RTI-STK中间件在GPS导航仿真系统中的设计与实现
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２ ０ ０ ７年８月 第２ ６卷第４期 沈阳理工大学学报
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＣＩＮＳ ＯＦ ＳＨＥＮＹＡＮＧ ＬＩＧＯＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｖ０１．２ ６ Ｎｏ．４
Ａｕｇ．２ ０ ０ ７
文章编号：１００３—１２５１ Ｉ２００７）ｏ４—００４２—０４
ＲＴＩ—ＳＴＫ中间件在ＧＰＳ导航
仿真系统中的设计与实现
张馨，潘成胜
（沈阳理工大学通信与网络工程中心，辽宁沈阳１１０１６８）
摘要：卫星工具软件ＳＴＫ（Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｔ０ｏｌ Ｋｉｔ）是进行卫星系统分析和仿真的有效工具， 其重要模块之一ＳＴＫ／Ｃｏｎｎｅｃｔ可提供用户在客户机／服务器环境下与ＳＴＫ连接的功能。
高层仿真体系结构（ＨＬＡ）作为新一代分布式仿真体系结构，在军用以及民用计算机仿 真中取得了越来越广泛的应用．本文在深入分析ＨＬＡ联邦支撑环境ＲＴＩ和ＳＴＫ的主要 功能模块的基础上，设计实现了连接ＲＴＩ与ＳＴＫ的ＲＴＩ—ＳＴＫ中间件，并将其应用于 ＧＰｓ卫星导航仿真系统，取得了良好的效果．
关键词：卫星工具软件；高层体系结构；中间件
中图分类号：ＴＰ３９１。９ 文献标识码：Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＲＴＩ－ＳＴＫ Ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ
ｉｎ ｔｈｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＧＰＳ
ＺＨＡＮＧ Ｘｉｎ，ＰＡＮ Ｃｈｅｎｇ—ｓｈｅｎｇ
（Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｌｉｇｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０１６８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｔｏｏｌ Ｋｉｔ（ＳＴＫ）ｉｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｏｏｌ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｓｙｓｔｅｍ．ＳＴＫ／Ｃｏｎｎｅｃｔ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｏｄｕｌｅｓ ｏｆ ＳＴＫ，ａｎｄ ｉｔ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ
ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｕｓｅｒ ａｎｄ ＳＴＫ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｒｖｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ。Ａｓ ａ ｎｅｗ ｇｅｎｅｒａ． ｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．ＨＬＡ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｕｓｅｄ ｉｎ
ｂｏｔｈ ｍｉｌｉｔａｒｙ ａｎｄ ｃｉｖｉｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ＨＬＡ／ＲＴＩ ａｎｄ ＳＴＫ．ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ ｌｉｎｋｉｎｇ ＳＴＫ ａｎｄ ＲＴＩ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎ・
