CN104123133A - DragonVVP-VBF组件化开发框架平台工具*** - Google Patents

Abstract

所要解决的技术问题：本发明主要以国产技术研发的专利产品，替代美国长期对中国技术封锁限制的美国Analytical Graphics公司开发的STK(Satellite Tool Kit)卫星工具软件、打破美国对中国禁售、禁运的封锁。解决该问题的技术方案的要点：本发明基于国产VBF组件化框架设计、底层基于C/C++研制开发，做为中国航天领域进行卫星仿真科研论证支撑平台。主要用途：实现卫星、运载火箭、导弹、地面站的飞行器卫星轨道分析与数据计算并可在二维地图和三维显示环境显示。

Description

DragonVVP-VBF组件化开发框架平台工具***

一、技术领域

所属的技术领域：电子信息-计算机及网络产品-空间信息获取及综合应用集成***。 

本发明专利是一种用于组件化建模与仿真的开发与运行的工具、是国产的自主可控的仿真开发与运行框架平台。 

本发明专利用于填补国内空白，解决国产化、替代美国商业仿真软件产品的目的。主要应用技术领域： 

①航天领域的建模与仿真，如卫星、运载火箭、导弹轨道预报算法模型等生成位置和姿态数据，空天飞机、地面站和恒星数据库、遥感器类型、探测目标、可见性及遥控器覆盖分析提供分析引擎，用于任务数据计算分析并可在二维地图和三维显示环境显示，轨道机动、精确定轨、实时操作等高级约束条件定义对于特定的分析。 

②航空领域的建模与仿真，如空品飞行器的飞行仿真：巡航弹、无人机、有人机如预警机空基平台、坐标类型和坐标***、以及空域、气象、电磁环境。 

③传感器建模与仿真：通信与链路分析、雷达与电磁分析、干扰与对抗分析、侦察与探测覆盖分析、声纳探测分析、光学成像分析。 

二、背景技术

本发明专利是就是一种国产平台的、用于组件化建模与仿真开发与运行的工具，填补国内空白。 

目前国内航天航空航海航陆领域的、国防军工研究所和国内宇航专业的各大学、研究院所，普遍使用国外的建模与仿真开发工具，在建模与仿真工具软件方面，缺乏一款国产组件化开发与运行框架，实现主控调用组件与插件机制的一套开放平台。 

目前国内尚无采用主控+注册组件与插件机制的组件化建模与仿真商业软件、工具、平台，同时能够支持跨操作***(Windows、Liunx、国产操作***：32位/64位)。 

本发明专利自2010年研制成功之后，已经用于中国电子科技集团科学研究院、中电10所、14所、28所、54所，总装航天城测通所、装备学院、二炮装备研究院、空军装备研究院、船舶709所、航天704所、503所等相关航天领域的科研单位，以及北航宇航学院、北理工宇航学院、西安电子科技大学、长沙国防科技大学等院校。 

三、发明内容

本发明专利是一种基于C++开发的国产的、能够在Windows、Liunx等操作***运行、可支持组件化开发集成的底层软件平台，物理形态为一系列动态库、资源文件、工具和数据文件，用于航天、航 空、航海等领域的建模与仿真的开发与运行框架平台工具***，属于国产商业化的组件化仿真开发平台工具***。具体内容如下： 

(1)本发明专利是以国产技术研发的“DragonVVP-VBF组件化开发框架平台工具***”，支持组件化开发集成环境的开发框架软件平台，实现主控+注册组件/插件+调用机制的组件化的开发与运行，解决国外软件底层平台不开放的难题。 

(2)依据DragonVVP-VBF组件化开发框架平台定义的组件开发规范、进行开发的上层组件(应用层与中间层组件)，实现组件式开发框架底层平台与应用无关，中间件层由专业模型组件和功能组件组成，应用层与用户业务定制相关，实现模型性能验证仿真框架、模型组件、模型参数、模型数据(文件)、界面五者相分离。 

(3)底层基于C++、避免了微软COM+组件不能跨操作***的限制，能够在Windows XP/7、Liunx、国产(中标麒麟)32位/64位操作***运行，QT+VxWorks5.5/6.6环境中运行。 

(4)组件可以通过平台提供的通信代理实现与其它组件的通信，完成组件间信息的转发和传递，为各组件创建所需的线程上下文，提供组件间的同步和异步结构化消息传递，从而构成完整的上层应用。 

