CN109145390A - 卫星信息应用终端效能评估的半实物仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种卫星信息应用终端效能评估的半实物仿真系统，利用本发明可以有效减少外场试验次数。本发明通过下述技术方案予以实现：目标数据模拟器依据仿真方案生成目标仿真数据提供给信号仿真设备；信号仿真设备将目标数据模拟器生成的仿真数据调制成卫星下行信号进行发射；卫星信息应用终端完成卫星下行信号的接收，将卫星信号和数据处理的最终结果分别通过射频电缆和网线发送给效能评估平台，利用数据记录设备记录仿真过程中产生的实验数据，分析信号和数据处理结果，构建针对卫星信息应用终端的效能评估模型，利用效能评估设备计算得到卫星信息应用终端所在任务背景下的效能指标，利用可视化显示设备完成结果的可视化显示并输出评估结果。

Description

卫星信息应用终端效能评估的半实物仿真系统

技术领域

本发明属于卫星地面装备效能评估技术领域，具体为一种卫星信息应用终端效能评估的半实物仿真系统。

背景技术

目前,我国的航天装备正处在一个迅速发展的关键时期。如何提高航天装备的综合应用效能是急需研究解决的重要问题。开展航天装备效能评估问题研究，对于搞好航天装备体系建设的顶层设计、规划论证以及运用具有重大的现实意义，可以指导航天装备的规划、研制、配置和部署，从而达到降低风险、减少成本以及缩短从研制到部署使用周期的目的。

卫星信息应用终端属于卫星地面应用装备中一种，主要完成卫星数据接收、数据处理、目标信息生成、信息分发等功能，相比于传统的卫星地面应用系统，卫星信息应用终端具有体积小、功耗低的特点，可安装于机、舰、车等机动平台上。因此，对卫星信息应用终端效能的评估，就是检验在给定的环境中执行特定规定任务的能力，即能否完成预期的数据接收、数据处理、目标信息生产和分发任务，以及完成任务的程度。

卫星信息应用终端是增强综合信息获取能力、夺取信息优势的关键，需要科学、有效、定量地评估信息应用终端效能，定性、定量地体现信息优势。卫星信息应用终端统效能评估及其原则在运筹学中，效能是指在一定环境条件下执行规定任务所能达到预期可能目标的程度。由于卫星信息应用终端技术复杂，评估所涉及的要素数量和层次都很多，而且评估卫星信息应用终端的效能，不可能脱离对其自身技术性能的依赖，尤其是对某些较为确定的技能指标与物理性能，所以信息应用终端效能评估应以其技术性能为基础，建立可以客观、全面反映出所要解决问题的各项目标要求，即系统的效能评估指标体系，通过对各种方案和项目进行对比、评估、优化，选择出技术先进、可行、经济合理、保障效能高的系统方案。卫星信息应用终端效能评估涵盖的范围广阔，几乎涉及其应用的方方面面，在方法的适解性和问题的可解性上必然具有多样化的特征。不可解的问题硬求解，不适用的方法生搬硬套，必将损害结论的应用价值。而且在现实中也不存在严格意义上的系统最优概念，只能求得满意的系统可行解。

卫星信息应用终端效能的最终检验方式，是在实际演练中的应用。但实际的效能验证方式具有周期长、投资大、组织过程复杂、演训过程不易重复等特点，为缩短研制周期并减少试验经费，在日常系统集成与装备研制过程中，往往采用仿真的方式来实现。纯计算机软件仿真通过建立各种理论模型，在分布式软件仿真系统中针对装备应用过程进行模拟，获得评估结果。然而，纯软件仿真运行速度慢、与真实设备结合不紧密、难以仿真真实装备的一些具体特性，因此，纯软件仿真更适合设备研制初期，作为关键指标论证时使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足之处，建立卫星信息应用终端效能评估的方法，利用半实物仿真环境测试验证设备效能，提供一种适用于卫星信息应用终端效能评估的半实物仿真系统。利用本发明可以有效减少外场试验次数，并且在装备研制阶段就可方便、快速地对真实装备的应用效能进行测试与评估。

本发明解决其技术问题的技术方案为：一种卫星信息应用终端效能评估仿真系统，包括：闭环并联于效能评估平台的评估工程管控设备，以及连接在效能评估平台与评估工程管控设备之间的目标数据模拟器、信号仿真设备和被测试和评估的卫星信息应用终端，其特征在于：评估工程管控设备作为仿真评估的控制中枢，为效能评估提供统一的资源管理，具备效能评估指标体系管理、评估方案管理、评估数据管理、评估算法管理和评估结果管理的程序功能；目标数据模拟器根据评估工程管控设备产生的评估方案，将生成的目标仿真数据提供给信号仿真设备；信号仿真设备根据评估工程管控设备产生的评估方案，生成卫星下行信号波形和信号参数，将目标数据模拟器生成的仿真数据调制成卫星下行信号并通过射频天线进行发射；卫星信息应用终端完成卫星下行信号的接收，经过基带处理和数据处理后生成目标态势信息，将卫星信号和数据处理的最终结果分别通过射频电缆和网线发送给效能评估平台；效能评估平台利用数据记录设备记录仿真过程中产生的实验数据，分析信号和数据处理结果，构建针对卫星信息应用终端的效能评估模型，利用效能评估设备计算得到卫星信息应用终端所在任务背景下的效能指标，利用可视化显示设备完成结果的可视化显示并输出评估结果。

