自主平臺(tái)下的火箭飛行三維實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

崔 健，何孝港，胡 杰，王英杰

(中國西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，四川西昌 615000)

多年來，在Windows平臺(tái)下，火箭三維仿真作為測控系統(tǒng)的主要組成部分發(fā)揮了十分重要的作用［1－3］。然而，“棱鏡”事件為世界信息保密工作者敲響了警鐘［4］。要在目前激烈的國際競爭中處于主導(dǎo)地位，就必須發(fā)展自主的軟件和硬件產(chǎn)品，確保信息的安全。同樣，在航天測控領(lǐng)域，為了避免潛在的危險(xiǎn)，更應(yīng)采取相應(yīng)的措施。

由于歷史原因，當(dāng)前火箭發(fā)射測控仿真軟件都是在Windows XP平臺(tái)下開發(fā)。目前Windows XP系統(tǒng)已經(jīng)退出歷史舞臺(tái)，研制國產(chǎn)化平臺(tái)下的火箭發(fā)射三維仿真系統(tǒng)迫在眉睫。在航天測控信息化、國產(chǎn)化建設(shè)的進(jìn)程中，中標(biāo)麒麟操作系統(tǒng)為研究和實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的火箭飛行三維仿真系統(tǒng)提供了可靠的平臺(tái)基礎(chǔ)。本文針對航天測控仿真的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，以期滿足我國衛(wèi)星發(fā)射對高安全信息化平臺(tái)的需求。

1 自主平臺(tái)下飛行仿真的研究現(xiàn)狀

仿真技術(shù)是以控制理論、系統(tǒng)理論和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和特定效應(yīng)設(shè)備為工具，以建立模型為手段，對現(xiàn)實(shí)或假想的系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)可視化研究的綜合技術(shù)。

1)國外發(fā)展現(xiàn)狀

NASA己經(jīng)研發(fā)了針對Windows XP的航空航天VR訓(xùn)練系統(tǒng)。MultiGen-Paradigm公司利用OpenGL接口研制的三維建模/三維引擎MultiGen Creator/Vega已經(jīng)成為當(dāng)今最優(yōu)秀的三維引擎軟件之一。AGI公司研發(fā)的衛(wèi)星工具包Satellite Tool Kit(簡稱STK)是一款先進(jìn)的航天系統(tǒng)分析軟件［5］，在該領(lǐng)域處于絕對領(lǐng)先的地位。STK提供的可視化仿真STK/VO模塊能直觀形象地展現(xiàn)復(fù)雜的航天發(fā)射任務(wù)和軌道幾何學(xué)。加拿大Virtual Prototypes(VPI)公司研發(fā)的實(shí)時(shí)仿真與訓(xùn)練環(huán)境STAGE主要用于航空航天、以及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交互的作戰(zhàn)三維場景仿真。

2)國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國的三維仿真技術(shù)發(fā)展較晚，與一些發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距。國內(nèi)最早進(jìn)行VR研究的北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院建立了基于網(wǎng)絡(luò)的可動(dòng)態(tài)加載數(shù)據(jù)庫的三維可視化系統(tǒng);清華大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)均開展了三維仿真的關(guān)鍵技術(shù)研究。近幾年，北京國遙新天地信息技術(shù)有限公司研制了擁有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的EVGlobe，解決了三維CAD模型與三維場景的無縫集成、二三維聯(lián)動(dòng)等技術(shù)問題［6］，現(xiàn)已應(yīng)用在航空航天、石油開采、電力、國土測繪、海洋、林業(yè)和GIS教學(xué)等領(lǐng)域。EV－Globe是國內(nèi)首款實(shí)現(xiàn)了針對陸、海、空和地下模型一體化仿真的大型空間信息服務(wù)系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)概述

在火箭發(fā)射過程中，三維仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收經(jīng)服務(wù)器處理的彈道數(shù)據(jù)、姿態(tài)和關(guān)鍵動(dòng)作信息。在仿真的不同時(shí)間階段，系統(tǒng)的仿真控制臺(tái)以時(shí)間為基準(zhǔn)實(shí)時(shí)加載與視點(diǎn)相關(guān)的影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)火箭模型在三維場景中飛行位置和飛行姿態(tài)的動(dòng)態(tài)更新，并顯示關(guān)鍵飛行參數(shù)。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，從功能結(jié)構(gòu)上講，該三維仿真系統(tǒng)由飛行數(shù)據(jù)處理、關(guān)鍵動(dòng)作應(yīng)急、腳本信息執(zhí)行、飛行數(shù)據(jù)提示、火箭位置更新和地理數(shù)據(jù)加載等模塊構(gòu)成。

