏感器、发射器、接收器，其中仿真想定为最底层对象，作为卫星、地面站、船的父对象，仿真想定的每一个子对象可以作为敏感器、发射器和接收器的父对象，通过对象的初始化确定了对象的层级关系；底层对象管理子系统包括对象操作模块、对象配置载入导出模块、对象仿真流程控制模块。通过对象操作模块建立对象类，对象配置载入导出模块将参数导入到对象类，对象仿真流程控制模块控制仿真的流程，最终得到全仿真过程的全部对象的位置、速度、姿态角和姿态角速度信息。

其中：对象操作模块，实现对象的生成、拷贝和删除，新建对象为对象类开辟一块内存空间，为后续属性载入做准备；删除操作，销毁之前开辟的内存空间；拷贝操作，将原对象中的数据复制到新对象的内存空间。

对象配置载入导出模块，实现配置文件与对象类的内存空间数据的交互。该模块在平台建立对象时将配置文件信息载入到底层对象属性配置，在保存时将底层对象属性保存到配置文件中去。主要的对象配置参数参见表1，包括界面配置参数、基本约束参数、覆盖分析参数、测控链路分析参数、可视化显示参数、仿真中间数据(推进的秒数、位置、速度、姿态)等。

表1对象配置参数列表

对象仿真进程控制模块，控制全部对象的仿真初始化、步进和后处理。初始化负责将对象第一步的仿真数据保存，步进实现对象仿真模型推进，后处理将仿真结果进行整理并保存。

覆盖分析子系统：

覆盖分析子系统属于离线分析系统，根据用户在对象树中选择的分析对象和所设置的约束参数，来分析其他对象对该对象的覆盖特性，包括覆盖时段、覆盖重数、覆盖率、间隔率等，并可以按照用户意愿设置达到覆盖要求的条件。根据用户的选择，将用户关注信息展示出来。

覆盖分析子系统包括界面设置模块、覆盖计算模块、数据处理模块、覆盖分析展示模块；覆盖计算模块将根据界面设置模块的参数输入进行对象间的覆盖分析，保存覆盖分析结果至覆盖分析类，通过数据处理模块将覆盖分析结果整理为可以展示的表格形式，并通过覆盖分析展示模块进行展示。

界面设置模块，在生成界面时调用当前分析对象类的覆盖分析参数作为初始默认配置并建立与当前分析对象路径名相关联的覆盖界面数据类。界面设置模块包括时间设置子模块、对象选择子模块、覆盖定义设置子模块。通过时间设置子模块选择时间种类、分析时段的开始结束时间，由对象选择子模块选择要对当前对象进行覆盖的对象，覆盖定义设置子模块设置覆盖品质的种类和判断条件。用户设置的参数存储在界面控件内存中，应用按键实现将界面参数保存在用户所选分析对象的覆盖分析类中。具体的覆盖品质种类如下表所示。

表2覆盖品质定义

覆盖计算模块主要包括当前覆盖分析对象参数初始化子模块、覆盖基本约束计算子模块、覆盖品质计算子模块和有效覆盖计算子模块。覆盖计算模块，以当前对象的覆盖分析类为输入，利用底层对象管理子系统获取当前对象和选择对象的位置、速度和基本约束信息，进行覆盖分析计算。覆盖分析类成员有用户设置的时间、选择对象列表和覆盖定义，以及计算结果。当前覆盖分析对象参数初始化子模块输入为当前分析对象类和覆盖分析类，根据当前分析对象的类型，调用相应的分析时间、位置、速度和基本约束信息，并更新覆盖分析类中的分析时间。覆盖基本约束计算子模块根据当前对象的分析时间、位置、速度和基本约束信息以及覆盖分析类中的选择对象信息，计算基本约束的满足情况，覆盖品质计算子模块输入为当前对象的分析时间、位置、速度和基本约束，覆盖类型定义，计算覆盖品质值，有效覆盖计算子模块，根据用户设置的当前对象分析时间、位置、速度和基本约束，以及有效覆盖条件，计算各个分析时刻是否满足有效覆盖。这三个子模块的输出为各个分析时段内的各时刻是否覆盖、覆盖品质值、覆盖时段以及覆盖当前对象的对象名，具体的计算方法可以参见文献[Zhou W.M,Wang H,Zhang F,Li H.Y.Coverage Analysis Tool Designin Object-Oriented Astronautical Simulation Software using Plugin.2017 4^thInternational Conference on Information Science and Control Engineering,IEEE,Hunan,China,2017.]。

数据处理模块，输入报告类型、覆盖分析类，作用是将覆盖计算模块输出的覆盖分析结果转换为特定覆盖分析数据类，其输出为特定覆盖分析数据类，按列保存数据，包括数据类型、单位、名称、具体的存储数据，可以方便的展示在输出界面中。

当用户选择某个输出报告时，覆盖分析展示模块会根据当前对象类、当前分析对象路径、覆盖分析类、覆盖分析数据类，将结果输出到报告数据流，同时将报告类型、覆盖分析数据类保存在覆盖界面数据类之中。这里的覆盖分析展示，主要指覆盖品质报告、覆盖分析报告、有效覆盖报告以及这三者对应的曲线。自定义报告和动态报告由图表展示子系统统一管理。

覆盖界面数据类与当前分析对象关联，除了保存计算结果数据以外，还保存报告打开状态、报告标识名、报告类型和采样间隔等信息。

链路分析子系统：

链路分析子系统，是针对中继卫星所设置的一系列设备组合的通信链，根据用户的选择参与通信的对象、排列对象顺序，计算整个对象链中是否存在不可连接的通信链，同时可以根据用户设置计算分析通信链路的通信质量。根据用户选择分析对象的约束参数设置，可以分析一个对象链中相邻两对象之间的关系。

用户可以由筛选器选择参与通信的对象，根据用户对分析对象的排序，衡量整个通信链路的通信质量。根据用户选择分析对象的约束参数设置，可以分析一个对象链中相邻两对象之间的关系。

链路分析子系统包括界面设置模块、计算分析模块、结果整理模块和结果展示模块。界面设置模块由筛选器、时间设置和选择对象组成。筛选器将可选对象中符合条件对象加入到分析对象列表，选择对象功能可以调整链路顺序和增减链路中的对象。计算分析模块，主要调用了两两对象间的测控分析计算子模块。子系统一部分输入来自用户界面设置，另一部来自对象类的基本约束和通信约束和仿真中间数据。计算分析模块的计算结果由结果整理模块整理为链路报告数据类，并由结果展示模块展现出来。

