一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统的制作方法

1.本发明涉及无线通信网络技术领域，尤其涉及一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统。


背景技术：

2.无人平台主要以无人机、无人车、无人船等三类平台为主要代表。具有用途多样、装配便利、环境适应性强、成本较低等优势，在军用、民用领域均得到了广泛的关注和应用。
3.多无人平台协同应用相较于单无人平台具有可扩展性更高、可生存性更强、完成任务更快等优势，但随着无人平台数量的增加，也会带来诸多问题，其中一个重要问题是难以对无人平台集群通信网络的性能进行有效评估。
4.目前针对通信网络性能的评估手段主要有软件仿真、实物测试以及半实物仿真。其中，软件仿真通过建立网络场景，模拟实现各层协议功能，并设置各种网络参数，完成不同规模和复杂度的网络性能评估，但软件仿真一般需要通过对网络设备和网络协议进行数学建模，无法模拟出实际网络中的复杂业务应用，导致其评估结果难以逼近真实情况；实物测试通过硬件设备搭建测试环境，虽然可以直接获得可靠直观的数据，但在面对无人平台集群这类大规模网络时，搭建实物测试环境的成本和复杂度都很高，实施难度大，测试周期长，难以高效的对无人平台集群通信网络的性能进行评估；半实物仿真则是将所研究系统的部分实物接入到仿真回路，并将它们连接成系统进行测试的一种仿真方法，半实物仿真结合了实物测试和纯软件仿真两者的优势，既可以保证网络仿真的规模和可信度，同时可以通过承载实际业务应用验证通信网络性能。
5.但是，现有技术在对无人平台集群通信网络进行半实物仿真时，需要考虑无人平台接收到地面测控系统发送的控制指令后航行至目的位置过程中通信链路状态持续变化、以及无人集群自主协同航行时因队形变换导致网络拓扑发生变化等情况。然而现有的网络仿真软件仅支持预先加载场景想定文件或预先规划各节点的航行路径，无法支持可移动无人集群以实物形态接入到仿真平台的通信网络仿真。


技术实现要素：

6.本发明提供一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统，用以解决现有技术中难以对无人平台集群通信网络的性能进行有效评估的缺陷，使得半实物仿真环境下无人平台集群在遥控模式或自主航行模式下，各节点的位置信息能够在仿真平台中同步更新。
7.本发明提供一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统，包括地面测控系统、仿真平台以及多个模拟航控系统；
8.所述仿真平台分别与所述地面测控系统和每个所述模拟航控系统连接；
9.其中，所述地面测控系统将生成的控制指令发送至所述仿真平台，通过所述仿真平台将所述控制指令发送至对应节点的模拟航控系统，控制对应的模拟航控系统执行预设动作；
10.每个所述模拟航控系统分别与一个无人平台相对应，实时获取对应的无人平台的位置/状态信息并将所述位置/状态信息发送至所述仿真平台；所述地面测控系统还通过所述仿真平台接收所述位置/状态信息，基于所述位置/状态信息生成位置参数调整指令并发送至所述仿真平台，通过所述仿真平台更新并模拟航控系统中对应节点的位置/状态参数。
11.根据本发明提供的一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统，所述仿真平台包括半实物接入子系统以及仿真计算子系统；
12.所述地面测控系统生成控制指令发送到所述半实物接入子系统后，所述半实物接入子系统将控制指令报文转换成仿真数据包，并将仿真数据包发送到所述仿真计算子系统中的地面测控系统映射节点，将仿真数据包转发到所述仿真计算子系统中的模拟航控系统映射节点，通过模拟航控系统映射节点将仿真数据包发送到所述半实物接入子系统；
13.所述半实物接入子系统将仿真数据包转换成控制指令，通过半实物接口发送到对应的模拟航控系统。
14.根据本发明提供的一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统，所述模拟航控系统周期性生成位置/状态信息，发送到所述仿真平台的半实物接入子系统；
15.所述半实物接入子系统将所述位置/状态信息转换成仿真数据包；并将仿真数据包发送到仿真计算子系统中的模拟航控系统映射节点；将仿真数据包转发到所述仿真计算子系统中的地面测控系统映射节点；
