空间仿真（精选九篇）
空间仿真 篇1
1算法原理及模型
设有K个干扰分别从不同的方向(θ1,θ2,…,θK)入射到间距为d =λ/2的M元均匀线阵,λ为工作波长,(θ1,θ2,…,θK)为干扰入射方向,则接收的阵列矢量为:
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式中:X(t)为接收矢量,S(t)为接收信号,n(t)为背景噪声,A为阵列导引矢量矩阵:
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式中:a(θp)表示第p个干扰的导向矢量,p∈[ 1,K ],并有:
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式中,Φp=πsin θp。
定义输入信号的N元阵列天线中的数据自相关矩阵为:
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式中,P=E{S(t)SH(t)}为信号的相关矩阵,σ2为噪声功率,[·]H表示矩阵的共轭转置,R为Hermite正定矩阵,其中,D为信源数目,Pk为信源的输入功率,ak(k=1,2,…,D) 为信源方向矢量,ni(t)～N(0,σ2)(i=1,2,…,N)为各通道的热噪声。
根据特征空间分解算法,对其进行特征空间分解,有:
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当D
在卫星导航接收机中[3],由于有用信号的强度要远远弱于干扰噪声信号的强度,可以采用功率倒置算法。功率倒置阵的基本思想是保持第一支路阵元的输出功率恒定,其他阵元的加权系数可以调整,通过调整其他M-1个加权系数使最后阵元的功率输出最小。由于有一个阵元的输出功率恒定,所以在调整加权系数使输出功率最小时,其物理意义为: 在方向图的干扰方向将形成零点,并且干扰越强,零陷越深。功率倒置自适应阵的最优加权为:
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式中,a(θ0)=[1,0,…,0]。为了使最优加权的第1位为1,一般取α=Wopt(1)-1。通过式(5)形成的最优加权,可以在干扰的方向形成零陷,而且干扰越强,零陷越深。将式(5)代入式(6)可以得到:
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从式(7)可以看到,功率倒置的最优加权其实是各特征值对应的特征矢量的加权和,前一项为干扰特征值对应的特征矢量加权和,后一项是由噪声特征值对应的特征矢量组成,由子空间理论得知,噪声特征矢量和干扰导向矢量正交,而干扰特征矢量组成的子空间和干扰导向矢量组成的子空间相同。并且对于强干扰源,其特征值较大,倒数就比较小,对于所形成的最优加权贡献就比较小,所以能在强干扰的地方形成较深的零陷,而对于弱干扰,其特征值要接近噪声特征值,故干扰特征向量在最优加权中的影响比较大,不能形成较深的零陷;根据以上分析,如果舍弃第一项,而只采用噪声特征矢量的加权和作为最优加权,可以在干扰的地方形成更深的零陷。这时得到的最优加权:Qn=[qJ+1,qJ+2,…,qM],为噪声特征向量组成的噪声子空间。为了使第1支路的加权为1,取α=Wundefined (1)。
2性能分析
在理想情况下,所需信号的导向矢量与相位矢量相等,此时式(7)给出的权值矢量可使阵列输出的信号干扰噪声比(SINR)最大化。这时,Wopt 在相关矩阵的信号子空间中。然而,由于有限采样、指向误差等因素,会导致Wopt不全在信号子空间中,使得SINR下降。
特征空间分解是基于对阵列协方差特性的分析,根据式(4),其信号协方差为Rs=E{SSH}。若S由K个独立源组成,对R进行特征分解就可得到K个较大的特征值和N-K个相等于σundefined的特征值。前者构成一个信号子空间,他和A(θ)的列矢量所构成的子空间相同,通过方向矢量a(θk)与噪声子空间正交特性,决定信号零点。
但是,若K个信号源中有某些源是完全相干[4]的,那么,这些相干的信号就可合并成一个信号,到达阵列的独立源数就将减少,使协方差的秩Rank{Rs}
3计算机仿真
本仿真实验由信号发生器产生1 268.52 MHz的模拟GPS信号,输出电平为-70 dB,经过功分器分成两路,在射频模块里进行下变频,输出为46.52 MHz的中频信号。利用DSP开发板进行数据采集,得到两路 FM宽带中频信号数据。运用仿真软件SystemView读入该数据,并经过带通滤波,正交解调后输入自适应算法模块(Matlab编写)进行抗干扰分析。其仿真过程如图1所示。图1中的Matlab算法模块即为特征空间算法,运行仿真过程,得到如图2所示结果。
图2中,左上图为算法输入信号的波形,右上图为输入信号的功率谱;左下图为算法输出信号的波形,右下图为输出信号的功率谱。由图中可以看出,特征空间分解算法的抗干扰能力还是很明显的。宽带干扰频率基本滤掉,并使噪声功率降低15 dB左右。
4结语
利用特征空间分解可以在传统波束形成算法基础上进一步提高算法性能,因此近年来受到了广泛关注。但这
些算法仍然不成熟,不能完全适应复杂信号环境,因此还有很多问题需要深入研究。比如不能适应于低信噪比的环境,指向误差的影响是影响这类算法性能的主要因素之一,因此,如何实时、准确地获得导向矢量是有待深入研究的一个问题。另外在相干、多径等信号环境下算法的实现也是使算法投入实际应用的重要研究内容。在这些方向上已经有了一些初步研究成果,但系统、深入的工作还需要进一步展开。
摘要：卫星导航信号为扩频信号,比接收机热噪声低2030dB,极易受到干扰,因此,研究卫星导航系统接收机的抗干扰能力显得极为重要。特征空间算法是一种有效的自适应抗干扰算法,目前广泛应用于抗干扰接收机中。首先建立了阵列信号基本模型,然后介绍了阵列信号特征分解原理,对其性能进行分析,并由计算机仿真证明了该算法的有效性。
关键词：特征空间分解,子空间,自适应算法,SNR
参考文献
[1]Fante R L,Vaccaro J J.Wideband Cancellation of Interfer-ence in a GPS Receive Array[J].IEEE Transactions on Aer-ospace and Electronic Systems,2000,36(2):549-564.
[2]王建英,王英,尹忠科.阵列信号特征空间分解及其在波束形成中的应用[J].电讯技术,2004,44(4):15-18.
[3]武思军,张锦中.基于功率倒置阵的特征分析法[J].应用科技,2005,32(3):14-16.
[4]Lee T S,Lin T T.Reception of Coherent Signals with Steer-ing Vector Restoral Beamformer[J].Signal Processing,1999,72(3):141-145.
空间仿真 篇2
空间碎片环境与碰撞预警仿真系统设计
在轨编目航天器数目已超过了9000,为了保证航天任务的顺利完成,必须对可能威胁到任务轨道的空间目标进行分析.文章首先对两行轨道根数和SGP4/SDP4轨道预报模型进行了分析,在此基础上建立了空间目标数据库及空间碎片环境与碰撞预警仿真和数据可视化系统.