(5)组件式开发集成中间件负责为所有的功能组件提供统一的生命周期管理和运行支撑环境，负责框架内通用基础功能的管理，支持框架SDK的运行。DragonVVP-VBF组件式开发框架平台为上层组件提供了一系列SDK接口，上层组件通过SDK接口的调用，实现对平台底层功能的访问。 

(6)DragonVVP-VBF组件式开发框架平台内部的各模块同样为一系列功能组件，可以通过加载、卸载组件实现DragonVVP-VBF组件式开发框架平台功能的扩展。DragonVVP-VBF组件式开发框架平台还提供了一系列辅助开发、调试工具，便于上层业务组件的开发、集成。 

四、附图说明

参照以下说明、所附权利要求以及附图，将更好地理解本发明专利的功能和方法，这些设计构思及其技术特征，说明书附图中给出本发明专利的各功能模块之间的计算机程序的主要流程图，技术方案、整体设计、工作过程和步骤的技术特征、优点方面，在发明创新***的附图中： 

图1是本发明专利的技术：主控/组件结构示意图。 

主控主要完成组件注册、消息分发、组件通信、接口查询与调用，事件发送与接收(基于对象/事件体系结构)组件完成具体的业务，可以接收并处理主控传来的各种命令、消息，并提供功能接口并外部调用。二级主控既是主控的一个组件，又是其管理的组件的主控。 

图2是本发明专利的技术：插件及其组合图。 

图3是本发明专利的技术：测站对卫星轨道可视分析的流程示。 

图4是本发明专利的技术：部件与对象的关系示意图 

国产***组成与模块组件、层次结构组成框图，是实现图1、图2和图3中功能的支撑。是对图5的技术架构实现的功能说明的详细描述。 

图5是本发明专利的技术实现原理图，是对图4中的本发明专利的国产***技术原理与组成进行说明；是对图6的VBF组件化开发模式框架的专业描述。 

图6是本发明专利的所采用的VBF组件化开发模式框架的组成结构、***结构、功能层次的说明，实现的依据、进行***技术原理说明。 

图7是本发明专利的技术：标绘内容中的卫星轨道属性显示图。 

图8是本发明专利的技术：标绘内容中的卫星轨道属性运行图。 

图9是本发明专利的技术：本软件整体运行效果图。 

图10是本发明专利的技术：本软件导弹发射效果图。 

图11是本发明专利的技术：卫星导弹通信分析图。 

图12是本发明专利的技术：电磁态势分析图。 

图13是本发明专利的技术：近地空间飞行器测控仿真与全过程仿真图。 

图14是本发明专利的技术：卫星运行轨道算法图。 

图15是本发明专利的技术：卫星运行轨道算法图。 

图16是本发明专利的技术：卫星运行轨道算法图。 

图17是本发明专利的技术：卫星运行轨道算法具体流程图。 

图18是本发明专利的技术：低轨卫星二体轨道，惯性坐标系图和地理坐标系图。 

图19是本发明专利的技术：二维卫星星下点图。 

图20是本发明专利的技术：高轨卫星二体轨道，惯性坐标系图和地理坐标系图。 

图21是本发明专利的技术：短时间运行卫星运行覆盖区域图。 

图22是本发明专利的技术：卫星位置算法图。 

图23是本发明专利的技术：卫星运行覆盖区域。 

图24是本发明专利的技术：长时间运行卫星运行覆盖区域图。 

五、具体实施方式

本发明专利具体实现方式： 

(1)底层基于用C/C++开发：Dragon VVP-VBF组件化开发框架平台是中国研制生产的、纯国产化的、自主可控的、纯国产化环境使用的一套国产化组件化开发集成框架环境，可移植到QT+liunx操作***环境和QT+VxWorks嵌入式实时操作***环境上运行，可接国产数据库、可移植到中标麒麟国产操作***上，实现全国产化环境使用。支持windows XP/windows7操作***运行，嵌入式操作***VxWorks5.5/6.6、Linux、国产红旗Linux操作***的跨平台编译。 

(2)软件大小结构可变：内核采用主控/组件与插件相结合的开放式架构，通过主控+注册组件+服务消息调用机制的组件开发与运行框架，实现组件注册、加载、接口查询、命令发送、消息传递、事件监听、事件处理等，以及组件之间接口的消息发送、接口查询，可实现多人多组协同组件化开发模式，软件结构可伸缩的技术架构，软件功能可随时扩展、大小结构可伸缩，便于不同类型的不同权限用户开发集成部署。 