圖1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境選型

從概念上講，任何一個(gè)三維仿真系統(tǒng)都具有沉浸感(immersion)、交互性(interaction)和構(gòu)想性(imagination)3個(gè)特征?？紤]到系統(tǒng)的需求，測控仿真所需軟件從功能上可分為3類:操作系統(tǒng)、開發(fā)工具和視景軟件，其開發(fā)環(huán)境選擇如下:

1)操作系統(tǒng)

采用中標(biāo)麒麟安全操作系統(tǒng)V3.2。中標(biāo)麒麟采用多級安全策略的SELinux子系統(tǒng)架構(gòu)，有超級root用戶和普通用戶，同時(shí)具備切換安全管理模式的功能;提供面向特定用戶的安全技術(shù)定制，為用戶持續(xù)保證安全;兼容目前市場上面向linux系統(tǒng)的軟硬件。

2)視景軟件

如果利用OpenGL或者Direct3D之類的三維圖形庫API從底層進(jìn)行三維仿真系統(tǒng)的開發(fā)，則需要的工作量較大，開發(fā)周期較長，同時(shí)涉及復(fù)雜的三維關(guān)鍵技術(shù)，具有較大的難度。當(dāng)前商業(yè)三維仿真引擎價(jià)格昂貴，雖然應(yīng)用方便但進(jìn)一步的功能擴(kuò)展較困難［7］，而且這些軟件大都沒有l(wèi)inux的安裝版本，不適合作為本系統(tǒng)開發(fā)的三維引擎工具。

目前流行的跨平臺(tái)且開源的仿真引擎主要有OGRE(Open－source Graphics Rendering Engine)和OSG。由于OGRE的架構(gòu)設(shè)計(jì)過于龐大和復(fù)雜，且其底層采取了對Direct3D和OpenGL封裝的機(jī)制，導(dǎo)致開發(fā)者不能對基本圖形應(yīng)用程序接口直接操作，因此用戶感覺較難掌握。同時(shí)，OGRE對大地形處理和文字渲染的功能有限，故本系統(tǒng)選擇OSG作為開發(fā)平臺(tái)。

3)開發(fā)工具

考慮到開發(fā)平臺(tái)中標(biāo)麒麟操作系統(tǒng)的一些限制，選擇諾基亞的QT為中標(biāo)麒麟操作系統(tǒng)提供可視化的軟件開發(fā)解決方案。QT的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)原理見圖2。

圖2 QT的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)原理

3 OSG圖形繪制流程及投影原理

二維坐標(biāo)系中，要實(shí)現(xiàn)物體的三維可視化需要用到4種不同的坐標(biāo)系:世界坐標(biāo)系、本體坐標(biāo)系、視點(diǎn)坐標(biāo)系和屏幕坐標(biāo)系。

OSG的工作順序即從描述幾何要素到把像素段存入幀緩沖區(qū)的過程。OSG圖形繪制流程見圖3。

三維對象在計(jì)算機(jī)屏幕上的顯示是從三維空間到二維平面的轉(zhuǎn)換過程。OSG的投影原理如圖4所示。

圖4 OSG的投影原理

4 測控仿真的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 三維建模

三維模型的建立是構(gòu)建一個(gè)仿真場景的基礎(chǔ)，良好的建模方法可以較好地表現(xiàn)模型的真實(shí)感，并且可以較大幅度地減少建模工作量。適用于中標(biāo)麒麟平臺(tái)的建模軟件主要有 blender和maya，也可以利用XP環(huán)境下建立的模型進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。例如，通過osgExp插件把3DS max格式的模型導(dǎo)出為OSG格式 (OSG或者IVE格式)的模型［8］。通過該插件實(shí)現(xiàn)紋理貼圖的壓縮與集成、場景優(yōu)化等操作。

4.2 三維地球模型的構(gòu)建

三維可視化地球模型是整個(gè)三維仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。為了有利于火箭飛行可視化功能的拓展，需要構(gòu)建一個(gè)滿足其仿真功能需求的數(shù)字地球模型。

由于真實(shí)的地球不是標(biāo)準(zhǔn)的球體，因而可以利用橢球體的定義來構(gòu)建數(shù)字地球模型。

利用一張地球貼圖構(gòu)建一個(gè)簡單的單分辨率的數(shù)字地球模型。要使構(gòu)建的地球模型運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)從不同影像層中有選擇地進(jìn)行加載，可以利用OsgEarth的API動(dòng)態(tài)對不同分辨率的地球影像調(diào)度和加載。