作 者：马志昊 陈磊 周伯昭 MA Zhihao CHEN Lei Zhou Bozhao 作者单位：国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙,410073刊 名：空间科学学报 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SPACE SCIENCE年，卷(期)：200525(4)分类号：V528关键词：空间环境 数据库 碰撞预警 可视化 SGP4/SDP4
空间仿真 篇3
随着我国科学技术的不断发展，对于空间信息系统的动态研究与管理的技术水平也在不断的提高，基于GIS系统进行空间信息管理的技术也在不断成熟。本文通过对于GIS系统的详细介绍，简要的概括了GIS系统在空间信息系统的动态仿真和管理模式的具体工作和现实意义。并且以三江平原为案例进行实际分析，从而得出更加真实有效的研究结果。
一、GIS系统
1、GIS系统的定义
所谓的GIS系统，就是人们常说的地理信息系统。伴随着地理科学、计算机信息系统、遥感技术等技术的不断发展，相互之间存在共同的技术与理论相互结合，从而形成的有利于地理环境信息研究的一门科学。GIS工作的原理主要基于计算机信息系统的拓普关系。就是通过简单的图形元素进行复杂空间关系的演示，比如对于在一定的平面范围内，通过点和线的图形表示相互间的关系，在一条线上会存在许多的点，一个点可以通过许多线，这样点和线之间相互交织，形成一个复杂的关系网。
2、GIS应用范围
环境监测：能够结合RS技术和其他地理信息，对于一些自然灾害、环境污染等显现进行实施监控，通过GIS信息技术，还能够对于自然灾害的发展趋势提供走势变化图，为解决自然灾害提供了真实有效的数据支持。通过数字统计的方法，对于环境定量进行变化预测。
资源调查：通过GIS系统，能够对于制定区域内的能源资源进行数据收集，从而为人们开发利用等方面提供科学有效的管理数据，还能够根据不同的研究领域和不同层次的数据分析，例如对于农业资源、林业资源、渔业资源的分析，从而确定该地区的发展方向，保证因地制宜。
市政规划：通过GIS系统能够对于一个城市的基本信息进行规划，比如根据城市和区域特点进行相应的开发和规划，对于城市的基础设施建设提供科学合理、便捷为民的规划安排，规范城市建设的方案和开发，使城市的结构更加合理，职能更加高效。对于城市的用地、人口的管理、城市内基础设施等进行监控，这样有利于保持城市的可持续发展，为人们的城市生活提供更加健康、舒适的生活，提高人们的生活质量。
军事应用：GIS系统能够对于战场信息提供准确的定位，对于战场的地理环境进行实时更新。通过GIS系统可以科学选择战略进攻路线、合理高效的部署战略要地。对于敌方的主力军对和指挥部进行实时定位，从而进行精确打击。
公共服务：GIS西宫还能够对于城市基础设施提供辅助性的决策建议，比如对于电网的建设提供GIS数据，对于其他领域，例如金融、保险、社会治安、运输导航、考古、等方面提供了几级的作用。
二、GIS系统与传统地理信息技术的区别
1、操作对象不同
GIS能够对于空间内的全部数据进行管理与操作，包括地理数据、属性数据、时间数据以及几何数据，对于空间数据的操作和管理是GIS系统区别于其他的地理信息技术的根本标志。
2、技术优势不同
GIS系统能够对于地理环境进行科学的分析、快速的定位、高效的查询等功能，是所有的地理信息技术的综合技术。强大的数据支持局计算都能够对于GIS系统在技术方面区别传统的地理信息技术。
3、发展基础不同
GIS系统主要以信心技术为依托，是在信息技术发展的基础上进行不断发展的。而传统的地理信息技术主要依托于地理科学，导致对于信息的更新不如GIS这样高效。
三、三江平原地理信息
三江平原在我国东北平原東北部，地理位置在北纬介于北纬45°01′～48°27′56″，东经130°13′～135°05′26″。向西可以延伸到小兴安岭、向东可以到达乌苏里江畔。北到黑龙江畔、南至兴凯湖。总面积5.13万平方公里，是我国最大的沼泽分布地区，其中三江平原是由黑龙江、松花江、乌苏里江汇集而成。经过江水的不断冲刷、沉积形成了广袤的三江平原。由于地处北温带，所以三江平原多处于温带湿润、半湿润的大陆性季风气候。
四、运用GIS系统对三江平原进行动态监控的必要性和目的性
1、必要性
由于三江平原地势平台开阔，资源总量丰富，对于人们开采利用具有十分重要的意义，基于空间信息系统的动态监控能够高效的识别区域内的资源分配和各个生态系统的和谐可持续发展。对于空间内部的各种资源进行相互平衡，使得人们在开发利用的过程中能够更加符合自然发展规律，形成更加高效可持续的生态圈。
2、目的性
尽管三江平原经过多年的发展，已经从曾经的北大荒演变成今天的北大仓，但是在开发和建设的过程中仍然存在着许多不合理的因素，不仅不利于三江平原的可持续发展，还会导致该地区的资源浪费十分严重。引入GIS系统对于三江平原进行动态的监控有助于解决三江平原的水资源充分利用、对于该地的自然资源的综合利用率能够大幅度的提升，可以加快该地区进行产业结构的优化调整，促进当地能源资源的利用效率。
结束语
随着我国科学技术的不断发展，对于空间信息系统的动态研究与管理的技术水平也在不断的提高，基于GIS系统进行空间信息管理的技术也在不断成熟。本文通过对于GIS系统的详细介绍，简要的概括了GIS系统在空间信息系统的动态仿真和管理模式的具体工作和现实意义；三江平原是我国生态环境中重要的组成部分，对于三江平原的动态监控的意义十分突出，既能够保证我国湿地生态环境系统的可持续发展，还能够对于促进我国环境保护的研究起到更加鲜明的作用。
（作者单位：东北农业大学）
作者简介
空间仿真 篇4
随着设计规模和复杂度的不断提升,FPGA的功能仿真将不可避免地面临输入状态空间爆炸及由此带来的结果验证等问题。为全面检验待验证设计DUV(device under verification)的功能逻辑,理想情况就是测试每个可能的当前状态及输入组合,并确认下一个状态及系统输出符合预期结果。显然这是一个遍历性的过程,测试集的大小会随着设计的规模和复杂度指数级增长,这就是状态空间爆炸问题。