(3)可视化组件化注册：支持组件的批量注册和独立注册，能够对临时增加的组件进行注册，能够取消对指定组件的注册，由用户根据组件库文件和所在路径、及组件部署，利用组件配置文件对通过校验的组件进行注册，形成组件注册文件。能够获取加载组件可以发布和响应的消息，形成组件发布订阅消息表；能够融合网络内其它席位组件加载信息，获取远程组件加载情况和组件发布订阅消息标识。 

(4)组件动态加载与卸载：在每次任务启动时，主控读取注册文件、加载的组件，判断组件是否存在，对组件和框架的兼容性进行检查。确定组件运行所需的线程模型(组件在主线程中运行、单独线程中运行、还是与某些相关组件在相同线程中运行)，初始化组件的线程环境，对组件进行实例化。对已注册的指定业务组件进行批量或独立动态加载，对已加载的指定业务组件批量或独立动态销毁并收回***资源，并对组件发布订阅消息表进行更新。 

(5)组件运行状态监控与异常处理：对各业务组件运行状态进行监控，如果业务组件发生消息响应超时、异常退出等行为，需要对现场进行保护，对异常组件进行隔离，必要时销毁。对组件初始化失败的情况进行异常处理，并对失败原因进行通报。 

(6)组件间通信：支持组件间消息的消息转发和传递，支持组件间同步和异步两种通信方式，在同步通信情况下，信源组件发送消息后，直至所有信宿消息响应结果返回前均处于阻塞状态，在异步通信情况下，信源组件发送消息后可以进行其它处理，不必进入阻塞状态等待消息响应结果。同步消息处理可以有返回值，异步消息处理不可以有返回值。在不影响第三方开发库或软件框架提供消息机制的前提下，管理已加载组件间的信息交互，根据组件发布订阅消息表，将信源组件发布的信息并推送至本地或远程部署的信宿组件。 

(7)支持多语言开发环境：支持目前主流开发工具MFC、BCG、C#、QT4.x和VC++6.0、VS2005/2008/2010、C/C++开发语言。 

(8)、组件集成 

a.支持后台运行的无界面组件，以及前台运行的有人机交互界面组件等与框架的集成。能够在组件依赖第三方库文件、资源文件重名时，避免访问冲突，支持组件与框架的集成。 

b.***内核采用主控/组件与插件相结合的开放式总体架构。每个组件完成一个完整的业务，通过添加组件进行业务的扩展。每个插件点完成一个业务环节(一类算法)，通过增加插件进行算法的扩展。使用组件化开发，是采用主控+注册组件+动态库形式的、软件结构可伸缩的技术架构，可实现多人同时分模块开发、采用开发向导、生成标准的组件，可动态加载运行，能够大大减少重复开发工作量，提高代码的复用率、模块组件的复用率。 

c.使业务组件进行完全解耦，组件间互不依赖，可独立开发、部署、升级，信源组件不必关心消息发送至何处，由哪个业务组件进行响应处理，在哪个线程中运行；信宿组件不必关系消息来自何方，哪个业务组件在申请服务，由哪个线程发起请求。 

d.能够支持内存指针和结构化数据两种组件间消息的转发处理。业务组件接收到消息时，可以根据消息类型，自动解析消息实体的数据结构，并以强类型的方式调用相应的消息处理函数。 

(9)、采用先进的软件结构设计实现 

采用分层的体系结构，分为运行环境抽象层、核心层、界面层、COM组件封装层、体系结构适配层等五个层次：(见说明书附图4、图5) 

(1)运行环境抽象层主要负责封装操作***及硬件的细节，提高可移植性。同时，使得上层应用的开发可以在普通微机上进行，开发成本也因此大大降低。 

(2)核心层是与战场环境仿真专业相关的部分。该部分使用内建的对象与接口的注册、发现和执行机制，在数据模型支持、战场实体建模等多个方面都采用插件模式。 

(3)界面封装层是对核心层人机交互的封装，该层实现各种窗体、控件及交互方式。界面层是多语言的，支持MFC、BCG、C#、QT4.x和VC++6.0、VS2005/2008/2010并可实现语言之间的热切换。 