本发明的有益效果是：

本发明提出了一种适用于卫星信息应用终端效能评估的半实物仿真系统，利用仿真系统测试验证装备效能，计算出卫星信息应用终端在任务背景下的效能指标。利用本发明的成果，在装备研制阶段就可以在实验室条件下快速地对装备进行测试与评估，对提升装备使用效能具有积极促进作用。

附图说明

为了更清楚地理解本发明，现将通过本发明实施方式，同时参照附图，来描述本发明，其中：

图1是本发明卫星信息应用终端效能评估的半实物仿真系统组成框图。

图2是图1的仿真流程示意图。

图3是本发明中卫星信息应用终端效能评估指标体系示例图。

图4是图1效能评估结果可视化效果示例图。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

具体实施方式

参照附图1。在以下描述的实施例中，一种卫星信息应用终端效能评估的半实物仿真系统，包括：闭环并联于效能评估平台的评估工程管控设备，以及连接在效能评估平台与评估工程管控设备之间的目标数据模拟器、信号仿真设备和卫星信息应用终端。其中：评估工程管控设备是仿真评估的控制中枢，为效能评估仿真过程提供统一的资源管理，主要功能包括了评估指标体系的生成、评估方案生成、评估数据和算法的编目存储和访问、评估结果的存档和评估流程的驱动。评估工程管控设备依据任务背景产生指导半实物仿真运行的总体方案，通过网络与其它设备或平台相连，完成主要包括方案名、方案编号、方案类别、评价对象、方案关联的评估指标体系、仿真试验数据等要素的评估方案以及评估参数和评估结果等数据的交换。所述评估指标体系包含为实现装备效能评估，评估算法计算效能过程中所依据的评估指标有序集合，其中评估指标包括指标ID、指标名称、指标编号、指标类型、指标单位等属性。

目标数据模拟器包括场景和目标仿真模块、卫星探测仿真模块和仿真数据生成模块，场景和目标仿真模块根据评估工程管控设备产生的评估方案生成目标仿真数据，卫星探测仿真模块完成探测过程仿真，仿真数据生成模块依据探测过程仿真结果生成以点迹、航迹形式表示的目标仿真数据，通过网络发送给信号仿真设备和效能评估平台。信号仿真设备包括信号模拟源和射频天线两个部分，信号模拟源根据评估工程管控设备产生的评估方案和目标仿真数据，调制生成卫星下行模拟信号，通过射频天线对外辐射。卫星信息应用终端接收卫星下行信号，经过基带处理和数据处理后产生目标态势信息，随后通过终端自带的显示设备完成目标信息显示；仿真系统将卫星下行模拟信号和目标态势信息分别通过射频电缆和网线发送给效能评估平台，效能评估平台利用数据记录设备记录仿真过程中产生的实验数据，利用频谱分析仪分析信号的幅度、频率、噪声功率谱密度等指标；针对卫星信息应用终端发送给效能评估平台的各项数据，平台完成数据的各项特征分析，计算均值、方差、离差等统计指标，随后根据评估工程管控设备产生的效能评估指标体系和选定的评估算法，利用数据分析的结果，对半实物仿真系统已经完成的评估任务进行效能综合评估。评估算法主要包括：ADC方法、层次分析法、模糊综合评判法、SEA方法等。最后完成评估结果的可视化显示，即以二维或三维图形表现出效能评估结果，包括直方图、柱状图、饼图、曲线图等形式。

参照附图2，本发明所述半实物仿真系统的仿真步骤为：

步骤1：评估方案生成：在评估方案生成中，评估工程管控设备根据卫星信息应用终端的任务背景文档产生评估方案，首先建立卫星信息应用终端效能评估指标体系(参照附图3)，随后产生信号仿真设备所需的卫星信号波形与信号参数，生成目标数据模拟器所需的场景模型配置参数、目标模型参数和卫星探测模型参数，其中，卫星信号波形与信号参数依据任务背景所选定的卫星型号所搭载的具体设备参数完成包括工作频率、传输体制和传输速率等参数的设置，依据任务背景所选定场景和目标特性完成场景模型配置参数、目标模型参数和卫星探测模型参数的参数设置，全部参数生成后，将上述参数下发到相应设备完成设置。目标模型参数包括目标的数量、位置、名称、类型、辐射源属性、辐射源参数、运动属性、卫星探测误差等。