16.所述地面测控系统映射节点将仿真数据包发送到半实物接入子系统，所述半实物接入子系统将仿真数据包转换成位置/状态信息，通过半实物接口发送到地面测控系统。
17.根据本发明提供的一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统，所述地面测控系统对位置/状态信息解析处理后生成位置参数调整指令，并发送到所述半实物接入子系统，所述半实物接入子系统将位置参数调整指令转换为仿真控制指令并发送到仿真计算子系统，仿真计算子系统接收到所述仿真控制指令后更新模拟航控系统中对应映射节点位置参数。
18.本发明还提供一种基于上述提供的半实物仿真系统的半实物仿真方法，包括：
19.所述地面测控系统生成控制指令并发送至所述仿真平台，通过所述仿真平台将所述控制指令发送至对应节点的模拟航控系统，控制对应的模拟航控系统执行预设动作；
20.所述地面测控系统通过所述仿真平台获取无人平台的位置/状态信息，基于所述无人平台的位置/状态信息生成位置/状态调整指令发送至所述仿真平台。
21.本发明还提供一种基于上述提供的半实物仿真系统的半实物仿真方法，包括：
22.所述模拟航控系统通过对应的接口从所述仿真平台获取控制指令，控制对应的无人平台执行预设动作；
23.所述模拟航控系统获取对应的无人平台的位置/状态信息，并上传至所述仿真平台；
24.所述仿真平台接收基于位置/状态信息生成的位置/状态调整指令，并基于位置/状态调整指令更新所述模拟航控系统在所述仿真平台中映射节点的的位置参数。
25.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述方法的步骤。
26.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算
机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述方法的步骤。
27.本发明提供的一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统，至少具有如下的技术效果：
28.1)通过半实物仿真结合了实物测试和纯软件仿真两者的优势，既可以保证网络仿真的规模和可信度，同时可以通过承载实际业务应用验证通信网络性能；
29.2)考虑到了无人平台接收到地面测控系统发送的控制指令后航行至目的位置过程中通信链路状态持续变化、以及无人集群自主协同航行时因队形变换导致网络拓扑发生变化等情况，通过仿真平台实现了地面测控系统和模拟航控系统之间的信息交互，通过无人平台模拟航控系统用于替代真实无人平台，可在接收到地面测控系统下发的控制指令后模拟执行相应动作，以及自动生成模拟状态信息向地面测控系统周期性上报，信息传递及时准确，各无人平台的位置信息能在所述仿真平台中同步更新。
30.3)支持可移动无人平台集群以实物形态接入到仿真平台的通信网络仿真中，即使无人集群在遥控模式或自主航行模式下，也能实时同步无人平台的位置/状态信息。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是本发明提供的无人平台集群通信网络的半实物仿真系统的流程示意图之一；
33.图2是本发明提供的无人平台集群通信网络的半实物仿真系统的流程示意图之二；
34.图3是本发明实施例提供的无人平台集群通信网络的半实物仿真系统的结构示意图。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块。
37.需要说明的是，本发明涉及的术语“第一\第二”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里描述或图示的那些以外的顺序实施。
38.在一个实施例中，如图1-2所示，本发明提供一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统，包括地面测控系统、仿真平台以及多个模拟航控系统；
39.所述仿真平台分别与所述地面测控系统和每个所述模拟航控系统连接；
40.其中，所述地面测控系统将生成的控制指令发送至所述仿真平台，通过所述仿真平台将所述控制指令发送至对应节点的模拟航控系统，控制对应的模拟航控系统执行预设动作；
41.每个所述模拟航控系统分别与一个无人平台相对应，实时获取对应的无人平台的位置/状态信息并将所述位置/状态信息发送至所述仿真平台；所述地面测控系统还通过所述仿真平台接收所述位置/状态信息，基于所述位置/状态信息生成位置参数调整指令并发送至所述仿真平台，通过所述仿真平台更新并模拟航控系统中对应节点的位置/状态参数。