4.2.1 基于四叉樹的多分辨率地球影像加載方法

本文建立的三維數(shù)字地球模型采用多組由粗糙到精細(xì)的描述方案來實(shí)現(xiàn)對地球模型的渲染。由于渲染該模型的同時(shí)也利用了多分辨率的金字塔結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)影像［9］的解決方案，并在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置了由遠(yuǎn)及近時(shí)的層次細(xì)節(jié)模型切換動(dòng)作，因而在滿足效果需求的同時(shí)大幅減輕了計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，提高了渲染的效率。分層結(jié)構(gòu)如圖5所示，每一層的分辨率都是上一層分辨率的2倍。

圖5 影像金字塔存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

4.2.2 影像細(xì)分和調(diào)度機(jī)制

為了對大規(guī)模影像進(jìn)行高效繪制，需要建立影像調(diào)度和組織算法。本文采用基于視點(diǎn)預(yù)測的分塊存儲(chǔ)調(diào)度機(jī)制。

1)節(jié)點(diǎn)細(xì)分方法

四叉樹節(jié)點(diǎn)的細(xì)分程度決定了影像繪制的分辨率，因此對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)分的方式十分重要。本文通過分析視點(diǎn)與影像之間的距離和影像的粗糙程度進(jìn)行評價(jià)。

首先分析視點(diǎn)與影像的距離。假設(shè)d表示視點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)中心的距離，s表示節(jié)點(diǎn)的邊長。用公式(1)描述該因素:

其中:C1為距離精度，可以根據(jù)繪制的具體精度來設(shè)置。當(dāng)ρ＜1時(shí)，四叉樹節(jié)點(diǎn)需要再次細(xì)分，反之則停止細(xì)分進(jìn)行繪制。

圖6 節(jié)點(diǎn)細(xì)分誤差

綜合分析以上因素，為了得到較好的影像分割效果，需要考慮視點(diǎn)距離和影像起伏程度。建立如下函數(shù)作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn):

當(dāng)滿足 f＜1時(shí)，節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步細(xì)分，直到 f≥1為止。

2)調(diào)度機(jī)制

首先，無法做到將大規(guī)模的地球影像全部一次性地加載到內(nèi)存，只能調(diào)入少部分到內(nèi)存中，其余存儲(chǔ)到緩存區(qū)，如圖7所示。一般情況下，視點(diǎn)的變化具有一定的連貫性，影像區(qū)域同樣具有相應(yīng)的連貫性，即相鄰視點(diǎn)的影像可見范圍變化不大，因此采用基于視點(diǎn)的影像調(diào)度算法。當(dāng)視點(diǎn)發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)存里的影像數(shù)據(jù)變化較小，只發(fā)生少量的調(diào)整或者不調(diào)整，使得每次計(jì)算和繪制比原來提高了很多。

圖7 內(nèi)外可視影像示意圖

算法以投影區(qū)包含的范圍為中心，并假設(shè)該區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)單位，把場景影像按照由內(nèi)而外的方式進(jìn)行分塊(如圖8所示)，劃分為3個(gè)區(qū)域:當(dāng)前可見區(qū)(分塊R)、預(yù)可見區(qū)(A1—A8)和將來預(yù)可見區(qū)(B1—B16)。影像細(xì)分和調(diào)度算法流程如圖9所示。

圖8 場景四變形分塊

圖9 影像調(diào)度算法流程

本文生成的三維數(shù)字地球如圖10所示。

圖10 系統(tǒng)的三維數(shù)字地球模型

4.3 基于動(dòng)態(tài)門限和加權(quán)融合的彈道實(shí)時(shí)野值檢擇算法

火箭的外測彈道數(shù)據(jù)在火箭發(fā)射過程中起著非常重要的作用，外測彈道數(shù)據(jù)的處理結(jié)果是測控設(shè)備對火箭進(jìn)行測量控制的重要依據(jù)［10］。在火箭發(fā)射過程中，即便是像雷達(dá)、光電經(jīng)緯儀等精度高的測量設(shè)備，如果遇到不良天氣等因素的影響，通常測得的彈道數(shù)據(jù)中也會(huì)包含嚴(yán)重背離火箭真實(shí)位置的過失系統(tǒng)誤差。這些誤差與真實(shí)值相比會(huì)比較大，偏離數(shù)據(jù)所表現(xiàn)趨勢的小部分?jǐn)?shù)據(jù)的集合稱為野值。

