卫星对地观测仿真系统分布式架构综述.docx

卫星对地观测仿真系统分布式架构综述 摘要：针对卫星对地观测仿真系统存在的问题，分析仿真系统分布式架构面临的异构多系统、系统动态替换、大数据计算要求等研究难点；分别就国内外主流的HLA分布式架构、CORBA分布式架构、DDS、Agent等技术研究现状展开综述，指出与实际需求存在差距。在此基础上，提出卫星对地观测仿真系统分布式架构研究中亟待解决的关键问题，并指出未来的研究方向。 卫星对地观测是军事应用保障、自然灾害预警、海上舰船搜救等任务的信息保障手段，具有全天时、全天候、不受地理和领空限制的优势。而卫星对地观测体系顶层设计，由于卫星系统复杂且造价昂贵不能全靠实物验证；仿真系统通过将体系成员抽象化和模型化，并以数据管理和流程控制的方式整合，实现与实际系统逼近的展示与验证能力，已成为国内外卫星对地观测体系的重点验证途径。随着我国卫星装备的全面发展，卫星对地观测体系呈现成员数量多、差异大、使用模式多样的特点，对仿真系统建模和系统架构的兼容性、扩展性提出了更多要求。同时近年来以大数据挖掘和计算为代表的新技术应用，对仿真系统架构在大数据存储、处理、通信等方面提出了新的挑战。本文旨在从卫星对地观测仿真系统基本问题出发，对主流分布式系统架构的研究情况展开讨论，为未来仿真系统架构的完善和发展提供思路。卫星对地观测仿真系统分布式架构基本问题卫星对地观测仿真系统为相关部门进行作业训练、救灾演练等活动提供平台和量化依据。根据训练与试验的要求，卫星对地观测仿真系统主要分为基础仿真服务平台和专用仿真插件，如图1所示。基础仿真服务平台是软件系统的运行的基础支撑；专用仿真模块主要针对卫星、地面站、特殊环境进行场景仿真，调用基础仿真服务平台提供的各种功能，完成卫星对地观测仿真推演的过程和结果分析。卫星对地观测仿真过程以任务想定为输入，通过配置星地资源、地理环境和目标资源形成仿真场景；然后依托大数据处理和活动评估响应等算法形成仿真方案；最后通过可视化和报表等形式对任务过程和效果进行展现。为保证训练作业的实时性和仿真结果的准确性，对仿真系统提出了几项要求：仿真模型的自完善性、仿真成员调整的快速性、不同结构成员的扩展性、大数据吞吐的可靠性等。尽管当前已有很多仿真系统分布式架构设计成果，但均存在指标满足的局限性，例如支持仿真模型自完善能力但不具备成员动态替换能力。卫星对地观测仿真系统分布式架构问题分析异构多系统依据任务想定需要，卫星对地观测仿真系统选择性的整合多个系统。仿真系统既要兼容诸多异构系统的语言与协议，又要支持各系统模型自适应完善方法的应用，这些是进行分布式架构设计首先要考虑的因素。异构系统可分为异构实体模型和异构方法服务两大类。异构实体模型卫星系统：主要是对卫星平台、卫星载荷的工作原理、应用性能进行仿真分析，包括卫星平台仿真、遥感载荷仿真、通信载荷仿真、导航载荷仿真等。地面系统：仿真地面系统的约束条件对卫星应用效能的影响，包括地面测控系统仿真、地面接收系统仿真和地面应用系统仿真等。特殊环境：对影响卫星观测的地理环境、水文环境和气候环境等环境进行仿真。观测目标：对影响卫星使用模式的目标运行轨迹、几何特性、辐射特性等进行仿真。异构方法服务模型自适应完善方法：以卫星模型为例，由于其具有丰富的工作模式和联动参数，模型应具备根据不同使用环境自学习和进化的能力，通过运行数据和结果反馈实现模型自完善。卫星任务规划方法：是仿真系统验证的目标之一，卫星对地观测能力提升主要依托卫星质量和任务规划方法的效率。动作响应评估方法：可支持仿真系统实现训练功能，根据人的决策和操作，通过预测和评估可能出现的结果，给出响应。其他方法：仿真系统作为验证手段，需具备对新生先进方法的兼容性，比如人工智能方法、大数据挖掘方法等等。系统动态替换任务想定形成后，仿真系统需立即完成对仿真系统的整合，这要求分布式系统架构对多系统重用和重组具有较高的快速性。常见的任务类型及卫星选用情况包括：(1）常规验证任务：观测范围覆盖全球，因此全部卫星都在考虑范围内，仿真成员规模庞大。但仿真流程和工作模式相对固定，基本不涉及突发调整。(2）应急验证任务：选用机动能力强的卫星，缩小了卫星系统范围，但增加了卫星系统应急规划、地面系统应急规划等方法成员，约束条件也更加复杂。(3）固定场景训练任务：仿真成员系统可确定，地面环境等干扰因素和工作模式也相对固定，对仿真系统的应变调整能力要求相对较低，对动作响应评估方法的准确性和实时性要求较高。大数据计算要求无论是上述提到的模型自适应完善方法、卫星任务规划方法、动作响应评估方法，还是智能认知、智能学习、智能推理、智能决策等人工智能方法，其实现都离不开大数据计算。以卫星智能任务规划方