42.优选的，本发明所述的仿真平台为vrnet developer仿真平台用于提供集成开发环境、网络仿真引擎以及半实物接入接口，可对通信网络仿真中产生的过程数据和统计量数据进行保存、分析和评估；
43.具体的，如图1所示，地面测控系统的主要功能是通过向无人平台发送控制指令实现对多个无人平台的操控，以及通过接收处理无人平台上报的位置/状态信息实现对无人平台的状态监视；根据本发明提供的一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统，所述仿真平台包括半实物接入子系统以及仿真计算子系统；
44.所述地面测控系统生成控制指令发送到所述半实物接入子系统后，所述半实物接入子系统将控制指令报文转换成仿真数据包，并将仿真数据包发送到所述仿真计算子系统中的地面测控系统映射节点，将仿真数据包转发到所述仿真计算子系统中的模拟航控系统映射节点，通过模拟航控系统映射节点将仿真数据包发送到所述半实物接入子系统；
45.所述半实物接入子系统将仿真数据包转换成控制指令，通过半实物接口发送到对应的模拟航控系统。
46.具体的，如图2所示，所述无人平台模拟航控系统用于替代真实无人平台，通过仿真通信网络与地面测控系统进行信息交互，可在接收到地面测控系统下发的控制指令后模拟执行相应动作，以及自动生成模拟状态信息向地面测控系统周期性上报；根据本发明提供的一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统，所述模拟航控系统周期性生成位置/状态信息，发送到所述仿真平台的半实物接入子系统；
47.所述半实物接入子系统将所述位置/状态信息转换成仿真数据包；并将仿真数据包发送到仿真计算子系统中的模拟航控系统映射节点；将仿真数据包转发到所述仿真计算子系统中的地面测控系统映射节点；
48.所述地面测控系统映射节点将仿真数据包发送到半实物接入子系统，所述半实物接入子系统将仿真数据包转换成位置/状态信息，通过半实物接口发送到地面测控系统。
49.具体的，如图2所示，在本发明中地面测控系统还需要将收集到的无人平台位置信息发送到vrnet developer仿真平台，使得vrnetdeveloper仿真平台在仿真过程中能够即时更新网络节点的位置信息；根据本发明提供的一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统，所述地面测控系统对位置/状态信息解析处理后生成位置参数调整指令，并发送到所述半实物接入子系统，所述半实物接入子系统将位置参数调整指令转换为仿真控制指令并发送到仿真计算子系统，仿真计算子系统接收到所述仿真控制指令后更新模拟航控系统中
对应映射节点位置参数。
50.本发明通过上述系统组成和业务流程，解决了半实物仿真环境下无人集群在遥控模式或自主航行模式下，各节点的位置信息无法在仿真平台中同步更新的问题。
51.在一个具体的实施例中，如图3所示，半实物仿真系统由1套vrnet developer仿真平台、1套无人集群地面测控系统以及8套无人平台模拟航控系统组成；通过半实物接入接口，可实现虚实设备之间的数据交互处理。
52.其中，8套无人平台模拟航控系统分别用于模拟8套真实无人平台的运动过程以及位置/状态信息报文上报功能，模拟航控系统接收到地面测控系统发送的控制指令后模拟执行相应动作，并将自身位置及状态信息周期性发送到地面测控系统，模拟航控系统与地面测控系统之间以及各模拟航控系统之间通过仿真通信网络进行信息交互。
53.在地面测控系统向无人平台模拟航控系统下发控制指令流程中，如图1所示，具体包括：
54.以对模拟航控系统1的操纵为例，用户通过地面测控系统中对模拟航控系统1进行操控，地面测控系统生成控制指令报文后发送到vrnet developer仿真平台中的半实物接入子系统，半实物接入子系统将控制指令报文转换成仿真数据包，并将仿真数据包发送到仿真计算子系统中的地面测控系统映射节点，仿真数据包转发到仿真计算子系统中的模拟航控系统1映射节点，模拟航控系统1映射节点将仿真数据包发送到半实物接入子系统，半实物接入子系统将仿真数据包转换成控制指令报文后通过对应的半实物接口发送到模拟航控系统1，模拟航控系统1收到控制指令报文后模拟执行相应动作；