测控分析子系统：

测控分析子系统根据用户选择的对象和用户对每个对象的约束参数设置，可以分析对象两两之间的可见性关系，包括是否可见、视线的距离、视线方位角、视线高低角以及测控链路的相关。用户可以根据测控分析子系统的结果考察整个仿真时段的可见时段、视线参数、链路预算与误码率。测控分析子系统包括：界面设置模块，测控计算模块、数据处理模块和测控分析展示模块。测控分析子系统的一部分输入数据来自用户界面设置，另一部来自当前分析对象类的基本约束和仿真中间数据。测控分析子系统既可以离线分析，又可以在线分析，其中在线分析可以实现曲线和报告的动态展示；

界面设置模块实现分析时间设置、分析对象设置。界面启动前，生成测控界面数据类，并与当前对象路径关联，同时将当前对象中的测控分析配置载入到测控分析子系统界面中。界面启动之后，通过应用计算按键功能实现将调整后的测控分析参数存入当前对象的测控分析类。

测控计算模块根据当前对象和选择对象类的仿真中间数据、基本约束以及测控分析类的设置，计算分析时段内各时刻的测控参数，包括视线高低角、视线方位角、视线视距、对象高度及视线角速率、视线联通约束和视场约束等基本约束，计算方式参见文献[ZhouW.M,Wang H,Zhang F,Li H.Y.Coverage Analysis Tool Design in Object-OrientedAstronautical Simulation Software using Plugin.2017 4^th InternationalConference on Information Science and Control Engineering,IEEE,Hunan,China,2017.]。若对象为转发器和接收器，还有发射功率、通量密度、载波噪声比、误码率、裕量等通信约束，具体实现方式可以参见文献[Louis J.Ippolito Jr.SatelliteCommunications Systems Engineering.New York:Van Nostrand ReinHold Company,2012.]。测控计算模块包括当前对象参数初始化、离线可见性分析、离线通信分析、在线可见性分析、在线通信分析。参数初始化根据当前对象类和测控分析类，确定需要分析的时间和位置、速度信息。离线可见性分析，初始化获得的全部时间、位置和速度历史数据，计算全过程对象间可见情况。离线通信分析，在其基础上，计算可见发生时的通信参数。在线计算，则是仅利用当前仿真的时间、位置、速度信息，计算当前时刻的可见情况和通信情况。

数据处理模块，输入报告类型、测控分析类，将测控分析结果转换特定测控分析数据类。当用户选择某个输出报告时，测控分析展示模块会根据当前对象类、当前分析对象路径、测控分析类、测控分析数据类，将结果输出到报告数据流，同时将报告类型、测控分析数据类保存在测控界面数据类之中。

测控分析展示模块用于展示数据处理模块输出的可见性报告曲线、视线参数报告曲线、链路裕量报告。自定义报告和动态报告由图表展示子系统统一管理。特定测控分析数据类与覆盖分析数据类相同，按列保存数据，包括数据类型、单位、名称、具体存储数据。测控界面数据类与当前分析对象关联，除了保存计算结果数据以外，还保存报告打开状态、报告标识名、报告类型和采样间隔等信息。

图表展示子系统

图表展示子系统用于生成和展示自定义报告、动态曲线以及动态报告。

覆盖分析和链路仅针对离线数据分析，因此只生成静态报告。测控分析可以同时分析在线数据和离线数据，因此可以生成静态报告、动态报告。对于一般的静态报告和静态曲线可以直接调用覆盖分析、测控分析和链路分析三个子系统的结果展示模块，而自定义报告、动态曲线以及动态报告，则需要图表展示子系统生成。

图表展示子系统，该子系统包括高级配置模块、图表选择列表模块、图表生成模块。高级配置模块，可以修改图表标题和图表展示的间隔数；图表选择列表模块可以将全部可选图表名以列表形式提供给用户；图表生成模块则判断图表是否为静态或动态，若图表为静态，则调用相应的子系统的计算结果整理模块和报告展示模块，若图表为动态则建立动态图表，并开启动态线程。

航天器测控覆盖分析设计平台还具备仿真配置文件的导入导出模块、仿真线程管理模块和各子系统的管理模块。在仿真开始时启动仿真线程管理模块，同时锁定覆盖分析、链路分析和对象更改等功能。调用动态报告时，开启报告展示线程，通过数据的互斥锁实现仿真数据与界面的同步。航天器测控覆盖分析设计平台可以有两种模式进行数据交互，第一种是串口通信将其他进程的数据传递到仿真平台；第二种是共享内存模式，将对象按照一定的规范编写，由共享内存统一管理分发数据。作为仿真平台的底层以及基础部分，用户可以利用仿真配置文件进行随机试验设置，也可以直接在平台上进行试验参数配置，随机试验设置子系统包括气动文件、风场文件的读取模块、仿真运行参数设置模块、飞行器分离动力学参数配置模块、载荷设置模块和可靠性分析参数配置模块。该子系统通过有效地进行数据文件存取，飞行器动力学及载荷参数偏差的设置和可靠性参数配置，为其他子系统提供输入参数。

航天器测控覆盖分析设计平台可以保存、另存为、关闭、打开等针对想定操作的功能。航天器测控覆盖分析设计平台的仿真线程可以由内部独立控制、也可以由加入分布式仿真系统，由外部控制仿真进程。

航天器测控覆盖分析设计平台的仿真线程加入分布式仿真系统，在进行分布式仿真过程中，高层体系结构HLA(High Level Architecture)为分布式仿真交互提供了通用的技术框架和标准，RTI(Runtime Infrastructure)是HLA框架的具体实现，采用HLA分布式仿真构架与外部模型的数据交互有两种机制，一种是串口通信，另一种是共享内存，其中HLA框架提供的仿真通讯服务难以满足高性能仿真的需求，本发明将ASM(AstroShareMemory,ASM)作为HLA仿真框架下的进程间高效通信机制，有效提升了分布式仿真的效率和可靠性。

基于HLA仿真框架，ASM实现进程间仿真推进管理主要包括初始化，仿真推进和去注册三个步骤构成：

1)初始化

初始化步骤时各个成员判断是否已经开辟成功共享内存，若已有共享内存则读取公共信息，链接上开辟的内存区域；然后各个成员注册节点，为节点输入输出数据注册所需要的数据空间，为仿真推进做好准备。