三維仿真過程中，彈道的野值剔除是重要環(huán)節(jié)。如果火箭的彈道處理得不夠平滑，則火箭在三維場景中會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)。研究如何實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效地檢測測量數(shù)據(jù)中的野值，建立合適的野值剔除算法模型，在工程應(yīng)用中具有很高的實(shí)用價(jià)值。

Basin［11］運(yùn)用微分方程的思路提出了基于多項(xiàng)式的類卡爾曼濾波算法。Chanier等［12］推導(dǎo)了非線性系統(tǒng)函數(shù)泰勒展開式的線性化表達(dá)，在減小線性化誤差的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高階系統(tǒng)的卡爾曼濾波。但是火箭跟蹤并非嚴(yán)格的多項(xiàng)式系統(tǒng)，常規(guī)濾波算法對多項(xiàng)式階數(shù)和長度等參數(shù)的調(diào)節(jié)較弱，獲取的解是次優(yōu)解。因此，多項(xiàng)式算法模型多以滑動(dòng)批處理模式應(yīng)用于準(zhǔn)實(shí)時(shí)任務(wù)中［13］。

4.3.1 彈道野值的描述

假設(shè)t時(shí)刻由K臺(tái)測量設(shè)備檢測到火箭在發(fā)射坐標(biāo)系下的飛行彈道數(shù)據(jù)為R(t)=(x(t)，y(t)，z(t)，dx(t)，dy(t)，dz(t))，第 k臺(tái)設(shè)備檢測到的結(jié)果是 sk(t)=R(t)+ek(t)+ εk(t)，k=1，2，…，K，其中ek(t)和εk(t)分別為第k臺(tái)設(shè)備的系統(tǒng)誤差和均值為零的隨機(jī)誤差。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理過程中，假如當(dāng)前時(shí)刻為tn，那么當(dāng)前時(shí)刻第k臺(tái)設(shè)備檢測到的數(shù)據(jù)可以表示為:

其中:Sn=(s1(tn)，…，sK(tn))T;en=(e1(tn)，…，eK(tn))T;εn=(ε1(tn)，…，εK(tn))T。等價(jià)于 tn時(shí)刻對火箭的彈道分別進(jìn)行了K次獨(dú)立的不同精度的跟蹤測量。

雖然在實(shí)際彈道分析過程中可以檢測到多數(shù)的系統(tǒng)誤差，但仍無法做到消除所有系統(tǒng)誤差，總存在少量的系統(tǒng)誤差，稱之為過失系統(tǒng)誤差。此時(shí)的彈道數(shù)據(jù)表示為

式中:δn={δk，k=1，2，…，K}為獨(dú)立的隨機(jī)變量，且與 εk相互獨(dú)立;P{δk=1}=pk，P{δk=0}=1 －pk(0≤pk≤1)。

這些嚴(yán)重背離火箭真實(shí)測量數(shù)據(jù)的過失系統(tǒng)誤差會(huì)導(dǎo)致彈道數(shù)據(jù)包含野值，尤其是包含斑點(diǎn)型野值，從而嚴(yán)重影響仿真場景的效果，因此實(shí)時(shí)檢測和剔除這些野值是非常必要的。

4.3.2 野值的實(shí)時(shí)加權(quán)融合和檢測

為避免單個(gè)信息源彈道剔除野值時(shí)產(chǎn)生信號的時(shí)間相關(guān)性，采用加權(quán)融合的方法，利用多個(gè)信息源彈道表達(dá)的“趨勢”彈道與單個(gè)信息源彈道進(jìn)行比較后檢測。

1)多信息源彈道的加權(quán)融合

進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)分析時(shí)，假設(shè)式(5)中的過失系統(tǒng)誤差已被消除，S(tn)中的εk(tn)服從均值為零、方差是(tn)的正態(tài)分布。實(shí)際計(jì)算時(shí)，可以通過前一段時(shí)間內(nèi)的各信息源的數(shù)據(jù)計(jì)算得到。因此，在計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻彈道數(shù)據(jù)之前，可認(rèn)為每個(gè)信息源彈道噪聲的方差為已知。