55.需要说明的是，以上仅为对本发明的进一步示例说明，地面测控系统向另外7套模拟航控系统下发控制指令的流程与上述流程一致；此外，本发明不限定模拟航控系统的数量上限，也不限定接入的无人平台的数量，具体数量取决于无人平台集群网络的规模以及设备精度，根据实际需求选定；
56.在模拟航控系统上报无人平台位置/状态信息的流程中，如图2所示，具体包括：
57.模拟航控系统1周期性生成位置/状态信息报文并发送到vrnet developer仿真平台中的半实物接入子系统，半实物接入子系统将报文转换成仿真数据包，并将仿真数据包发送到仿真计算子系统中的模拟航控系统1映射节点，仿真数据包转发到仿真计算子系统中的地面测控系统映射节点，地面测控系统映射节点将仿真数据包发送到半实物接入子系统，半实物接入子系统将仿真数据包转换成位置/状态信息报文后通过半实物接口发送到地面测控系统；
58.进一步，通过地面测控系统对位置/状态报文解析处理后生成位置参数调整指令报文，并发送到半实物接入子系统,半实物接入子系统将报文格式转换为仿真控制指令并发送到仿真计算子系统，仿真计算子系统接收到控制指令后更新模拟航控系统1映射节点位置参数；同理，另外7套模拟航控系统上报自身位置/状态信息的流程与上述流程一致；
59.其中，图3中所示的模拟航控系统1-8通过网口1-网口8连接至所述vrnet developer仿真平台，可视为对应模拟航控系统在所述vrnet developer仿真平台中的映射节点；地面测控系统通过网口9连接至所述vrnet developer仿真平台，视为vrnet developer仿真平台中的地面测控系统映射节点。
60.另一方面，本发明还提供一种基于上述提供的半实物仿真系统的半实物仿真方
法，在地面测控系统向无人平台模拟航控系统下发控制指令流程中，实现对无人平台的操控，包括：
61.所述地面测控系统生成控制指令并发送至所述仿真平台，通过所述仿真平台将所述控制指令发送至对应节点的模拟航控系统，控制对应的模拟航控系统执行预设动作；
62.所述地面测控系统通过所述仿真平台获取无人平台的位置/状态信息，基于所述无人平台的位置/状态信息生成位置/状态调整指令发送至所述仿真平台。
63.又一方面，本发明还提供一种基于上述提供的半实物仿真系统的半实物仿真方法，在模拟航控系统向上报无人平台位置/状态信息的流程中，仿真平台根据调整指令调整模拟航控系统映射节点的位置参数，包括：
64.所述模拟航控系统通过对应的接口从所述仿真平台获取控制指令，控制对应的无人平台执行预设动作；
65.所述模拟航控系统获取对应的无人平台的位置/状态信息，并上传至所述仿真平台；
66.所述仿真平台接收基于位置/状态信息生成的位置/状态调整指令，并基于位置/状态调整指令更新所述模拟航控系统在所述仿真平台中映射节点的的位置参数。
67.本发明还提供一种电子设备，该电子设备可以包括：处理器(processor)、通信接口(communications interface)、存储器(memory)和通信总线，其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信。处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行上述各方法所提供的仿真方法的步骤。
68.此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
69.另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的仿真方法的步骤。
70.又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法所提供的仿真方法的步骤。
71.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
72.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上
述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