2)仿真推进

各个节点根据仿真主控节点发布的命令，将本节点本次仿真所需的输入数据从共享内存中读取，进行本节点内的仿真推进，然后将节点产生的输出数据存入共享内存，为其他节点下一步的仿真推进提供所需数据，然后告知主控节点已完成仿真推进。主控节点监测到所有分节点完成当前步骤的仿真推进后，发布下一步的仿真推进命令。如此往复，实现各个进程节点严格同步与信息传递。

3)注销

当判断仿真完成时，各个节点销毁注册信息，退出共享内存链接，最后退出共享内存链接的节点负责销毁共享内存。

航天器测控覆盖分析设计平台的底层对象管理子系统采用了ASM技术，航天器测控覆盖分析设计平台在支持单机仿真的同时，也能高效快捷的加入分布式仿真。测试通信分析工具设计之初便支持用户仅仅用于完成单机仿真或者加入分布式仿真体系中作为仿真的一个节点，因此软件设计的内部工作流程拥有两种工作模式，单机仿真模式和分布式仿真模式。

图9展示的是测试通信分析工具单机仿真时的内部工作流程。首先用户打开软件，底层对象管理子系统载入仿真配置文件和其他数据库文件，便于后续仿真计算的快速开展；用户点选开始进行单机仿真，仿真数据保存在对象类中；用户选择分析工具，调用对象类中的数据，由分析子系统的界面实现数据与用户的交互。最后用户完成仿真后，点选退出，界面交互组件响应到仿真管理组件；仿真管理组件保存仿真对象改变的数据，并且传递给数据管理组件，最终数据管理组件保存本次仿真配置的信息为XML文件，用户下次打开软件时默认载入此配置文件。

当用户选择分布式仿真模式时，测试通信分析工具作为整个仿真系统内的一个节点，与单机仿真模式相比，软件的配置载入与单机模式基本一致。与单机仿真模式不同的是，用户点选仿真功能是，仿真管理首先判断数据内部的仿真标志位，当前是否可以进行仿真推进；若当前分布式仿真系统都处于可推进仿真状态，则由分布式仿真数据接口获取当前的仿真输入参数，传递给仿真管理，否则就等待共享内存内部的通知。分布式仿真模式下，流程图10所示。

用户操作描述

第一步：启动航天器测控覆盖分析设计平台。

第二步：平台载入配置。每个仿真想定都保存为一个单独的文件。在系统菜单中单击“打开”，打开一个已存在的仿真想定。。

第三步：在对象浏览窗口中选中仿真想定对象，单击右键弹出菜单中的“属性”，或选定仿真想定对象后单击工具栏中的“属性”，弹出仿真想定设置对话框。编辑卫星、地面站、船、敏感器、转发器、接收器等对象的属性。

第四步：选中对象浏览窗口中的父对象，右键单击，弹出菜单中选则“添加”对象，在子菜单中单击需要添加的子对象，则一个新对象被添加到仿真想定中；选中要删除的对象，单击右键弹出菜单中的“删除”，选中对象被删除。

第五步：完成了仿真想定编辑和对象编辑后，就可以开始进行仿真。单击系统菜单中“开始”，进行仿真，选择“结束”，可以停止仿真。

第六步：在仿真运行过程中，可以实时考察测控分析的结果也可以在仿真结束后考察分析结构，选中要分析的对象，右键单击弹出菜单中选择“测控分析”，启动测控分析工具。主要流程为：启动工具—〉分析时段设置—〉添加/删除分析对象—〉仿真输出。

第七步：对于覆盖分析问题来说，需要在仿真结束运行后调用，选中要分析的对象，右键单击弹出菜单中选择“覆盖分析”，启动覆盖分析工具。主要子流程为：启动工具—〉分析时段设置—〉添加/删除对象—〉参数配置计算—〉仿真输出。

第八步：对于链路分析问题，需要在仿真结束运行后调用，在系统菜单中，选择“链路分析”选项，启动链路分析工具。主要子流程为：启动工具—〉分析时段设置—〉添加/删除对象—〉仿真输出。

第九步：仿真输出，即包括了在仿真中实时查看，也包括了在仿真结束后查看。

选择对应的生成报告后，会出现可选的报告种类，用户只需要选择对应的选项，就可以生成报告。曲线也是同样的流程。

第十步：退出平台时，提示是否保存仿真，保存用户的设置和已经打开的动态报告。

与现有技术相比，本发明能够产生以下技术效果：

本发明是把卫星、地面站、测量船等测控设备作为研究主体，研究设备间的测控覆盖性能的分析设计平台。其可以根据用户添加的测控设备或者载入的想定配置，对卫星、测量船和地面站等研究对象进行空间运动的仿真，通过覆盖分析、测控分析和链路分析三个子系统，实现对在线或离线仿真数据的测控覆盖分析，并将分析结果以静态图表、动态图表或自定义图表的方式展示出来。

本发明既可以直接使用已经定制好的模型，又可以通过共享内存传递用户所需的特定模型的数据。由底层仿真对象管理子系统实现全部对象的统一调度和仿真推进。与现有技术相比，具有可扩展的分析架构，能够对一般模型和定制模型实现数据的交互，并可以实现实时仿真分析。

综上所述，本发明具有更加开放的框架，可以同时分析一般模型和特殊模型的仿真数据交互；共享内存通信将多个进程共同映射到同一段物理内存上，使得不同进程可以同时直接使用该段内存，不需要通讯协议下的数据传递和内存间的拷贝，极大提高了效率；本发明可以同时实现离线数据的回调分析和在线数据的实时计算，并展示动态数据的分析结果。

附图说明

图1是航天器测控覆盖分析平台的整体结构框图；

图2是底层对象管理子系统的示意图；

图3是覆盖分析展示界面；

图4是覆盖计算模块的结构框图；

图5是测控分析子系统界面；

图6是测控分析子系统的结构框图；

图7是链路分析子系统界面；

图8是共享内存通信流程图；

图9是测试通信分析工具单机仿真时的内部工作流程图；

图10是测试通信分析工具分布式仿真模式下的流程图；

图11是本发明提供的仿真实例的覆盖分析时段计算结果。

图12是本发明提供的仿真实例的测控视线参数计算结果

图13是本发明提供的仿真实例的链路通信参数计算结果。

具体实施方式

本发明针对实际工程需求，设计了可以任意添加测控设备(卫星、船、地面站及其上的敏感器、发射器、接收器)、设置不同仿真工况的一种航天器测控覆盖分析设计平台，该平台可以根据用户添加的测控设备或者载入的想定配置，对卫星、测量船和地面站等研究对象进行空间运动的仿真，通过覆盖分析、测控分析和链路分析三个子系统，实现对在线或离线仿真数据的测控覆盖分析，并将分析结果以静态图表、动态图表或自定义图表的方式展示出来。