ｔｅｄ，ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ＲＴＩ—ＳＴＫ ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＧＰＳ ｓｉｍｕ・ ｌａｔｉｏｎ。 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｔｏｏｌ Ｋｉｔ；ＨＬＡ（Ｈｉｇｈ・Ｌｅｖｅｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）；ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ
ＧＰＳ卫星定位技术以其具有定位精度高、观
测时间短、操作简便、可全天候工作以及可提供三 维坐标、速度等参数的特点，为导航带来了革命性 的变化，以ＧＰＳ为代表的卫星导航技术已经在军
事和民用方面发挥着越来越重要的作用。在对
收稿日期：２００６—１２—１３ 作者简介：张馨（１９７９一），女，重庆人，硕士研究生 ＧＰＳ仿真系统的研究中，由于仿真系统具有复杂
性、分布性的特点，采用集中式仿真存在许多缺 点，如调试困难、扩展性差等，而且串行仿真也不 能满足系统的仿真速度需求，所以应采用分布式 仿真技术¨Ｊ。为此，ＧＰＳ应用仿真系统采用了建模
与仿真高层体系结构（Ｈｉｇｈ Ｌｅｖｅｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，简
称ＨＬＡ），从而解决多个仿真子系统间的互操作、
维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 张馨等：ＲＴＩ．ＳＴＫ中间件在ＧＰＳ导航仿真系统中的设计与实现 ・４３・
系统运行速度等问题．其次，由于需要模拟ＧＰＳ卫 星运行状态从而对仿真系统提供数据支持，采用
了由美国Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｇｒａｐｈｉｃｓ公司开发的ＳＴＫ卫 星工具软件．该软件是航天工业领先的商品化分
析软件，可以快速方便地分析复杂的陆、海、空、天 任务，并提供易于理解的图表和文本形式的分析 结果，用于确定最佳解决方案 ｊ．本文所要解决的
问题是在ＧＰＳ仿真系统中，如何将ＨＬＡ中的联邦 支撑环境ＲＴＩ（Ｒｕｎ－ｔｉｍｅ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）与ＳＴＫ连
接起来，以构建一个集成仿真环境．因此，设计一 个用于连接两者的中间件成为解决此问题的关 键．
１ ＲＴＩ和ＳＴＫ功能特性分析
１．１ ＲＴＩ功能分析
ＨＬＡ是分布交互仿真的高层体系结构，联邦 运行支撑环境ＲＴＩ是ＨＬＡ接口规范的具体实现， 是按照ＨＬＡ的接口规范开发的服务程序¨Ｊ．它是
ＨＬＡ仿真系统进行分层管理控制、实现分布仿真
可扩充性的支撑基础，是基于ＨＬＡ仿真的核心部 件，也是ＨＬＡ仿真应用程序设计和运行的基础，
其功能类似于分布式操作系统． 对采用ＨＬＡ体系结构的仿真系统，联邦的运 行和仿真成员时间的交互和协调都是通过ＲＴＩ来
实现的．ＲＴＩ的主要作用有： （１）ＲＴＩ用程序设计语言将ＨＬＡ接口规范中
定义的标准的服务和接口转换成了标准的ＲＴＩ ＡＰＩ函数，使得基于ＨＩＪＡ的仿真开发成为可能．
（２）为仿真应用提供了仿真运行管理功能． （３）提供了底层通信传输服务，屏蔽了网络通 信程序的复杂性．
（４）是仿真功能与仿真运行管理、底层通信传 输三者分离的基础，使仿真系统具有较好的扩充 性．
１．２ ＳＴＫ功能模块分析
卫星工具包ＳＴＫ是航天领域中先进的系统分 析软件．其中，ＳＴＫ提供的Ｃｏｎｎｅｃｔ模块提供给用
户在客户 服务器环境下与ＳＴＫ交互的一种简 单的连接方式，它为用户与ＳＴＫ之间进行交互提 供了基本的保障．它可使用随模块带的库建立和 使用ＴＣＰ／ＩＰ端口．该库中包含函数、常数和其他
消息功能，可用于连接第三方的应用程序，它为其 他应用程序提供了一个向ＳＴＫ发送消息和接受数
据的通信工具 ． ＳＴＫ在接收到第三方应用程序所发出的正确
的命令后，经过内部处理，会产生处理报告，或者 根据设置输出信息．通过连接模块控制ＳＴＫ而产 生的处理报告，与直接在ＳＴＫ中产生的报告完全
相同，而且报告类型也非常完整． ＳＴＫ／Ｃｏｎｎｅｃｔ允许打开Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＣＯＭ或者