1FPGA功能仿真发展历程
FPGA设计功能仿真的发展历程本质上是与FPGA的制造工艺同步的。芯片集成度的提升直接推动了新的功能仿真方法不断出现。
早期的FPGA设计功能仿真流程如图1所示,由于设计规模较小、复杂度较低,一般是人工地完成测试激励的生成[1]、预期输出结果的推算、实际输出结果的检测工作,整个流程需要大量的人工参与,仿真效率低下且容易出错。
目前,FPGA芯片内已可集成百万门甚至上千万门的逻辑资源,基于FPGA的片上系统设计在诸多领域快速发展。早期的功能仿真方法由于仿真效率低且容易出错成为FPGA设计流程的瓶颈。
近年来已逐步形成了一种新的功能仿真方法,自动产生测试激励[2]、设计参考模型[3,4]、结果自动比较,很大程度地提升了仿真的效率及准确性,具体流程如图2所示。
2基于状态空间的功能仿真
在FPGA设计的功能仿真过程中,测试激励的数量是影响整体仿真进度的关键因素。根据FPGA设计输入状态空间的复杂度,可分为复杂度低的可遍历空间FPGA设计和复杂度高的不可遍历空间FPGA设计。
2.1可遍历状态空间功能仿真
2.1.1 功能仿真流程
对于复杂度低的FPGA设计,可以遍历输入组合产生完全测试集,在可接受的时间范围内完成功能仿真,图3为可遍历状态空间FPGA设计功能仿真流程图。
遍历测试集中可能存在数据冗余,因此可以通过合理优化测试集,降低数据冗余,进一步提升仿真效率。
2.1.2 可遍历空间功能仿真实例
可遍历空间功能仿真以4位无符号半加器为例,其加数与被加数可取0～15的所有整数值。
(1)遍历测试集。
图4所示为直接遍历加数、被加数的取值范围而产生的测试集。由图可知,当加数取值为0时,被加数可以取0～15之间的所有整数值;当加数取值为1时,被加数同样可以取0～15之间的所有整数值,依次类推,直到加数取值为15,通过理论分析可知遍历完成后产生的测试集中共有N2(对于4 bit半加器,N=16)个输入组合。
(2)优化遍历测试集。
对于半加器设计,加数和被加数是可以交换的,经过添加简单约束条件产生的优化测试集如图5所示。
从图5可以直观得知,当加数取值为0时,被加数取0～15之间的所有整数值;当加数取值为1时,被加数可以取1～15之间的所有整数值,依次类推。当加数取值为15时,被加数只能取整数15,通过分析可知添加约束后的测试集中有N(N+1)/2(N=16)个输入组合。
4位无符号半加器遍历测试集中的数据量为N2,优化后测试集的数据量为N(N+1)/2,后者较前者数据量下降了近一半。可见,合理的约束准则能够有效地提升仿真效率。
2.2不可遍历状态空间功能仿真
2.2.1 传统的不可遍历状态空间功能仿真
对于复杂度高的不可遍历状态空间FPGA设计,理论上也可以进行遍历输入的功能仿真,但是这个过程要耗用大量的时间[5]。传统的针对不可遍历空间FPGA设计功能仿真就是采用伪随机测试激励,具体流程如图6所示。
2.2.2 软硬协同功能仿真
传统的针对不可遍历空间FPGA设计的功能仿真采用了伪随机的测试激励生成策略,但由于仍是在软件环境中模拟,达到符合要求的覆盖率花费的时间仍然是十分巨大的。
FPGA作为一种硬件平台,其执行速度远比软件环境的运行速度高,因此可以考虑软硬件协同的功能仿真方法。文献[6]提出用FPGA硬件代替部分ModelSim软件的仿真工作,比单纯用ModelSim软件仿真,速度提升了30倍。但是由于仍有软件的参与,对仿真速度的提升有限,未能充分发挥FPGA硬件的特点,仍然不能适应大规模FPGA设计的功能仿真。
针对现有方法的不足,提出了如图7所示的新的软硬件协同功能仿真模型。
从图7中可以直观得知功能仿真在硬件中实现,结果验证在软件中实现。在FPGA芯片内可以通过构建线性反馈移位寄存器LFSR(linear feedback shift register)产生伪随机数,伪随机数的长度可以根据需要设定。硬件产生的伪随机数一方面直接输入给VHDL逻辑设计产生测试输出,一方面可以通过在线逻辑分析仪(Chipscope Pro)的数据抓取功能产生测试激励文件导入到参考模型。同时Chipscope Pro可以抓取测试输出到文本文件,然后可以通过软件程序实现参考输出与实测输出的结果对比。
2.2.3 伪随机数产生的原则
测试集是发现潜在功能错误的主要工具,对于如何产生最优的伪随机测试集,没有通用的方法途径,但是必须遵从以下几个原则[7]:
(1)伪随机测试激励必须可以重复。功能仿真的目的是发现错误并修改错误,对修改后的设计必须再次施加相同的测试激励,以确保原有的错误得到修正。
(2)伪随机测试激励必须是合法输入。
(3)伪随机测试激励必须能够有效验证逻辑设计中的极端情况。测试激励应使逻辑设计中的小概率事件在仿真中以较大的概率出现。
2.2.4 不可遍历空间功能仿真实例
不可遍历空间的仿真以32位乘法器为例,分别讨论图6所示方法和图7所示软硬件协同功能仿真方法的时间复杂度。如图8所示。
具体的时间复杂度如表1所示,C语言参考模型在VC6.0软件平台上开发,软件仿真模型在ModelSim环境中实现,完成105次运算的时间复杂度在主频2.0 GHz单核个人计算机平台上测算。硬件仿真模型在Xilinx公司Virtex系列XC5VSX50T芯片内构建,芯片速度等级为-1,构建的硬件模型在布局布线后能够达到的最大时钟频率为104.475 MHz,测试时让系统工作频率为100 MHz,完成一次运算的时间为10 ns。
注:表中每个模型的运算时间各采集了三次。
表1反映的是三种模型完成105次运算耗用的时间,硬件仿真模型较软件仿真模型的仿真时间提升了6个数量级,而真实状态空间的大小为264,可以预见为达到符合要求的覆盖率,软件仿真模型的运算时间会最先达到令人无法接受的地步。
3结论