航天器测控覆盖分析设计平台包含底层对象管理子系统、覆盖分析子系统、测控分析子系统、链路分析子系统以及动态图表展示子系统。参照图1是航天器测控覆盖分析平台的整体结构框图。

用户可以添加卫星、船、地面站以及其上的敏感器、发射器、接收器等设备或者直接打开配置文件载入已有想定，更改这些设备的仿真参数、约束参数。平台按照独立运行模式、串口通讯模式或共享内存模式，通过底层仿真对象管理子系统，统一负责设备的初始化、步进和后处理。由覆盖分析子系统、测控分析子系统和链路分析子系统分别调用对象的仿真数据，分析对象的覆盖时段、覆盖重数、覆盖率、间隔率等覆盖品质因数，视线方位角、高低角、视线距及其变化率等可见性参数，链路裕量、发射功率、发射增益、载波噪声比等通信链路分析参数。

分析结果可以灵活的展示在各展示界面中，实现多个位置的停靠，具体包括静态图表、动态图表和自定义图表。

参照图2，底层对象管理子系统：

底层对象包括仿真想定、卫星、地面站、船、敏感器、发射器、接收器，其中仿真想定为最底层对象，作为卫星、地面站、船的父对象，仿真想定的每一个子对象可以作为敏感器、发射器和接收器的父对象，通过对象的初始化确定了对象的层级关系；底层对象管理子系统包括对象操作模块、对象配置载入导出模块、对象仿真流程控制模块。通过对象操作模块建立对象类，对象配置载入导出模块将参数导入到对象类，对象仿真流程控制模块控制仿真的流程，最终得到全仿真过程的全部对象的位置、速度、姿态角和姿态角速度信息。每个模块都是采用递归调用的方式实现遍历全部嵌套仿真对象的属性和函数。

其中：对象操作模块，实现对象的生成、拷贝和删除，新建对象为对象类开辟一块内存空间，为后续属性载入做准备；删除操作，销毁之前开辟的内存空间；拷贝操作，将原对象中的数据复制到新对象的内存空间。

对象配置载入导出模块，实现配置文件与对象类的内存空间数据的交互。该模块在平台建立对象时将配置文件信息载入到底层对象属性配置，在保存时将底层对象属性保存到配置文件中去。主要的对象配置参数参见表1，包括界面配置参数、基本约束参数、覆盖分析参数、测控链路分析参数、可视化显示参数、仿真中间数据(推进的秒数、位置、速度、姿态)等。

表1对象配置参数列表

对象仿真进程控制模块，控制全部对象的仿真初始化、步进和后处理。初始化负责将对象第一步的仿真数据保存，步进实现对象仿真模型推进，后处理将仿真结果进行整理并保存。

覆盖分析子系统：

覆盖分析子系统属于离线分析系统，根据用户在对象树中选择的分析对象和所设置的约束参数，来分析其他对象对该对象的覆盖特性，包括覆盖时段、覆盖重数、覆盖率、间隔率等，并可以按照用户意愿设置达到覆盖要求的条件。根据用户的选择，将用户关注信息展示出来，如图3所示。

覆盖分析子系统包括界面设置模块、覆盖计算模块、数据处理模块、覆盖分析展示模块；覆盖计算模块将根据界面设置模块的参数输入进行对象间的覆盖分析，保存覆盖分析结果至覆盖分析类，通过数据处理模块将覆盖分析结果整理为可以展示的表格形式，并通过覆盖分析展示模块进行展示。

界面设置模块，在生成界面时调用当前分析对象类的覆盖分析参数作为初始默认配置并建立与当前分析对象路径名相关联的覆盖界面数据类。界面设置模块包括时间设置子模块、对象选择子模块、覆盖定义设置子模块。通过时间设置子模块选择时间种类、分析时段的开始结束时间，由对象选择子模块选择要对当前对象进行覆盖的对象，覆盖定义设置子模块设置覆盖品质的种类和判断条件。用户设置的参数存储在界面控件内存中，应用按键实现将界面参数保存在用户所选分析对象的覆盖分析类中。具体的覆盖品质种类如下表所示。

表2覆盖品质定义

参照图4，覆盖计算模块主要包括当前覆盖分析对象参数初始化子模块、覆盖基本约束计算子模块、覆盖品质计算子模块和有效覆盖计算子模块。覆盖计算模块，以当前对象的覆盖分析类为输入，利用底层对象管理子系统获取当前对象和选择对象的位置、速度和基本约束信息，进行覆盖分析计算。覆盖分析类成员有用户设置的时间、选择对象列表和覆盖定义，以及计算结果的，当前覆盖分析对象参数初始化子模块输入为当前分析对象类和覆盖分析类，根据当前分析对象的类型，调用相应的分析时间、位置、速度和基本约束信息，并更新覆盖分析类中的分析时间。覆盖基本约束计算子模块根据当前对象的分析时间、位置、速度和基本约束信息以及覆盖分析类中的选择对象信息，计算基本约束的满足情况。覆盖品质计算子模块输入为当前对象的分析时间、位置、速度和基本约束，覆盖类型定义，计算覆盖品质值，有效覆盖计算子模块，根据用户设置的当前对象分析时间、位置、速度和基本约束，以及有效覆盖条件，计算各个分析时刻是否满足有效覆盖。这三个子模块的输出为各个分析时段内的各时刻是否覆盖、覆盖品质值、覆盖时段以及覆盖当前对象的对象名，具体的计算方法可以参见文献[Zhou W.M,Wang H,Zhang F,Li H.Y.Coverage AnalysisTool Design in Object-Oriented Astronautical Simulation Software usingPlugin.2017 4^th International Conference on Information Science and ControlEngineering,IEEE,Hunan,China,2017.]。