ＴＣＰ／ＩＰ到ＳＴＫ的连接，发送ＳＴＫ／Ｃｏｎｎｅｃｔ指令， 接收ＳＴＫ的数据，完成后关闭连接．ＳＴＫ／Ｃｏｎｎｅｃｔ 也提供一个消息功能以用户定义的方式来输出错
误和诊断信息．使用ＳＴＫ／Ｃｏｎｎｅｃｔ时，只需要提供 连接名和端口以便ＳＴＫ进行数据通信．ＳＴＫ／Ｃｏｎ．
ｎｅｃｔ指令可以用单一函数发送并返回任何所期望 的数据．
２ ＲＴＩ－ＳＴＫ中间成员的设计与实现
仿真系统是在Ｗｉｎｄｏｗ操作平台上，采用了高 层体系结构ＨＬＡ，并结合ＭＡＫ／ＲＴＩ２．２、ＳＴＫ等仿
真工具软件以及ＶＣ编程工具实现的，系统的关键 部分是采用了ＲＴＩ．ＳＴＫ中间件的成员方式，将 ＳＴＫ与ＲＴＩ相连，使ＳＴＫ集成到整个仿真系统中．
在基于ＨＬＡ／ＲＴＩ的分布式仿真系统的联邦中， ＲＴＩ－ＳＴＫ中间件其本质上是一个联邦成员．
２．１功能设计
ＲＴＩ．ＳＴＫ中间件的主要作用是连接ＳＴＫ与 ＲＴＩ，使得ＳＴＫ可以通过ＲＴＩ与其他ＨＬＡ联邦中 的成员进行集成，从而完成一个大规模的仿真系
统．通过使用ＲＴＩ．ＳＴＫ中间件可以将ＳＴＫ改造成 符合ＨＬＡ分布式仿真标准的仿真软件，在系统联 邦运行时成为联邦成员，从而拓展了ＳＴＫ软件的 应用领域，增强其功能，满足大型分布式仿真环境
的需求． 在ＧＰＳ仿真系统中，根据系统的功能需求，需
要对ＧＰＳ卫星星座在ＳＴＫ中进行仿真，同时需要 对ＧＰＳ接收机进行定位解算并在ＳＴＫ场景中进
行显示，因此ＲＴＩ
－ＳＴＫ在此系统中要实现的功能 维普资讯 http://www.cqvip.com ・４４・ 沈阳理工大学学报 ２００７年
主要有： （１）连接ＳＴＫ与ＲＴＩ，成为一个联邦成员；
（２）通过ＳＴＫ／Ｃｏｎｎｅｃｔ模块与ＳＴＫ进行交互。 获取ＧＰＳ卫星位置等信息以及将接收机定位解算 后的位置在ＳＴＫ场景中进行显示；
２．２功能实现 （３）通过ＲＴＩ与ＨＬＡ联邦中其他联邦成员进
行交互．
ＲＴＩ—ＳＴＫ中间件与系统联邦的关系如图１所 示．
图１ ＲＴＩ—ＳＴＫ中间件与系统联邦的关系
ＲＴＩ－ＳＴＫ中间件在实现上采用代理成员模 式．仿真时，代理成员运行在一台计算机上，通过 与运行ＳＴＫ的计算机相连，使其成为ＳＴＫ与ＨＬＡ 联邦中其它成员进行数据交互的接口．ＲＴＩ．ＳＴＫ 中间件成员在ＨＬＡ联邦中，与其它成员一样，在 ＨＬＡ时间管理策略上即为时间受限，又为时间受 控・由于系统联邦采用了步长的时间步进机制，即 联邦中所有成员在当前步长完成后，才能推进到
Ｆ一个步长．ＲＴＩ—ＳＴＫ中间件在联邦运行时的时 序如图２所示．
图２ ＲＴＩ—ＳＴＫ中间件运行时序 程序启动运行时，代理成员首先初始化ＳＴＫ／
Ｃｏｎｎｅｃｔ模块，然后使用模块连接库中的Ａｇ— ＣｏｎＯｐｅｎＳＴＫ（）函数建立与ＳＴＫ服务器的连接．连 接建立后，使用ＡｇＣｏｎＰｒｏｃｅｓ
ｓＳＴＫＣｍｄ（）函数向 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 张馨等：ＲＴＩ．ＳＴＫ中间件在ＧＰＳ导航仿真系统中的设计与实现 ４５・
ＳＴＫ发送连接控制命令．连接控制命令存在于 Ｃｏｎｎｅｃｔ模块的连接库中，ＲＴＩ．ＳＴＫ中间件通过使 用这些命令，可以向ＳＴＫ场景传送和获取数据，如 获取仿真时ＳＴＫ场景当前运行的时间、ＧＰＳ卫星
的位置和速度以及设置接收机载体在场景中的位 置显示．
函数ｉｎｔ ＡｇＣｏｎＰｒｏｃｅｓｓＳＴＫＣｍｄ（ｃｈａｒ ｃｏｎ－ ｔｅｘｔ，Ｃｈａｒ ｃｍｄＳｔｒｉｎｇ，ＡｇＣｏｎＲｅｔｕｒｎＩｎｆｏ ｒｅｔｕｍ－ Ｉｎｆｏ）在程序中以交互类的形式实现，其参数ｃｏｎ．
ｔｅｘｔ、ｃｍｄＳｔｒｉｎｇ的数据类型为字符串，分别表示了 接受命令的不同连接和命令的具体内容；参数ｒｅ－
ｔｕｒｎＩｎｆｏ为自定义的复杂数据类型，表示了异步通 讯模式、存储类型、标识符信息、返回数据包的数
目以及每一个具体数据包的信息． ． ＲＴＩ．ＳＴＫ中间件加入ＨＬＡ联邦运行后，联邦
中的其它成员会向联邦发出命令交互，获取仿真 运行时所需的数据参数，ＲＴＩ．ＳＴＫ中间件接受命 令交互并向ＳＴＫ发送交互命令，ＳＴＫ接受命令后
做出应答．应答信息包含一个枚举数据类型的参 数，有ＡｇＣＮｏＥｒｒｏｒ、ＡｇｃＥｒｒｏｒ和ＡｇＣＮａｃｋＲｅｔｕｒｎｅｄ
三种值．ＳＴＫ接受命令后，根据这些命令生成场景 对象，或改变已有场景对象的属性、状态．ＲＴＩ－ＳＴＫ 中间件将ＳＴＫ中生成的场景对象类实例的属性随