73.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统，其特征在于，包括地面测控系统、仿真平台以及多个模拟航控系统；所述仿真平台分别与所述地面测控系统和每个所述模拟航控系统连接；其中，所述地面测控系统将生成的控制指令发送至所述仿真平台，通过所述仿真平台将所述控制指令发送至对应节点的模拟航控系统，控制对应的模拟航控系统执行预设动作；每个所述模拟航控系统分别与一个无人平台相对应，实时获取对应的无人平台的位置/状态信息并将所述位置/状态信息发送至所述仿真平台；所述地面测控系统还通过所述仿真平台接收所述位置/状态信息，基于所述位置/状态信息生成位置参数调整指令并发送至所述仿真平台，通过所述仿真平台更新并模拟航控系统中对应节点的位置/状态参数。2.根据权利要求1所述的一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统，其特征在于，所述仿真平台包括半实物接入子系统以及仿真计算子系统；所述地面测控系统生成控制指令发送到所述半实物接入子系统后，所述半实物接入子系统将控制指令报文转换成仿真数据包，并将仿真数据包发送到所述仿真计算子系统中的地面测控系统映射节点，将仿真数据包转发到所述仿真计算子系统中的模拟航控系统映射节点，通过模拟航控系统映射节点将仿真数据包发送到所述半实物接入子系统；所述半实物接入子系统将仿真数据包转换成控制指令，通过半实物接口发送到对应的模拟航控系统。3.根据权利要求2所述的一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统，其特征在于，所述模拟航控系统周期性生成位置/状态信息，发送到所述仿真平台的半实物接入子系统；所述半实物接入子系统将所述位置/状态信息转换成仿真数据包；并将仿真数据包发送到仿真计算子系统中的模拟航控系统映射节点；将仿真数据包转发到所述仿真计算子系统中的地面测控系统映射节点；所述地面测控系统映射节点将仿真数据包发送到半实物接入子系统，所述半实物接入子系统将仿真数据包转换成位置/状态信息，通过半实物接口发送到地面测控系统。4.根据权利要求3所述的一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统，其特征在于，所述地面测控系统对位置/状态信息解析处理后生成位置参数调整指令，并发送到所述半实物接入子系统，所述半实物接入子系统将位置参数调整指令转换为仿真控制指令并发送到仿真计算子系统，仿真计算子系统接收到所述仿真控制指令后更新模拟航控系统中对应映射节点位置参数。5.一种基于权利要求1-4任一项所述系统的半实物仿真方法，其特征在于，包括：所述地面测控系统生成控制指令并发送至所述仿真平台，通过所述仿真平台将所述控制指令发送至对应节点的模拟航控系统，控制对应的模拟航控系统执行预设动作；所述地面测控系统通过所述仿真平台获取无人平台的位置/状态信息，基于所述无人平台的位置/状态信息生成位置/状态调整指令发送至所述仿真平台。6.一种基于权利要求1-4任一项所述系统的半实物仿真方法，其特征在于，包括：所述模拟航控系统通过对应的接口从所述仿真平台获取控制指令，控制对应的无人平台执行预设动作；所述模拟航控系统获取对应的无人平台的位置/状态信息，并上传至所述仿真平台；
所述仿真平台接收基于位置/状态信息生成的位置/状态调整指令，并基于位置/状态调整指令更新所述模拟航控系统在所述仿真平台中映射节点的的位置参数。7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求6所述方法的步骤。8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6所述方法的步骤。

技术总结
本发明涉及无线通信网络技术领域，尤其涉及一种无人平台集群通信网络的半实物仿真系统，包括地面测控系统、仿真平台以及多个模拟航控系统；仿真平台分别与地面测控系统和每个模拟航控系统连接；地面测控系统将生成的控制指令通过仿真平台发送至节点的模拟航控系统；每个模拟航控系统分别与一个无人平台相对应，获取无人平台的位置/状态信息发送至仿真平台；地面测控系统通过仿真平台接收位置/状态信息并生成位置参数调整指令发送至仿真平台，更新并模拟航控系统中对应节点的位置/状态参数。本发明提供的系统使得半实物仿真环境下的无人平台集群在遥控模式或自主航行模式下，实现了在仿真平台中同步更新各节点的位置信息。现了在仿真平台中同步更新各节点的位置信息。现了在仿真平台中同步更新各节点的位置信息。


技术研发人员：黄林 吴晖 黄治华 袁林锋 张旻旻 胡皓 童永霞 刘升 杨心武 盛红
受保护的技术使用者：武汉船舶通信研究所（中国船舶集团有限公司第七二二研究所）
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/23