多數(shù)情況下，認(rèn)為K個(gè)信息源在tn時(shí)刻獲取的彈道數(shù)據(jù)是互相獨(dú)立的，因此sk(tn)服從均值為R(tn)、方差為(tn)的正態(tài)分布，即 sk～N(R)，同時(shí)設(shè)各信息源數(shù)據(jù)之間互相獨(dú)立。

有如下結(jié)論 :設(shè) ξ1，ξ2，…，ξn相互獨(dú)立且分別服從正態(tài)分布N(a)，i=1，2，…，n，即數(shù)學(xué)期望相同，但是方差不同，則服從正態(tài)分布。根據(jù)正態(tài)分布特征函數(shù)的特點(diǎn)，σi為已知時(shí)，能證明η是a的線性無偏且均方誤差一致最小的估計(jì)。

構(gòu)造tn時(shí)刻信息源k的權(quán)函數(shù)如式(6)所示:

于是，tn時(shí)刻的加權(quán)融合彈道為

則u(tn)是R(tn)的線性無偏且均方誤差一致最小的估計(jì)，服從正態(tài)分布，即

2)自適應(yīng)野值剔除算法

由于每個(gè)信息源彈道數(shù)據(jù)中隱藏著過失系統(tǒng)誤差，假如K個(gè)信息源在tn時(shí)刻的彈道為Sn，為了判斷某信息源彈道是否因?yàn)檫^失系統(tǒng)誤差等因素而包含野值，本文利用標(biāo)準(zhǔn)差的估計(jì)值作為單個(gè)信息源精度的指標(biāo)。

利用歷史彈道 K{u(t1)，u(t2)，…，u(tn－1)}信息能統(tǒng)計(jì)當(dāng)前時(shí)刻的彈道。分別計(jì)算Sn中每條信息源數(shù)據(jù)對應(yīng)的sk(tn)－)，判斷其顯著性。如果顯著大于0，則認(rèn)為信息源 k為野值。

采用連續(xù)4個(gè)測量數(shù)據(jù)，由式(9)得到預(yù)測值［14］:

一般的野值檢測方法都需要給定閾值δ。判斷當(dāng)前時(shí)刻信息源彈道是否滿足式(10)，如果不滿足，記sk(tn)為野值。

此處的閾值一般選取δ=Wσ，W=3，σ為測量大綱中給定的最大允許誤差。固定閾值法能剔除誤差較大的野值，對于誤差較小的野值會(huì)出現(xiàn)無法辨識的現(xiàn)象，造成火箭模型在三維場景中抖動(dòng)，與實(shí)際的火箭飛行狀態(tài)不符。因此，考慮運(yùn)用信息源數(shù)據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的精度，給出自適應(yīng)的野值以剔除閾值。

δ=Wσ，W=3的門限設(shè)置方法較為簡單。由于實(shí)時(shí)彈道數(shù)據(jù)誤差的復(fù)雜性，理想狀態(tài)下的正態(tài)分布并不存在，誤差方差也不是固定值，導(dǎo)致很難直接固定門限。對門限值進(jìn)行量化處理時(shí)W取值應(yīng)適宜，W取值過小，系統(tǒng)隨機(jī)誤差較大時(shí)會(huì)剔除一些合理信息;W取值過大，會(huì)造成一些野值無法剔除。如果對測量設(shè)備性能掌握不足，對測量的彈道估計(jì)不精確，則可能會(huì)因?yàn)檫x擇不合適的W值而無法達(dá)到野值剔除、平滑的目的。

考慮到固定門限中W值選擇的局限性，本文提出自適應(yīng)的彈道野值剔除算法，根據(jù)已知的彈道測量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)計(jì)算數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，得到自適應(yīng)的門限值進(jìn)行比較判斷。自適應(yīng)彈道野值剔除算法流程如下:

2)計(jì)算{u(tn)，u(tn－1)，u(tn－2)，u(tn－3)，u(tn－4)}的標(biāo)準(zhǔn)差作為σ的值;

3)計(jì)算δ=3σ;

4.3.3 算法仿真與分析

利用Matlab2009，按照本文的算法對如圖11所示含有野值的彈道進(jìn)行野值剔除，剔除后的彈道如圖12所示。

圖11 有野值的彈道

圖12 剔除野值后的彈道

仿真驗(yàn)證結(jié)果表明:本算法能有效地對彈道中的野值進(jìn)行檢測和剔除。由于算法計(jì)算量不大，故可以很好地滿足彈道處理對實(shí)時(shí)性的要求。