数据处理模块，输入报告类型、覆盖分析类，作用是将覆盖计算模块输出的覆盖分析结果转换为特定覆盖分析数据类，其输出为特定覆盖分析数据类，按列保存数据，包括数据类型、单位、名称、具体的存储数据，可以方便的展示在输出界面中。当用户选择某个输出报告时，覆盖分析展示模块会根据当前对象类、当前分析对象路径、覆盖分析类、覆盖分析数据类，将结果输出到报告数据流，同时将报告类型、覆盖分析数据类保存在覆盖界面数据类之中。这里的覆盖分析展示，主要指覆盖品质报告、覆盖分析报告、有效覆盖报告以及这三者对应的曲线。自定义报告和动态报告由图表展示子系统统一管理。

特定覆盖分析数据类按列保存数据，包括数据类型、单位、名称、具体存储数据。覆盖界面数据类与当前分析对象关联，除了保存计算结果数据以外，还保存报告打开状态、报告标识名、报告类型和采样间隔等信息。

链路分析子系统：

参照图7，为链路分析子系统界面，该子系统是针对中继卫星所设置的一系列设备组合的通信链，根据用户的选择参与通信的对象、排列对象顺序，计算整个对象链中是否存在不可连接的通信链，同时可以根据用户设置计算分析通信链路的通信质量。根据用户选择分析对象的约束参数设置，可以分析一个对象链中相邻两对象之间的关系。

用户可以由筛选器选择参与通信的对象，根据用户对分析对象的排序，衡量整个通信链路的通信质量。根据用户选择分析对象的约束参数设置，可以分析一个对象链中相邻两对象之间的关系。

链路分析子系统包括界面设置模块、计算分析模块、结果整理模块和结果展示模块。界面设置模块由筛选器、时间设置和选择对象组成。筛选器将可选对象中符合条件对象加入到分析对象列表，选择对象功能可以调整链路顺序和增减链路中的对象。计算分析模块，主要调用了两两对象间的测控分析计算子模块。子系统一部分输入来自用户界面设置，另一部来自对象类的基本约束和通信约束和仿真中间数据。计算分析模块的计算结果由结果整理模块整理为链路报告数据类，并由结果展示模块展现出来。

参照图6，测控分析子系统：

测控分析子系统根据用户选择的对象和用户对每个对象的约束参数设置，可以分析对象两两之间的可见性关系，包括是否可见、视线的距离、视线方位角、视线高低角以及测控链路的相关。用户可以根据测控分析子系统的结果考察整个仿真时段的可见时段、视线参数、链路预算与误码率。测控分析子系统包括：界面设置模块，测控计算模块、数据处理模块和测控分析展示模块。测控分析子系统的一部分输入数据来自用户界面设置，另一部来自当前分析对象类的基本约束和仿真中间数据。测控分析子系统既可以离线分析，又可以在线分析，其中在线分析可以实现曲线和报告的动态展示；该子系统的界面如图5所示。

界面设置模块实现分析时间设置、分析对象设置。界面启动前，生成测控界面数据类，并与当前对象路径关联，同时将当前对象中的测控分析配置载入到测控分析子系统界面中。界面启动之后，通过应用计算按键功能实现将调整后的测控分析参数存入当前对象的测控分析类。

测控计算模块根据当前对象和选择对象类的仿真中间数据、基本约束以及测控分析类的设置，计算分析时段内各时刻的测控参数，包括视线高低角、视线方位角、视线视距、对象高度及视线角速率、视线联通约束和视场约束等基本约束，计算方式参见文献[ZhouW.M,Wang H,Zhang F,Li H.Y.Coverage Analysis Tool Design in Object-OrientedAstronautical Simulation Software using Plugin.2017 4^th InternationalConference on Information Science and Control Engineering,IEEE,Hunan,China,2017.]。若对象为转发器和接收器，还有发射功率、通量密度、载波噪声比、误码率、裕量等通信约束，具体实现方式可以参见文献[Louis J.Ippolito Jr.SatelliteCommunications Systems Engineering.New York:Van Nostrand ReinHold Company,2012.]。测控计算模块包括当前对象参数初始化、离线可见性分析、离线通信分析、在线可见性分析、在线通信分析。参数初始化根据当前对象类和测控分析类，确定需要分析的时间和位置、速度信息。离线可见性分析，初始化获得的全部时间、位置和速度历史数据，计算全过程对象间可见情况。离线通信分析，在其基础上，计算可见发生时的通信参数。在线计算，则是仅利用当前仿真的时间、位置、速度信息，计算当前时刻的可见情况和通信情况。

数据处理模块，输入报告类型、测控分析类，将测控分析结果转换特定测控分析数据类。当用户选择某个输出报告时，测控分析展示模块会根据当前对象类、当前分析对象路径、测控分析类、测控分析数据类，将结果输出到报告数据流，同时将报告类型、测控分析数据类保存在测控界面数据类之中。

测控分析展示模块用于展示数据处理模块输出的可见性报告曲线、视线参数报告曲线、链路裕量报告。自定义报告和动态报告由图表展示子系统统一管理。特定测控分析数据类与覆盖分析数据类相同，按列保存数据，包括数据类型、单位、名称、具体存储数据。测控界面数据类与当前分析对象关联，除了保存计算结果数据以外，还保存报告打开状态、报告标识名、报告类型和采样间隔等信息。

图表展示子系统

图表展示子系统用于生成和展示自定义报告、动态曲线以及动态报告。

覆盖分析和链路仅针对离线数据分析，因此只生成静态报告。测控分析可以同时分析在线数据和离线数据，因此可以生成静态报告、动态报告。对于一般的静态报告和静态曲线可以直接调用覆盖分析、测控分析和链路分析三个子系统的结果展示模块，而自定义报告、动态曲线以及动态报告，则需要图表展示子系统生成。

图表展示子系统，该子系统包括高级配置模块、图表选择列表模块、图表生成模块。高级配置模块，可以修改图表标题和图表展示的间隔数；图表选择列表模块可以将全部可选图表名以列表形式提供给用户；图表生成模块则判断图表是否为静态或动态，若图表为静态，则调用相应的子系统的计算结果整理模块和报告展示模块，若图表为动态则建立动态图表，并开启动态线程。