步骤2：评估参数配置：评估工程管控设备通过服务端socket进行局域网的在线通信,将评估方案生成的全部参数进行下发，由目标数据模拟器和信号仿真设备完成仿真参数设置。

步骤3：目标仿真数据生成：目标数据模拟器根据场景模型配置参数和目标模型参数，使用想定编辑工具生成仿真场景和仿真目标对象，场景和目标仿真模块生成一个目标实体集合的想定文件，卫星探测仿真模块完成探测过程仿真，仿真数据生成模块依据探测过程仿真结果生成以点迹、航迹形式表示的目标仿真数据，通过网络发送给信号仿真设备。

步骤4：信号仿真：信号仿真设备接收目标数据模拟器生成的目标仿真数据，按照卫星数传要求进行格式编排组织后，形成卫星模拟数传数据文件；随后设置测试模拟源参数，使其与卫星参数相同，信号模拟源根据信号波形参数产生卫星下行信号模拟，将卫星模拟数传数据调制成卫星下行模拟信号通过射频天线对外辐射。

步骤5：信号接收与数据处理过程仿真：用户设置卫星信息应用终端解调、信号处理和信息处理工作参数，使其与对应的测试模拟源参数匹配；卫星信息应用终端通过无线方式接收到收到模拟信号后，完成信号解调解密，通过信号分析设备(如：频谱仪)对信号进行分析，将分析结果输出给效能评估设备完成信号质量和传输能力评估；卫星信息应用终端随后对数据进行处理，完成航迹关联、目标识别和航迹综合后，产生目标态势信息，将结果发送给效能评估设备判断是否达到仿真次数，如达到仿真次数则进行效能评估，否则返回评估工程管控设备进行评估参数配置。

步骤6：效能评估。效能评估平台利用数据记录设备完成仿真过程中各类数据及信息的存储记录后，建立卫星信息应用终端效能评估模型，利用效能评估设备计算得到卫星信息应用终端在该任务背景下的效能指标，利用可视化显示设备完成结果的可视化显示并输出评估结果。

效能评估模型指的是装备系统总体应用效能评估模型，在整个评估模型的计算中根据对任务背景的分析，使用扩展层次分析等方法得到终端的效能指标值，权重的设置通过专家组协商制定后形成的参数文件得到。

可视化显示的示例参照附图4，主要完成结果数据的各种图形绘制,具体功能包括以下几个方面:

l)可对各种数据分析提供定性和定量的图形分析,能同时绘制任意多条数据类型相同的曲线,图形能上下左右随意移动,同时坐标轴也相应滚动。

2)系统所绘图形具有三维功能,可在二维和三维间任意切换,图形具有缩放功能,对所选部分可无限次放大,放大和缩小均由鼠标拖放完成。

3)在主控界面中可根据数据类型选择增加新的曲线或删除现有指定曲线,具有在任意情况下打印当前图形的功能。

4)系统可根据所读取的数据文件类型的不同,自动显示和调整绘图控制按键的标题、数量和位置等。

本说明书中公开的所有特征或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书，包括任何附加权利要求、摘要和附图中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其它等效或具有类似目的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (10)

1.一种卫星信息应用终端效能评估的半实物仿真系统，包括：闭环并联于效能评估平台的评估工程管控设备，以及连接在效能评估平台与评估工程管控设备之间的目标数据模拟器、信号仿真设备和被测试和评估的卫星信息应用终端，其特征在于：评估工程管控设备作为仿真评估的控制中枢，为效能评估提供统一的资源管理，具备效能评估指标体系管理、评估方案管理、评估数据管理、评估算法管理和评估结果管理的程序功能；目标数据模拟器根据评估工程管控设备产生的评估方案，将生成的目标仿真数据提供给信号仿真设备；信号仿真设备根据评估工程管控设备产生的评估方案，生成卫星下行信号波形和信号参数，将目标数据模拟器生成的仿真数据调制成卫星下行信号并通过射频天线进行发射；卫星信息应用终端完成卫星下行信号的接收，经过基带处理和数据处理后生成目标态势信息，将卫星信号和数据处理的最终结果分别通过射频电缆和网线发送给效能评估平台；效能评估平台利用数据记录设备记录仿真过程中产生的实验数据，分析信号和数据处理结果，构建针对卫星信息应用终端的效能评估模型，利用效能评估设备计算得到卫星信息应用终端所在任务背景下的效能指标，利用可视化显示设备完成结果的可视化显示并输出评估结果。

2.如权利要求1所述的卫星信息应用终端效能评估仿真系统，其特征在于：评估工程管控设备主要功能包括了评估指标体系的生成、评估方案生成、评估数据和算法的编目存储和访问、评估结果的存档和评估流程的驱动。