4.4 發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰的粒子渲染

粒子特效能夠有效提高仿真的效果?；鸺w行仿真場景中，渲染各發(fā)動(dòng)機(jī)的尾焰時(shí)需要用到表1所示的OSG粒子特效類。

表1 OSG粒子特效類

發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰的特效通過 OSG的粒子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，程序中封裝的類如下:

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰的渲染效果見圖13。

系統(tǒng)根據(jù)仿真時(shí)鐘更新機(jī)制，主要完成對火箭發(fā)射飛行過程的仿真，實(shí)時(shí)展現(xiàn)關(guān)鍵動(dòng)作信息。仿真過程流程見圖14。

圖13 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰渲染效果

圖14 仿真過程流程

系統(tǒng)三維仿真控制程序界面如圖15所示。包括任務(wù)配置、關(guān)鍵動(dòng)作應(yīng)急和關(guān)鍵動(dòng)作驅(qū)動(dòng)參數(shù)3個(gè)屬性頁。在飛行仿真時(shí)火箭的關(guān)鍵動(dòng)作應(yīng)急屬性頁中，為便于崗位人員查看時(shí)間信息，界面中顯示有飛行時(shí)和起飛時(shí)。

圖15 仿真控制程序界面

4.5 仿真結(jié)果

系統(tǒng)與EV-globe和STK仿真的界面比較見圖16。仿真結(jié)果表明:本系統(tǒng)具有較好的實(shí)時(shí)性和仿真效果，能夠滿足系統(tǒng)的功能需求。

圖16 仿真效果比較

5 結(jié)束語

本文采用中標(biāo)麒麟操作系統(tǒng)為開發(fā)平臺(tái)，以開源OSG為仿真引擎，完成了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建了支持多分辨率影像的三維地球模型。建立的反映視點(diǎn)距離和地形起伏程度的評價(jià)函數(shù)確保了影像調(diào)度的流暢性。提出的自適應(yīng)門限的野值剔除算法較好地解決了火箭三維仿真對彈道平滑要求高的問題。

［1］高興燁，劉建軍，任鑫，等.嫦娥二號探測器在軌運(yùn)行三維仿真系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.天文研究與技術(shù)，2012，9(2):114 －120.

［2］鄒胡楊.導(dǎo)彈飛行可視化系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)［D］.湖南:國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2011.

［3］郭佳.基于OSG的飛行仿真系統(tǒng)視景平臺(tái)的研究與開發(fā)［D］.沈陽:沈陽航空工業(yè)學(xué)院，2009.

［4］劉密霞，丁藝.棱鏡事件折射出的中國網(wǎng)絡(luò)空間安全問題與對策［J］.電子政務(wù)，2013(12):48－53.

［5］鄧晶，張明智，李志強(qiáng)，等.基于STK的信息作戰(zhàn)態(tài)勢三維可視化表現(xiàn)方法研究［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2010，22(11):2654－2658.

［6］王海濤，劉海硯，孫廣宇，等.三維矢量數(shù)據(jù)在 EVGlobe中的繪制方法［J］.地理空間信息，2011，9(2):106－108.

［7］金陽，張宣，李青元.三維渲染引擎OGRE與OSG的比較綜述［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011(10):175－177.

［8］陳世紅，王海.林木場景漫游系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.中國圖象圖形學(xué)報(bào)，2009，14(6):1212 －1216.

［9］Xia Song，Li Deren.Terrain Change Detection and Updating with Image Pyramid［C］//Proc.of SPIE’07.Wuhan，China:［s.n］，2007.

［10］卓寧.靶場外彈道數(shù)據(jù)處理中野值點(diǎn)剔除方法［J］.測試技術(shù)學(xué)報(bào)，2008，22(4):313 －317.

［11］Basin M，Calderon D.Optimal filtering for incompletely measured polynomial states with multiplicative［C］//A-merican Control Conference.Washingtin:［s.n.］，2008.

［12］Chanier F，Paul C，Blanc C，et al.SLAM process using polynomial extended Kalman filter:experimental assessment［C］//The 10th Inernational Conference on Control，Automation，Robotics and Vision.Hanoi:［s.n.］，2008.

［13］Crouse D F，Willett P，Bar-Shalom Y.A low-complexity sliding-window Kalman FIR smoother for discrete-time models［J］.IEEE Signal Processing Letters，2010，17(2):177－180.

［14］車著明，王忠貴，劉濤.火箭飛行信息實(shí)時(shí)融合檢擇與平滑求速方法研究［J］.遙測遙控，2013，34(5):49－53.