航天器测控覆盖分析设计平台还具备配置文件的导入导出模块、仿真线程管理模块和各子系统的管理模块。在仿真开始时启动仿真线程管理模块，同时锁定覆盖分析、链路分析和对象更改等功能。调用动态报告时，开启报告展示线程，通过数据的互斥锁实现仿真数据与界面的同步。航天器测控覆盖分析设计平台可以有两种模式进行数据交互，第一种是串口通信将其他进程的数据传递到仿真平台；第二种是共享内存模式，将对象按照一定的规范编写，由共享内存统一管理分发数据。作为仿真平台的底层以及基础部分，用户可以利用仿真配置文件进行随机试验设置，也可以直接在平台上进行试验参数配置，随机试验设置子系统包括气动文件、风场文件的读取模块、仿真运行参数设置模块、飞行器分离动力学参数配置模块、载荷设置模块和可靠性分析参数配置模块。该子系统通过有效地进行数据文件存取，飞行器动力学及载荷参数偏差的设置和可靠性参数配置，为其他子系统提供输入参数。

航天器测控覆盖分析设计平台可以保存、另存为、关闭、打开等针对想定操作的功能。仿真线程可以由内部独立控制、也可以由加入分布式仿真系统，由外部控制仿真进程。

航天器测控覆盖分析设计平台加入分布式仿真系统，在进行分布式仿真过程中，高层体系结构HLA(High Level Architecture)为分布式仿真交互提供了通用的技术框架和标准，RTI(Runtime Infrastructure)是HLA框架的具体实现，采用HLA分布式仿真构架与外部模型的数据交互有两种机制，一种是串口通信，另一种是共享内存，其中HLA框架提供的仿真通讯服务难以满足高性能仿真的需求，本发明将ASM(AstroShareMemory,ASM)作为HLA仿真框架下的进程间高效通信机制，有效提升了分布式仿真的效率和可靠性。

基于HLA仿真框架，ASM实现进程间仿真推进管理主要包括初始化，仿真推进和去注册三个步骤构成，其流程如下图8所示：

1)初始化

初始化步骤时各个成员判断是否已经开辟成功共享内存，若已有共享内存则读取公共信息，链接上开辟的内存区域；然后各个成员注册节点，为节点输入输出数据注册所需要的数据空间，为仿真推进做好准备。

2)仿真推进

各个节点根据仿真主控节点发布的命令，将本节点本次仿真所需的输入数据从共享内存中读取，进行本节点内的仿真推进，然后将节点产生的输出数据存入共享内存，为其他节点下一步的仿真推进提供所需数据，然后告知主控节点已完成仿真推进。主控节点监测到所有分节点完成当前步骤的仿真推进后，发布下一步的仿真推进命令。如此往复，实现各个进程节点严格同步与信息传递。

3)注销

当判断仿真完成时，各个节点销毁注册信息，退出共享内存链接，最后退出共享内存链接的节点负责销毁共享内存。

航天器测控覆盖分析设计平台的底层对象管理子系统采用了ASM技术，航天器测控覆盖分析设计平台在支持单机仿真的同时，也能高效快捷的加入分布式仿真。测试通信分析工具设计之初便支持用户仅仅用于完成单机仿真或者加入分布式仿真体系中作为仿真的一个节点，因此软件设计的内部工作流程拥有两种工作模式，单机仿真模式和分布式仿真模式。

图9展示的是测试通信分析工具单机仿真时的内部工作流程。首先用户打开软件，底层对象管理子系统载入仿真配置文件和其他数据库文件，便于后续仿真计算的快速开展；用户点选开始进行单机仿真，仿真数据保存在对象类中；用户选择分析工具，调用对象类中的数据，由分析子系统的界面实现数据与用户的交互。最后用户完成仿真后，点选退出，界面交互组件响应到仿真管理组件；仿真管理组件保存仿真对象改变的数据，并且传递给数据管理组件，最终数据管理组件保存本次仿真配置的信息为XML文件，用户下次打开软件时默认载入此配置文件。

当用户选择分布式仿真模式时，测试通信分析工具作为整个仿真系统内的一个节点，与单机仿真模式相比，软件的配置载入与单机模式基本一致。与单机仿真模式不同的是，用户点选仿真功能是，仿真管理首先判断数据内部的仿真标志位，当前是否可以进行仿真推进；若当前分布式仿真系统都处于可推进仿真状态，则由分布式仿真数据接口获取当前的仿真输入参数，传递给仿真管理，否则就等待共享内存内部的通知。分布式仿真模式下，流程图10所示。

用户操作描述

第一步：启动航天器测控覆盖分析设计平台。

第二步：平台载入配置。每个仿真想定都保存为一个单独的文件。在系统菜单中单击“打开”，打开一个已存在的仿真想定。

第三步：在对象浏览窗口中选中仿真想定对象，单击右键弹出菜单中的“属性”，或选定仿真想定对象后单击工具栏中的“属性”，弹出仿真想定设置对话框。编辑卫星、地面站、船、敏感器、转发器、接收器等对象的属性。

第四步：选中对象浏览窗口中的父对象，右键单击，弹出菜单中选则“添加”对象，在子菜单中单击需要添加的子对象，则一个新对象被添加到仿真想定中；选中要删除的对象，单击右键弹出菜单中的“删除”，选中对象被删除。

第五步：完成了仿真想定编辑和对象编辑后，就可以开始进行仿真。单击系统菜单中“开始”，进行仿真，选择“结束”，可以停止仿真。

第六步：在仿真运行过程中，可以实时考察测控分析的结果也可以在仿真结束后考察分析结构，选中要分析的对象，右键单击弹出菜单中选择“测控分析”，启动测控分析工具。主要流程为：启动工具—〉分析时段设置—〉添加/删除分析对象—〉仿真输出。

第七步：对于覆盖分析问题来说，需要在仿真结束运行后调用，选中要分析的对象，右键单击弹出菜单中选择“覆盖分析”，启动覆盖分析工具。主要子流程为：启动工具—〉分析时段设置—〉添加/删除对象—〉参数配置计算—〉仿真输出。

第八步：对于链路分析问题，需要在仿真结束运行后调用，在系统菜单中，选择“链路分析”选项，启动链路分析工具。主要子流程为：启动工具—〉分析时段设置—〉添加/删除对象—〉仿真输出。