虽然硬件仿真模型为构建LFSR占用了少量的D触发器资源,但是仿真速度较软件仿真模型得到了极大的提升。已有方法中模型的功能仿真是提高整体仿真进度的瓶颈,而在新的功能仿真模型中结果验证是提高仿真进度的瓶颈,因此问题归结为:如何提高参考模型的算法效率。对高级语言的编程,算法效率是一个研究的热点,因此有很多成熟的思想、方法可以借鉴以进一步提升功能仿真速度。
利用硬件仿真模型、软件验证结果的思想,提出了遍历性激励与伪随机激励相结合、软硬件协同的功能仿真策略,有效地解决了不同规模FPGA设计的功能仿真问题,尤其是对于输入状态空间爆炸的大规模FPGA设计。新的功能仿真策略较目前已有的方法存在巨大的优势,更能适应不断发展的FPGA设计带来的新挑战。
参考文献
[1]戚新宇.基于FPGA设计的功能仿真和时序仿真.航空电子技术,2005;36(3):51—54
[2]裴晓东,崔冕,黄金杰.基于复杂激励信号的FPGA设计与仿真技术研究.火控雷达技术,2008;37(1):56—58
[3]Chou Hsinhuang,Kung Yingshieh,Quynh Nguyen vu,et al.Optimized FPGA design,verification and implementation of a neuro-fuzzy controller for PMSM drives.Mathematics and Computers in Simulation.www.sciencedirect.com.2012
[4]Kung Y S,Quynh N Vu,Huang C C,et al.Simulink/ModelSim cosimulation of sensorless PMSM speed controller.Proceedings of the2011IEEE Symposium on Industrial Electronics and Applications(ISIEA2011),2011:24—29
[5]刘卓军,吴尽昭.集成电路验证技术.中国基础科学,2007;3:11—14
[6]江霞林,周剑扬,杨银涛,等.基于FPGA的软硬件协同仿真加速技术.中国集成电路,2010;135:30—33
空间仿真 篇5
空间连杆机构是指由若干刚性构件通过低副 (转动副﹑移动副) 联接, 而各构件上各点的运动平面相互不平行的机构, 与平面连杆机构相比, 空间连杆机构常有结构紧凑、运动多样、工作灵活可靠等特点, 常应用于农业机械、轻工机械、纺织机械、交通运输机械、机床、工业机器人、假肢和飞机起落架中。由于涉及复杂的数学运算及三维变换, 使得其研究较为困难, 这在很大程度上影响空间连杆机构的推广应用。目前对其研究主要采用两种方法:一种是根据N维设计向量在理论上允许实现N个无偏差的点, 列出非线性方程组求解, 对多于4杆的空间连杆机构, 由输入求输出位移时因中间运动变量不易避开或消去, 一般要用数值迭代法联解多个非线性方程式或求解高次代数方程式。另一种方法是优化法求解近似轨迹, 众所周知, 优化法求解将受到初值选取, 目标函数性态及寻优方法的影响, 难以得到稳定的全域解。本文以空间两球面副两转动副四杆机构 (RSSR机构) 为例, 进行建模与运动仿真, 在运动仿真中求构件的位移、速度、加速度等运动规律曲线, 也可以求得空间连杆上任意一点的运动轨迹, 不用进行复杂的方程求解就可以得到相应的理论参数。
2 空间连杆机构的建模
空间RSSR机构原理如图1所示, 它具有两个球两面副A和B、两个旋转副1O和2O组成, 当曲柄O 1A匀速转动时, 摇杆O 2B绕O2摆动, 连杆AB上的任意点p的运动轨迹为一条空间曲线。
进入UG的建模模块, 利用草图、基本体等建模方法, 根据设计好的曲柄、摇杆、连杆、机架的尺寸进行建模。在装配模块中, 利用“添加组件”命令将已建好的曲柄、摇杆、连杆、机架添加到装配环境中, 通过“通过约束”中的接触对齐方式对各个构件进行定位。
3 空间连杆机构运动模型的建立与分析
在UG的运动仿真模块中, 建立四个links, 为机架、曲柄、摇杆、连杆。四个Joints, 其中J001为曲柄与机架连接、J002为摇杆与机架连接的旋转运动副, 而且J001还有一个初速度为30°/s的恒定驱动;J003为曲柄与连杆连接、J004为连杆与摇杆连接的球铰运动副。为了得到连杆上一点的运动参数, 要对这个点进行标记, 连杆建模时在与曲柄连接端105mm处画一个小孔, 然后以这个小孔的圆心作为标记点进行标记, 标记完后即可对其进行设计追踪。图2为建好的运动模型。
在运动模型建立后, 可以对其建立解算方案, 解算的参数设置如下:解算方案类型选择为常规驱动;分析类型选择为运动学/动力学;确定时间为12s, 步数为100。确定完解算方案即可进行求解。
经过解算后, 即可对空间连杆机构进行运动仿真显示和相关后处理, 首先通过运动分析中的动画可以观察机构的动态运动过程, 在动画中选中封装选项的“追踪”, 即可显示已设定点的运动轨迹, 在动画播放过程中可以设为延时 (慢放) 、循环、往返、重复播放等方式进行仔细观察, 如图3为已设定点的运动轨迹曲线。此外, 还可通过运动分析得到机构中任一点 (已作标记的点) 和运动副的位移、速度、加速度、受力图等规律曲线。如图4所示为标记点在空间的位移、速度、加速度曲线。如图5是曲柄、摇杆的速度比较, 即机构的输入、输出速度的比较。
4 结语
以上所述通过对空间连杆机构的建模及其运动模型的建立, 确定解算方案, 利用运动分析和后处理的方法, 完全可求得机机构的指定点的位移、速度、加速度以及受力曲线图, 在工程应用中, 可以根据曲线修改机构的尺寸从而达到对机构的优化设计。研究
摘要：在UG NX软件平台中以RSSR为例, 对空间连杆机构进行建模、装配, 利用UG NX的运动分析功能建立相应的运动模型并进行运动学分析, 得出构件某点的运动轨迹、位移、速度、加速度的规律曲线。
关键词：UG NX,空间连杆机构,运动仿真
参考文献
[1]张晋西.UG NX/Motion机构运动仿真基础及实例[M].北京:清华大学出版社, 2009.