3.如权利要求1所述的卫星信息应用终端效能评估仿真系统，其特征在于：评估工程管控设备依据任务背景产生指导半实物仿真运行的总体方案，通过网络与其它设备或平台相连，完成主要包括方案名、方案编号、方案类别、评价对象、方案关联的评估指标体系、仿真试验数据等要素的评估方案以及评估参数和评估结果等数据的交换。

4.如权利要求3所述的卫星信息应用终端效能评估仿真系统，其特征在于：所述评估指标体系包含为实现装备效能评估，评估算法计算效能过程中所依据的评估指标有序集合，其中评估指标包括指标ID、指标名称、指标编号、指标类型、指标单位等属性。

5.如权利要求1所述的卫星信息应用终端效能评估仿真系统，其特征在于：目标数据模拟器包括场景和目标仿真模块、卫星探测仿真模块和仿真数据生成模块，场景和目标仿真模块根据评估工程管控设备产生的评估方案生成目标仿真数据，卫星探测仿真模块完成探测过程仿真，仿真数据生成模块依据探测过程仿真结果生成以点迹、航迹形式表示的目标仿真数据，通过网络发送给信号仿真设备和效能评估平台。

6.如权利要求1所述的卫星信息应用终端效能评估仿真系统，其特征在于：信号仿真设备包括信号模拟源和射频天线两个部分，信号模拟源根据评估工程管控设备产生的评估方案和目标仿真数据，调制生成卫星下行模拟信号，通过射频天线对外辐射。

7.如权利要求1所述的卫星信息应用终端效能评估仿真系统，其特征在于：卫星信息应用终端接收卫星下行信号，经过基带处理和数据处理后产生目标态势信息，随后通过终端自带的显示设备完成目标信息显示；仿真系统将卫星下行模拟信号和目标态势信息分别通过射频电缆和网线发送给效能评估平台，效能评估平台利用数据记录设备记录仿真过程中产生的实验数据，利用频谱分析仪分析信号的幅度、频率、噪声功率谱密度指标；针对卫星信息应用终端发送给效能评估平台的各项数据，平台完成数据的各项特征分析，计算均值、方差和离差统计指标，随后根据评估工程管控设备产生的效能评估指标体系和选定的评估算法，利用数据分析的结果，对半实物仿真系统已经完成的评估任务进行效能综合评估。

8.如权利要求1所述的卫星信息应用终端效能评估仿真系统，其特征在于：在评估方案生成中，评估工程管控设备根据卫星信息应用终端的任务背景文档产生评估方案，首先建立卫星信息应用终端效能评估指标体系(参照附图3)，随后产生信号仿真设备所需的卫星信号波形与信号参数，生成目标数据模拟器所需的场景模型配置参数、目标模型参数和卫星探测模型参数，其中，卫星信号波形与信号参数依据任务背景所选定的卫星型号所搭载的具体设备参数完成包括工作频率、传输体制和传输速率等参数的设置，依据任务背景所选定场景和目标特性完成场景模型配置参数、目标模型参数和卫星探测模型参数的参数设置，全部参数生成后，将上述参数下发到相应设备完成设置；目标模型参数包括目标的数量、位置、名称、类型、辐射源属性、辐射源参数、运动属性和卫星探测误差。

9.如权利要求1所述的卫星信息应用终端效能评估仿真系统，其特征在于：在评估参数配置中，评估工程管控设备通过服务端socket进行局域网的在线通信,将评估方案生成的全部参数进行下发，由目标数据模拟器和信号仿真设备完成仿真参数设置；在目标仿真数据生成中，目标数据模拟器根据场景模型配置参数和目标模型参数，使用想定编辑工具生成仿真场景和仿真目标对象，场景和目标仿真模块生成一个目标实体集合的想定文件，卫星探测仿真模块完成探测过程仿真，仿真数据生成模块依据探测过程仿真结果生成以点迹、航迹形式表示的目标仿真数据，通过网络发送给信号仿真设备。

10.如权利要求1所述的卫星信息应用终端效能评估仿真系统，其特征在于：在信号仿真中，信号仿真设备接收目标数据模拟器生成的目标仿真数据，按照卫星数传要求进行格式编排组织后，形成卫星模拟数传数据文件；随后设置测试模拟源参数，使其与卫星参数相同，信号模拟源根据信号波形参数产生卫星下行信号模拟，将卫星模拟数传数据调制成卫星下行模拟信号通过射频天线对外辐射；卫星信息应用终端随后对数据进行处理，完成航迹关联、目标识别和航迹综合后，产生目标态势信息，将结果发送给效能评估设备判断是否达到仿真次数，如达到仿真次数则进行效能评估，否则返回评估工程管控设备进行评估参数配置。