第九步：仿真输出，即包括了在仿真中实时查看，也包括了在仿真结束后查看。

选择对应的生成报告后，会出现可选的报告种类，用户只需要选择对应的选项，就可以生成报告。曲线也是同样的流程。

第十步：退出平台时，提示是否保存仿真，保存用户的设置和已经打开的动态报告。

下面通过一个覆盖测控分析的例子，来进行模拟仿真验证，本案例主要研究了分布于亚洲、非洲、大洋洲以及南美洲等地区地面站，对航天器的测控情况。

航天器初始历元为2017年3月13日0时0分0秒，结束历元为为2017年4月12日0时0分0秒。具体仿真参数设置如表3所示。

表3航天器覆盖测控分析案例仿真参数设置

选择分析结束时刻为2017年3月13日0时22分37秒，从开始历元到结束时刻共有三段覆盖可见时段，结果如图11所示。

选择分析结束时刻为2017年3月13日0时24分28秒，东风地面站与卡拉奇地面站的视线参数的分析结果如图12所示。

此时，航天器发射器与地面站接收器之间的通信链路预算结果如图13所示。

Claims (10)

1.一种航天器测控覆盖分析设计平台，其特征在于：包括底层对象管理子系统、覆盖分析子系统、测控分析子系统、链路分析子系统以及动态图表展示子系统，

底层对象管理子系统包括对象操作模块、对象配置载入导出模块、对象仿真流程控制模块；通过对象操作模块建立对象类，对象配置载入导出模块将参数导入到对象类，对象仿真流程控制模块控制仿真的流程，最终得到全仿真过程的全部对象的位置、速度、姿态角和姿态角速度信息；底层对象包括仿真想定、卫星、地面站、船、敏感器、发射器、接收器，其中仿真想定为最底层对象，作为卫星、地面站、船的父对象，仿真想定的每一个子对象可以作为敏感器、发射器和接收器的父对象，通过对象的初始化确定了对象的层级关系；

覆盖分析子系统属于离线分析系统，根据用户在对象树中选择的分析对象和所设置的约束参数，来分析其他对象对该对象的覆盖特性，包括覆盖时段、覆盖重数、覆盖率、间隔率等，并可以按照用户意愿设置达到覆盖要求的条件；根据用户的选择，将用户关注信息展示出来；

链路分析子系统，是针对中继卫星所设置的一系列设备组合的通信链，根据用户的选择参与通信的对象、排列对象顺序，计算整个对象链中是否存在不可连接的通信链，同时可以根据用户设置计算分析通信链路的通信质量；根据用户选择分析对象的约束参数设置，可以分析一个对象链中相邻两对象之间的关系；

测控分析子系统根据用户选择的对象和用户对每个对象的约束参数设置，可以分析对象两两之间的可见性关系，包括是否可见、视线的距离、视线方位角、视线高低角以及测控链路的相关；用户可以根据测控分析子系统的结果考察整个仿真时段的可见时段、视线参数、链路预算与误码率；

图表展示子系统用于生成和展示自定义报告、动态曲线以及动态报告。

2.根据权利要求1所述的航天器测控覆盖分析设计平台，其特征在于：底层对象管理子系统中：对象操作模块，实现对象的生成、拷贝和删除，新建对象为对象类开辟一块内存空间，为后续属性载入做准备；删除操作，销毁之前开辟的内存空间；拷贝操作，将原对象中的数据复制到新对象的内存空间；

对象配置载入导出模块，实现配置文件与对象类的内存空间数据的交互。该模块在平台建立对象时将配置文件信息载入到底层对象属性配置，在保存时将底层对象属性保存到配置文件中去；

对象仿真进程控制模块，控制全部对象的仿真初始化、步进和后处理。初始化负责将对象第一步的仿真数据保存，步进实现对象仿真模型推进，后处理将仿真结果进行整理并保存。

3.根据权利要求1所述的航天器测控覆盖分析设计平台，其特征在于：覆盖分析子系统包括界面设置模块、覆盖计算模块、数据处理模块、覆盖分析展示模块；覆盖计算模块将根据界面设置模块的参数输入进行对象间的覆盖分析，保存覆盖分析结果至覆盖分析类，通过数据处理模块将覆盖分析结果整理为可以展示的表格形式，并通过覆盖分析展示模块进行展示。

4.根据权利要求3所述的航天器测控覆盖分析设计平台，其特征在于：覆盖分析子系统中：

界面设置模块，在生成界面时调用当前分析对象类的覆盖分析参数作为初始默认配置并建立与当前分析对象路径名相关联的覆盖界面数据类；界面设置模块包括时间设置子模块、对象选择子模块、覆盖定义设置子模块，通过时间设置子模块选择时间种类、分析时段的开始结束时间，由对象选择子模块选择要对当前对象进行覆盖的对象，覆盖定义设置子模块设置覆盖品质的种类和判断条件。用户设置的参数存储在界面控件内存中，应用按键实现将界面参数保存在用户所选分析对象的覆盖分析类中；

覆盖计算模块包括当前覆盖分析对象参数初始化子模块、覆盖基本约束计算子模块、覆盖品质计算子模块和有效覆盖计算子模块；覆盖计算模块，以当前对象的覆盖分析类为输入，利用底层对象管理子系统获取当前对象和选择对象的位置、速度和基本约束信息，进行覆盖分析计算，覆盖分析类成员有用户设置的时间、选择对象列表和覆盖定义以及计算结果；当前覆盖分析对象参数初始化子模块输入为当前分析对象类和覆盖分析类，根据当前分析对象的类型，调用相应的分析时间、位置、速度和基本约束信息，并更新覆盖分析类中的分析时间；覆盖基本约束计算子模块根据当前对象的分析时间、位置、速度和基本约束信息以及覆盖分析类中的选择对象信息，计算基本约束的满足情况；覆盖品质计算子模块输入为当前对象的分析时间、位置、速度和基本约束，覆盖类型定义，计算覆盖品质值；有效覆盖计算子模块，根据用户设置的当前对象分析时间、位置、速度和基本约束，以及有效覆盖条件，计算各个分析时刻是否满足有效覆盖；覆盖基本约束计算子模块、覆盖品质计算子模块和有效覆盖计算子模块覆盖基本约束计算子模块这三个子模块的输出为各个分析时段内的各时刻是否覆盖、覆盖品质值、覆盖时段以及覆盖当前对象的对象名；

数据处理模块，输入报告类型、覆盖分析类，作用是将覆盖计算模块输出的覆盖分析结果转换为特定覆盖分析数据类，其输出为特定覆盖分析数据类，按列保存数据，包括数据类型、单位、名称、具体的存储数据；

当用户选择某个输出报告时，覆盖分析展示模块会根据当前对象类、当前分析对象路径、覆盖分析类、覆盖分析数据类，将结果输出到报告数据流，同时将报告类型、覆盖分析数据类保存在覆盖界面数据类之中。这里的覆盖分析展示，主要指覆盖品质报告、覆盖分析报告、有效覆盖报告以及这三者对应的曲线。自定义报告和动态报告由图表展示子系统统一管理。