空间仿真 篇6
关键词：MATLAB,图形用户界面,现代控制理论,仿真
0引言
MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,是由美国MathWorks公司发布的一套主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。其应用范围非常广,包括数值分析、工程与科学绘图、控制系统的设计与仿真、数字图像处理技术、数字信号处理技术和通讯设计与仿真等。本文主要应用了MATLAB的GUI图形用户界面来实现《现代控制理论》主要内容的仿真。
1现代控制理论与GUI
1.1 现代控制理论
现代控制理论是对古典控制理论的进一步发展,它包括线性系统理论、最优控制、现代系统辨识及自适应控制等多个分支。对现代控制理论做出重大贡献的有苏联科学家JI.C庞特里亚金提出的名为极大值原理的综合控制系统的新方法、美国贝尔曼(Bellman)的动态规划和匈牙利卡尔曼(Kalman)的滤波、能控性与能观性理论。这些研究成果解决了空间技术中出现的复杂控制问题,并开拓了控制理论中最优控制理论这一新的领域。这些就构成了后来被称为现代控制理论的发展起点和基础[1]。现代控制理论以线性代数和微分方程为主要的数学工具,以状态空间法为基础,分析与设计控制系统。
状态空间法对揭示和认识控制系统的许多重要特性具有关键作用。其中能控性和能观性尤为重要,成为控制理论的两个基本概念。现代控制理论在其诞生的近50年来,不论在理论还是应用方面一直处于十分活跃的状态,不仅在航空航天领域取得了惊人的成就,而且在自然科学和社会科学领域都得到了广泛的应用[2]。
1.2 用户界面
用户界面(或接口)是指用户与计算机信息交换的硬件、软件部分。图形用户界面(Graphical User Interfaces ,GUI)是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面,是指由窗口、菜单、对话框等各种图形对象组成的用户界面。在这种用户界面下,用户必须对功能对象进行界面布局和编程,从而使用户在激活GUI 的功能对象时能够执行相应的行为。
MATLAB提供了一个可视化的图形界面开发环境GUIDE(Graphic User Interface Development Environment)。 GUIDE是一个界面设计工具,且所有GUI的控件都集成在这个环境中并提供界面属性、外观和行为响应方式的设置方法。GUIDE将程序员设计好的GUI界面保存在一个FIG文件中,同时还自动生成一个M文件。这个M文件为实现回调函数提供一个参考框架,这样既简化了GUI应用程序的创建工作,程序员又可以直接使用这个框架来编写自己的函数代码[3,4]。
GUIDE可在布局GUI的同时生成以下两个文件:①FIG文件,该文件包括GUI的图像窗口和所有子对象(包括用户控件和坐标轴)的完全描述以及所有对象的属性值;②M文件,该文件包括用户用来发布和控制界面和回调函数(这里作为子函数)的各种函数。该文件中不包含任何组件的布置信息[5]。
2用MATLAB的Control Toolbox完成软件设计
2.1 设计的步骤
设计步骤具体如下:①打开MATLAB,新建一个GUI;②在GUI界面中加入能完成实验的相应控件,如pushbutton(按钮)、static text(静态文本)、edit text(可编辑文本)、panel(面)、axes(坐标轴)等;③把相同类型的按钮放在同一个panel中,并布局好整个界面,使其看起来整洁美观;④修改各个控件的属性,以便在界面上观察其具体作用;⑤对各个按钮进行回调函数的编写,使其达到它的功能,这是设计GUI中最关键的一步;⑥对整个界面进行运行,就会得到相应的结果。
2.2 设计出的人机交互界面
设计出的人机交互界面见图1。
2.3 人机交互界面中控件的回调函数
(1)状态空间模型转换为传递函数模型的回调函数:
function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)
h=handles.edit1;
ss=str2num(char(get(h,'String')));
A=ss
h=handles.edit2;
ss=str2num(char(get(h,'String')));
B=ss
h=handles.edit3;
ss=str2num(char(get(h,'String')));
C=ss
h=handles.edit4;
ss=str2num(char(get(h,'String')));
D=ss
[num,den]=ss2tf(A,B,C,D);
num=num2str(num);den=num2str(den);
set(handles.listbox1,'String',char('num=',num,'den=',den))
(2) 能控标准型的回调函数:
function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles)
h=handles.edit1;
ss=str2num(char(get(h,'String')));
A=ss
h=handles.edit2;
ss=str2num(char(get(h,'String')));
B=ss
h=handles.edit3;
ss=str2num(char(get(h,'String')));
C=ss
h=handles.edit4;
ss=str2num(char(get(h,'String')));
D=ss
[Ab,Bb,Cb,T,K]=ctrbf(A,B,C)
Ab=num2str(Ab);Bb=num2str(Bb);Cb=num2str(Cb);
set(handles.listbox1,'String',char('Ab=',Ab,'Bb=',Bb,'Cb=',Cb))
(3)回调函数的脉冲响应:
function pushbutton5_Callback(hObject, eventdata, handles)
h=handles.edit1;
A=str2num(char(get(h,'String')));
h=handles.edit2;
B=str2num(char(get(h,'String')));
h=handles.edit3;
C=str2num(char(get(h,'String')));
h=handles.edit4;
D=str2num(char(get(h,'String')));
sys=ss(A,B,C,D)
%axes(handles.axes1);
impulse(sys)
grid on
3结论
本文提出了用MATLAB的GUI设计图形用户界面,该方法将《现代控制理论》的知识点都体现在GUI中,实现了《现代控制理论》中主要的计算过程,且界面简洁,操作方便。
参考文献
[1]袁德成.现代控制理论[M].北京:清华大学出版社,2007.
[2]刘豹.现代控制理论[M].北京:机械工业出版社,1988.
[3]柴瑞娟.基于MATLAB GUI的线性控制系统教学仿真软件的设计[J].计算机与现代化,2003(9):68-70.
[4]李显宏.MATLAB7界面设计与编程技巧[M].北京:电子工业出版社,2006.
空间仿真 篇7
21世纪是人类全面发展空间能力、利用空间资源的时代。掌控空间优势对于保障国家安全、提高国家综合竞争力具有无可替代的作用，空间已成为国家安全与发展的新的战略制高点，制天权将成为未来国家战略威慑力和夺取战争主动权的决定因素。因此，美、俄等世界强国竞相进入空间，大力发展空间力量，部署空间装备，加剧了空间军事化进程。近年来，为了在夺取制天权的斗争中占据先机，以空间机动、空间操控和空间力量运用为标志的天基空间作战已成为当前空间领域新的发展重点。但随着近几十年来不断积累的太空碎片，已经严重阻碍了人们对太空开发的进程，所以有效地采取措施清除太空碎片越来越受到重视.