5.根据权利要求1所述的航天器测控覆盖分析设计平台，其特征在于：链路分析子系统包括界面设置模块、计算分析模块、结果整理模块和结果展示模块。界面设置模块由筛选器、时间设置和选择对象组成，筛选器将可选对象中符合条件对象加入到分析对象列表，选择对象功能可以调整链路顺序和增减链路中的对象；计算分析模块调用了两两对象间的测控分析计算子模块，计算分析模块的计算结果由结果整理模块整理为链路报告数据类，并由结果展示模块展现出来。

6.根据权利要求1所述的航天器测控覆盖分析设计平台，其特征在于：测控分析子系统中：

界面设置模块实现分析时间设置、分析对象设置；界面启动前，生成测控界面数据类，并与当前对象路径关联，同时将当前对象中的测控分析配置载入到测控分析子系统界面中；界面启动之后，通过应用计算按键功能实现将调整后的测控分析参数存入当前对象的测控分析类；

测控计算模块根据当前对象和选择对象类的仿真中间数据、基本约束以及测控分析类的设置，计算分析时段内各时刻的测控参数，包括视线高低角、视线方位角、视线视距、对象高度及视线角速率、视线联通约束和视场约束；测控计算模块包括当前对象参数初始化、离线可见性分析、离线通信分析、在线可见性分析、在线通信分析；参数初始化根据当前对象类和测控分析类，确定需要分析的时间和位置、速度信息；离线可见性分析，初始化获得的全部时间、位置和速度历史数据，计算全过程对象间可见情况；离线通信分析，在离线可见性分析基础上，计算可见发生时的通信参数；在线计算，则是仅利用当前仿真的时间、位置、速度信息，计算当前时刻的可见情况和通信情况；

数据处理模块，输入报告类型、测控分析类，将测控分析结果转换特定测控分析数据类，其中特定测控分析数据类按列保存数据，包括数据类型、单位、名称、具体存储数据；当用户选择某个输出报告时，测控分析展示模块会根据当前对象类、当前分析对象路径、测控分析类、测控分析数据类，将结果输出到报告数据流，同时将报告类型、测控分析数据类保存在测控界面数据类之中；

测控分析展示模块用于展示数据处理模块输出的可见性报告曲线、视线参数报告曲线、链路裕量报告，其中自定义报告和动态报告由图表展示子系统统一管理。

7.根据权利要求1所述的航天器测控覆盖分析设计平台，其特征在于，图表展示子系统，该子系统包括高级配置模块、图表选择列表模块、图表生成模块；高级配置模块，可以修改图表标题和图表展示的间隔数；图表选择列表模块可以将全部可选图表名以列表形式提供给用户；图表生成模块则判断图表是否为静态或动态，若图表为静态，则调用相应的子系统的计算结果整理模块和报告展示模块，若图表为动态则建立动态图表，并开启动态线程。

8.根据权利要求1所述的航天器测控覆盖分析设计平台，其特征在于，航天器测控覆盖分析设计平台还具备仿真配置文件的导入导出模块、仿真线程管理模块和各子系统的管理模块。在仿真开始时启动仿真线程管理模块，同时锁定覆盖分析、链路分析和对象更改等功能。调用动态报告时，开启报告展示线程，通过数据的互斥锁实现仿真数据与界面的同步。航天器测控覆盖分析设计平台可以有两种模式进行数据交互，第一种是串口通信将其他进程的数据传递到仿真平台；第二种是共享内存模式，将对象按照一定的规范编写，由共享内存统一管理分发数据。

9.根据权利要求8所述的航天器测控覆盖分析设计平台，其特征在于，航天器测控覆盖分析设计平台的仿真线程加入分布式仿真系统，在进行分布式仿真过程中，将ASM作为HLA仿真框架下的进程间高效通信机制；基于HLA仿真框架，ASM实现进程间仿真推进管理主要包括初始化，仿真推进和去注册三个步骤构成：

1)初始化

初始化步骤时各个成员判断是否已经开辟成功共享内存，若已有共享内存则读取公共信息，链接上开辟的内存区域；然后各个成员注册节点，为节点输入输出数据注册所需要的数据空间，为仿真推进做好准备；

2)仿真推进

各个节点根据仿真主控节点发布的命令，将本节点本次仿真所需的输入数据从共享内存中读取，进行本节点内的仿真推进，然后将节点产生的输出数据存入共享内存，为其他节点下一步的仿真推进提供所需数据，然后告知主控节点已完成仿真推进；主控节点监测到所有分节点完成当前步骤的仿真推进后，发布下一步的仿真推进命令。如此往复，实现各个进程节点严格同步与信息传递；

3)注销

当判断仿真完成时，各个节点销毁注册信息，退出共享内存链接，最后退出共享内存链接的节点负责销毁共享内存。

10.根据权利要求8所述的航天器测控覆盖分析设计平台，其特征在于，航天器测控覆盖分析设计平台的底层对象管理子系统采用了ASM技术，航天器测控覆盖分析设计平台的仿真线程由内部独立控制或者加入分布式仿真系统由外部控制仿真进，航天器测控覆盖分析设计平台支持单机仿真和分布式仿真；

当用户选择单机仿真时，首先用户打开软件，底层对象管理子系统载入仿真配置文件和其他数据库文件，便于后续仿真计算的快速开展；用户点选开始进行单机仿真，仿真数据保存在对象类中；用户选择分析工具，调用对象类中的数据，由分析子系统的界面实现数据与用户的交互；最后用户完成仿真后，点选退出，界面交互组件响应到仿真管理组件；仿真管理组件保存仿真对象改变的数据，并且传递给数据管理组件，最终数据管理组件保存本次仿真配置的信息为XML文件，用户下次打开软件时默认载入此配置文件；

当用户选择分布式仿真模式时，测试通信分析工具作为整个仿真系统内的一个节点，与单机仿真模式相比，软件的配置载入与单机模式基本一致。与单机仿真模式不同的是，用户点选仿真功能是，仿真管理首先判断数据内部的仿真标志位，当前是否可以进行仿真推进；若当前分布式仿真系统都处于可推进仿真状态，则由分布式仿真数据接口获取当前的仿真输入参数，传递给仿真管理，否则就等待共享内存内部的通知。