因此本文研究利用CORBA分布式并行计算技术，和统一建模语言(UML)对高能激光清除空间碎片这一空间应用系统进行了整体结构分析，构建和实现了系统模型。
1 UML和CORBA概述
1.1 UML概述
统一建模语言[1](Unified Modeling Language,UML)是最广泛使用的面相对象系统的建模方法。它是一种通用的可视化建模语言，用于对软件进行描述、可视化处理、构造和建立软件系统的文档。它记录了对必须构造系统的决定和理解，可用于对系统的理解、设计、浏览、配置和信息控制[1]。UML定义了5类、共9种模型图[1]。第一类：use case diagram(用例图)，它是UML的核心概念，从用户角度描述系统功能，并指出各功能的操作者;第2类：静态图(Static Diagran)，包括类图(Class Diagran)、对象图(Object Diagran)和包图(Pack-age Diagran)，类图描述系统中类的静态结构，它定义了系统类的内部结构以及类之间的联系，对象图描述系统在某个时刻的静态结构，包图由包或类组成，表示包与包之间的关系，包图用于描述系统的分层结构[1];第3类：行为图(Behavior Diagran)，包括状态图(Statechart Diagran)和活动图(Activity Diagran)，状态图描述对象的所有可能状态以及事件发生时状态的转移条件，活动图描述满足用例要求所进行的活动以及活动间的约束关系，有利于识别并行活动;第4类：交互图(Interactive Diagran)，包括顺序图(Sequence Diagran)和合作图(Collaboration Diagran)，顺序图显示对象之间的动态合作关系，它强调对象之间消息发送的时间顺序，同时显示对象间的交互[1];合作图也显示对象间的动态合作关系，但更强调上下级关系。这两种图合称为交互图;第5类：实现图(Inplanentation Diagran)，包括组件图(Canponent Diagran)和分布图(Deployment Diagran)，构件图描述代码部件的物理结构及各部件之间的依赖关系，它包含逻辑类或实现类的有关信息，部件图有助于分析和理解部件之间的相互影响程度，配置图定义系统中软硬件的物理体系结构，用于捕获系统硬件和软件组件的配置。
它涉及软件工程的不同阶段，UML语言和满足不同面向对象建模方法对模型描述和建模过程描述的需求，并可适用于不同的应用领域，甚至是非软件设计领域。
1.2 CORBA概述
CORBA的开发者是对象管理组织(OMG)[2]，成立于1989年，目前该组织拥有800多家成员，分别来自计算机工业的整个行业范围。增强软件的可移植性(Portability)、可重用性(Reusability)和互操作性(Interoperability)。CORBA运用了面向对象的设计思想，对象的设计思想，允许软件对象在不同的操作系统平台和应用程序中重复调用。现有的Java,C++面向对象的语言都能实现CO RBA程序的编写，VC++和C++Builder,IBM VisualAge for Java都是支持这些语言的程序开发工具。CORBA的基本结构如图1所示。
CORBA特点[2]:
(1)引入代理(Broker)概念。完成对客户方提出的抽象服务请求的映射;自动发现和找到服务器;自动设定路由，实现服务方程序的执行。
(2)客户方程序与服务方程序完全分离。客户将不再与服务方发生直接的联系，而仅需要与代理发生联系，客户与服务器方都可方便升级。
(3)提供“软件总线”机制。任何应用系统只要提供符合CORBA系统定义的一组接口规范，就可以方便地集成到CORBA系统中，这个接口规范独立于任何实现语言和环境。如此，客户应用于服务对象之间可以透明地交互运行，实现应用软件在“软件总线”上的“即插即用”。
(4)分层的设计原则和实现方式。CORBA系统的底层核心是一个精练的系统，各种复杂系统和应用可以由核心扩展和延伸。
2 仿真系统组成
高能激光器在清除空间碎片时，激光需要通过大气的传输才能到达碎片处，并对碎片起到清除作用，因此大气的传输模块和碎片的轨道模块是仿真系统的重点。
图2所示为仿真系统的模块图。整个系统由大气传输模块和碎片轨道模块构成。激光的大气传输仿真模块包含5个子模块，分别为大气的吸收、折射、散射，同时会受热晕和大气湍流的影响。因此激光的大气传输仿真模块由大气吸收模块、大气折射模块、大气散射模块、热晕模块以及大气湍流模块组成。
各个模块之间的联系和相互作用构成了整个激光的大气传输。这个系统不是简简单单的每个参数都独立，它们都受到其他子系统的影响。而且在不同的天气比如晴天、阴天、雨天它们的参数差别很大，又比如在不同的地点，它们的参数相差也很大，若采用传统的仿真可能会导致系统的计算较慢，可重用性差，通用性不足甚至出现计算错误等问题。使用基于CORBA的分布式仿真可以有效解决这些问题。
3 系统功能分析与建模
3.1 仿真系统的需求分析
需求分析是为了建立系统需求模型，即从功能需求出发建立用例模型。用例图为设计活动不仅记录需求而且还提供了一种挖掘的信息，它记录了需求到设计结果之间的映射关系，能够确保设计结果具有明确的根据或者说具有可维护性，基于UML的软件开发过程是以用例驱动的。
从图3中可以看出，用户与用例之间的关系：
(1)用户可以进行系统的登入和登出，这样可以防止系统被其他无关的人员登入造成不必要的损失;
(2)用户可以对整个仿真进程进行控制，可以再出现异常时暂停或停止系统，必要时重启系统;
(3)可以对视景仿真进行控制，包括调整视角，切换2D,3D等操作;
(4)用户最重要的就是通过操作界面(GUI)来对进行激光武器的仿真，通过参数的导入和输入就行各项仿真机应用。
CORBA在系统中主要起着中间件的作用。它自身需要先创建注册一个适配器(POA)，并管理最后注销。同时它绑定了命名服务器使得客户端可以透明地引用服务端的对象实现。对象实现模型库中包含仿真需要的激光传输模型、碎片轨道模型、ATP模型、毁伤模型，效能评估模型等模型。对客户端而言它接受请求，通过ORB远程调用服务端上的对象实现，实现分布式仿真。
3.2 仿真系统实体描述
图4为系统的类图。主窗体MainWindows类是操作界面的类，它包含了激光大气传输的基本属性。定义了与界面操作相关的函数。MVshow类为界面提供了各类数据的显示。Login类为系统的登入管理类。FWD-DY是CORBA的调用类，通过它进行POA的注册，激活ORB等来调用在服务端的各个算法模型类如：大气折射类Refranction、大气吸收类Absorb、湍流类Turbulence等类，来支持系统的仿真计算，数据处理。SceneSimulation类为系统提供了图形仿真。
3.3 系统的交互模型
如图5所示为系统的序列图，序列图描述了整个流程随时间推移的情况。横轴表示了各个对象之间的交互过程，纵轴表示各个对象生命周期及在各个时间节点的行动情况。整个过程为操作员进入到操作界面后，通过导入或者手动设置系统的武器参数，光学参数，导入目标的初始数据，设置当前的气象参数，光学参数，导入碎片目标的初始参数，设置气象参数。
当仿真开始后，系统中的代理模块(Stub)向本地的ORB发送调用请求，ORB接受请求后将请求发送到远程的服务端，然后服务器端的各个仿真模型在通过ORB返回给客户端，供客户端使用，这些模型有激光的大气传输模型，ATP模型，碎片目标轨道计算模型，毁伤模型等模型。当仿真结束后，可以对仿真结果进行评估。开始评估时，仿真系统通过ORB调用服务器端的评估模型进行此次实验的效能评估，最后把评估结果返回操作界面。
4 CORBA技术在系统中的应用
前文对系统用UML进行了建模分析，明确了系统的需求、流程和派生出的类。从整体上分析该系统属于三层的C/S结构。整个仿真过程中操作界面、客户端以及服务端都是通过CORBA核心ORB来交互的。在根据系统设计的基础上，根据系统的特性要求和分布式特点可以构建系统总体框架结构图如图6所示。
根据前文的分析和设计结果，该系统由客户端和服务端组成。服务端用于系统的登入和界面操作，服务端用来检查验证客户端权限，提供给客户端各种相匹配的算法模型。痛殴那个过CORBA，服务端程序实现了能被远程的客户端调用的对象。在CORBA客户端，桩(Stub)通过ORB接受客户的请求，并通过代理提供的命名服务寻找和定位应用服务对象请求。在服务端，ORB把应用服务器的服务程序接口传递框架(Skeleton)，并通过基本适配器POA在代理商注册服务。
在开发CORBA前必须先根据系统分析结果建立IDL文件，用来定义功能接口。让客户端知道哪些函数模型级调用的方法。以下为该系统大气吸收类的IDL文件：
该IDL接口定义了大气吸收类中的一些参数和操作。该系统利用OmniORB4-1-4进行开发，经其编译器Omniidl编译后产生桩(Stub)代码和对象实现所需要的框架(Skeleton)代码。根据桩代码进行客户端的程序编写，根据框架代码进行服务端的程序编写。以大气吸收类为例。在服务端，对IDL定义的每个接口，都要编写相应的对象实现类，以及对ORB进行初始化。部分代码如下：
在客户端的现实部分代码如下：
5 结语
激光清除空间碎片是一项复杂的系统工程。本文探讨用统一建模语言UML和CORBA技术用于该系统的仿真。用UML对系统进行分析建模。采用CORBA技术作为系统的软总线，把系统的远程模型函数库和客户端程序连接起来，实现了分布式仿真系统。由于CORBA的透明性、与语言平台无关性，系统可应用在不同的平台下，真正做到跨平台的互操作性。增强系统的可配置性、可伸缩性和可重用性。将UML和CORBA结合起来，为开发分布式应用系统提供了强大的支持。
摘要：为了研究空间应用分布式仿真,在此介绍了用UML技术和CORBA技术开对激光清除空间碎片这一空间应用系统的设计和开发过程。用UML对系统进行了分析,确定了系统的用例,流程和相应的类。最后使用CORBA技术实现系统的分布式仿真。结果表明,用此方法开发的系统具有可重用性高、可维护性强和移植性好的特点,它为更多的后续系统开发提供了一定的方法和技术支持。
关键词：激光技术,UML,CORBA,空间碎片
参考文献
[1]BOGGS Wendy,BOGGS Michael.UML with rational rose从入门到精通[M].邱仲潘,译.北京:电子工业出版社,2000.
[2]刘润东.UML对象设计与编程[M].北京:希望电子出版社,2001.
[3]吴建.UML基础与Rose建模案例[M].北京:人民邮电出版社,2005.
[4]谭云杰.大象:Thinking in UML[M].2版.北京:中国水利水电出版社,2012.
[5]张玉田.基于CORBA体系的分布式体系结构研究[D].大连:东北财经大学,2004.
[6]鲁博,柴跃廷.关于统一建模语言:UML[J].计算机工程与科学,2000(8):7-9.
[7]朱其亮,郑斌.CORBA原理及应用[M].北京:北京邮电大学出版社,2001.
空间仿真 篇8
光学信息处理是基于光学频谱分析，利用傅立叶综合技术，通过空域或频域调制，借助空间滤波技术对光学信息进行处理的过程。阿贝于1873年提出的显微镜成像理论，以及他本人于1893年、波特于1906年为验证这一理论所做的阿贝—波特实验，科学地说明了成像质量与系统传递的空间频谱之间的关系，成为空间滤波的先导。随着计算机硬件、软件技术的快速发展，把电子数字计算机与光学模拟处理器结合起来，使其在光学信息处理领域内应用范围日益扩大。Matlab提供的图形用户界面（Graphical User Interface,GUI）[1,2]是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象构成的一个用户界面。用户通过一定的方法（如键盘或鼠标）选择、激活这些图形对象，使计算机产生某种动作变化，比如实现计算及计算可视化、绘图等。Matlab GUI技术集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便、界面友好的人机交互方式，给用户带来了操作和控制的方便与灵活性。采用MATLAB GUII设计对光信息处理进行仿真[3,4]，过程简单，可以设计出丰富、直观的界面。操作方便，可以直接在界面上输入和改变参数，直观地分析各参数的变化对实验结果的影响。
1 阿贝成像原理及4f空间滤波系统
1873年阿贝首次提出了一个与几何光学成像传统理论完全不同的成像概念[5]。该理论认为成像过程包含了两次衍射过程。这两次衍射过程分为两步：一是分频；二是合成。如图1，由物面到后焦面物体衍射光波分解为各种频率分量，在后焦面得到物体的频谱，这是分频过程。由后焦面到像面各频谱分量又合成为像。从频域来看，要求各空间频率成分在传递过程中尽可能少受影响，所得的像逼真与物。但实际上由于物镜有限光瞳的限制，物体的频率分量只有一部分参与了成像。一些高频成分被丢失，因而像产生失真。显然，像和系统传递的空间频率之间存在一一对应的关系。像和物的相似程度完全取决于物体有多少频率成分能参与成像。在频谱面上放置狭缝、小孔等光阑改变透射的频谱，输出像的结构将发生变化。这样提供了一种新的频谱语言描述信息，启发人们用改变频谱的手段来改造信息，即信息光学处理基础。
在成像问题中，希望物与像尽可能相似，考虑的是输入信息的各种频率成分在系统中如何传递。而对于空间滤波更为普遍的问题在于输入信息实现所期望的变换，例如去噪、特征信息的提取等。对输入信息所包含的各种空间频率成分施加振幅和位相调制来实现特定的变换，这就是空间滤波的含义。4f相干光学信息处理系统是傅里叶光学的一个经典滤波系统，系统有与空域对应的输入（物平面）、输出（像平面）平面，以及与频域对应的确定的频谱面，在频谱面可以安放所需要的滤波器。图2为4f相干光学信息处理系统的示意图，物面上的信息经透镜L1实现光学傅里叶变换，在后焦面（即频谱面）上得到物的频谱。在频谱面放置滤波器，透射频谱通过透镜L2在像平面合成为改造后的像。
2 基于MATLAB GUI模拟光的空间滤波现象
数字图像处理是指计算机图像处理，图像的光学处理方式由于实验条件和光学元件的限制而缺少灵活性，计算机图像处理可以灵活进行各种运算，而且具有可编程、控制、分析和判断的能力。利用数学软件matlab GUI技术设计空间滤波界面，可以灵活选取实验参数，在界面实时再现图像处理过程。
用MATLAB GUI设计空间滤波实验仿真界面：建立五个命令按钮，三个图像框，三个可编辑文本框；五个命令按钮分别为低通滤波、高通滤波、方向滤波、带通滤波和结束执行按钮；三个图像框分别为原图像框、滤波器和滤波后图像；两个可编辑文本框为滤波器带宽设置。设计界面如图3所示，然后编写回调函数，点击“演示”控件后出现的用户界面如图4所示。
在滤波带宽选择下，按钮执行结果如图5(a）-（e）。
3 结论
长期以来，由于信息光学课程中的概念繁多，学生对频谱、滤波、卷积等的理解较为抽象，理论教学对实验的依赖性较强，特别是一些光学现象的教学中教师一直沿袭口述笔演的教学方式，这些都给学生进一步理解该课程带来了诸多困难，因而信息光学的教学效果不尽人意。在这种情况下，需要用现代化的教学手段，千方百计地为学生提供观察、理解物理现象的机会，培养学生的思维水平和能力。利用matlab GUI对信息光学实验进行仿真，首先很好解决了真实实验因环境限制而不能进入课堂的难题；其次在掌握光学理论知识和数学软件的前提下，让学生自主探索并通过matlab编程，去完成对知识的巩固和拓宽；最后利用用户对GUI界面的可控性，启发学生对实验中的参数进行改变，根据实际物理条件选择符合要求的最优值，并获得最优条件下的参数值，最后通过理论仿真来指导实践，让学生真切感受科学技术是第一生产力。
摘要：利用阿贝成像原理和空间滤波系统,从改变频谱入手改造一副光学图像,进行光学信息处理。在此基础上,利用MATLAB图形用户界面建立了空间滤波实验的物理模型并进行了仿真模拟,从而实现了数字图像的处理。
关键词：空间滤波,MATLAB GUI,频谱
参考文献
[1]张宜华.精通MATLAB6.5版[M].北京:清华大学出版社,1999:202-207.
[2]Dane Hanselman,Bruce Lttlefied,朱仁峰译.精通Matlab7[M].北京:清华大学出版社,2006.
[3]赵盾.光学实验计算机仿真平台的构建[J].武汉理工大学学报信息与管理工程版,2010(5).
[4]何钰.阿贝成像原理和空间滤波实验及计算机模拟实验[J].西南交通大学理学院物理系,2006.
空间仿真 篇9
空间综合信息网络管理体系结构除了要具备相应的扩展性以及分布性，同时还应具备相应的安全机制，以及对安全系统的有效管理制度。空间综合信息网络管理体系的核心为空间信息系统，即把空间和地面信息融合，通过不同轨道上的卫星系统，基于综合利用的原则，实现互联互通，以此建立一种智能化体系。针对上述这些内容，文章就AIINMS网络管理系统进行研究和分析，该系统属于分层分域系统。
二、网络测量技术分析
在空间综合信息网络管理中，网络测量技术是进行管理的一个关键技术，相对于传统互联网测量技术而言，这种空间网络测量必须要利用遥测法来进行地面测量数据的接收，需在任意空间段进行测量点的选择和测量数据的收集。
(1)网络测量内容。第一，网络性能的测量。实施这一工作的主要目的就是为了了解和掌握网络负荷情况、网路资源的利用情况以及其可达性等，其测量的内容主要包括丢包率、吞吐量等，同时还应要分析网络的可达性、可靠性以及稳定性。第二，拓扑的测量。拓扑主要指的是网络中各结构的物理布局与设备连接方式，基于对网络拓扑结构的了解，才可更好地掌握其流量分布情况，明确网络的性能。利用网络拓扑自身所具备的主动发送功能，来进行探测包的发送，以此来探测网络。第三，流量的测量。即测量与分析网络中业务流，了解和掌握网络流量的相关特性。通过测量所获得到的这些数据可实现不同的目标，如负载检测，性能分析、监视业务的质量以及定位辅助故障等。在流量测量中主要包括两个内容，即聚合流量测量与单个流量测量。
(2)网络测量层次。自低到高来进行划分的话，网络测量可分为三个层次，即采集数据、管理数据以及分析数据。所谓数据采集就是利用各种测量方式，来进行测量分组和测量探针位置的选择，而数据管理则是对所采集的数据，利用各种方式来实施管理，比如检索测量法、数据储存法以及维护法等，实现共享。
三、AIINMS系统仿真
基于上述内容的阐述，文章对AIINMS原型实施了仿真测试。该仿真系统是利用数据网关来进行空间网络的接入，从而实现网络管理的目的。数据网关是入网节点，和仿真空间网络之间进行管理命令的交互、信息的上报以及结果信息的查询等。在管理过程中，所收发的这些数据均要通过数据网关，通过链路仿真与路由仿真来控制发送，并模拟上下行数据的传输。其中业务管理中心与卫星测控中心均可在这一仿真环境中进行空间任务的模拟，从而控制整个系统仿真情况。
(1)拓扑的探测。通过网管中心与卫星代理共同配合来完成拓扑的探测，其中网管中心主要是负责主动轮询、记录轮询结果以及其图形化的表现。卫星代理则主要是负责在接收到轮询报文以后，进行发送和上报。要想获得卫星网准确拓扑，就必须要按照通断事件的报告实时更新网络的拓扑图，综合考虑卫星节点在往返过程中时延存在的差异，排序与仲裁事件。因卫星链路自身具备的误码率较高，很可能会存在丢包，导致管理信息不可及时返回，针对这种情况，在仿真过程中，可通过“超时机制”来明确下次探测信息的发送。此外，在每次网管中心处理管理信息以后，均应将这一次管理信息所对应的这一时戳进行保存，以便于后续管理工作的实施。
(2)子网的划分。基于组网卫星至各管理分站的跳数以及时延来进行子网的划分。通过“时延×跳数”所获得的总时延对卫星和各管理分站之间的距离进行衡量，在计算时，采用的是三次时延平均值。按照选择的结构，卫星就会分别向所选择的各管理分站进行管理注册信息的发送，管理中心在接收到注册申请后，就会进行注册，同时还记录相关的管理信息，接着再进行注册成功这一回执信息的发送。卫星在接收到这一回执信息以后，就会向前一个管理站进行注销请求信息的发送，在受到其注销回执信息后就会向所选择这一管理站发送相关的管理报文、网络管理信息。待其正确接收后，就会进入到网络管理的状态，实施子网内部的管理，最后把地面网管中心所需要的相关信息提交至地面网管中心处。
参考文献
[1]陈兰军.ArcGIS Server在城市交通综合信息系统中的应用与实现[D].西南交通大学,2011
[2]杨宇博,程承旗,郝继刚等.基于全球剖分框架的多源空间信息区位关联与综合表达方法[J].计算机科学,2013,40(5):8-10