(4)COM组件封装层目的是实现对多种开发语言和平台的支持，支持MFC、BCG、C#、QT4.x和VC++6.0、VS2005/2008/2010，并充分利用COM+的各种优势，为.组件进一步封装提供基础。 

(5)体系结构适配层使得VBF能够在各种体系结构下使用。如，采用传统体系结构的应用可以基于三个层次开发，一是基于核心层，采用C++语言开发，自己建立交互界面，使用内部提供的对象与接口的注册、发现与执行机制；二是基于界面封装层使用C++开发；三是基于COM组件封装层开发，基于该层可以使用支持COM的所有开发语言进行开发。 

采用这样的体系结构带来的优势是： 

■跨平台的移植能力，可支持Windows、Linux、VxWorks等操作***； 

■可裁剪能力，适用于多种硬件平台，特别是可应用在资源有限的嵌入式平台上； 

■支持多种应用模式，可以满足多种体系架构的需要； 

■灵活的二次开发模式，可在多个层次上进行二次开发和扩充平台功能； 

很好的解决了多领域合作的问题。使得我们能把更多的精力集中于战场环境仿真专业领域的研究，而各种其他专业(如电子对抗)的模型由各专业的人员建立。 

运行环境抽象层：采用C/C++开发工具，对运行环境进行抽象后，实现计时器、STL、DLL操作抽象，同时实现对于SOCKET、OPENGL和封装，对操作***抽象定义内存管理和多进程多线程管理，实现跨平台、跨操作***的运行环境。采用了基于元数据的设计思想和实现方法，使得属性数据的数据结构能够支持各种不同类型的属性数据，同时也支持由用户根据需要自行定义属性数据的数据结构，从而使得各种矢量数据的接收和处理成为可能；提供了基于XML格式的地理信息数据交换格式，并能处理这一格式的地理信息数据。 

引擎核心层：采用C/C++开发工具实现对象管理与接口的注册管理，事件和执行机制、支持基本函数(数学模型、图表管理、GIS及模型算法)的封装，实现符号、图层、空间数据调度、空间数据模型和轨道数据模型的主控+动态库的开放式组件框架。针对地理空间参考框架的时空特性，建立多尺度的时空参考框架；借鉴GeoDatabase数据模型的体系结构，结合算法数据模型，从应用的角度，把常用的应用层次的算法集成到底层模型中，建立一个实用高效的数据模型。同时建立多源数据集成、管理、显示、综合利用的完整理论体系、模型构建及GIS实现，并实际研发出一套针对多源数据基于OpenGL底层开发的三维视景引擎，基于标准化组件的***结构化设计，支持.dll和API函数的二次应用VC++6.0开发，且支持D3D和OPENGL应用开发。 

界面封装层：采用VC++语言开发形成COM组件封装层，集成分析引擎、轨道分析、空间数据搜索、图形管理和标注管理，实现GIS二维通用功能和三维视景通用模块功能，封装成二维GIS引擎和三维引擎开发平台层。图形集成框架接口，完成***主框接口内容，负责控件注册、命令分发、事件处理、绘图等任务。三维显示控制接口，主要用于获取和显示参数有关的信息和对场景进行控制。利用SDTS做数据标准，利用OGC作数据互操作的标准(例如空间SQL标准)，采用数据库作后台，利用空间数据引擎按照SDTS存取空间数据，按照OGC标准对客户软件提供操作接口。通过接口API实现与VRFORE的集成嵌入。 

体系结构适配层：采用主控+注册控件的形式，实现应用***由主控(IVVP_MainCtrl)和多个组件 (IVVP_Component)组成，主控负组件注册、消息分发和接口查询。每个组件必须实现IVVP_Component接口，并导出VVP_CreateComponentObject函数。组件之间的消息发送及接口查询都必须通过主控完成。除了IVVP_MainCtr和IVVP_Component接口外，***还定义了若干接口用于组件注册、接口查询、命令发送、消息传递、事件(鼠标键盘时钟)监听等。主要有：IVVP_Command(命令接口)、IVVP_UIProcessor(界面交互相应处理接口)、IVVP_Tool(工具接口)、IVVP_Message(消息发送与接受接口)、IVVP_Timer(计时器接口)、IVVP_MouseKeyListener(鼠标键盘事件监听接口)、IVVP3DDrawer(三维绘图事件响应接口)、IVVP_3DDisplay(三维显示控制接口)。 

利用开发平台的主控(MainCtrl)模块与二次开发接口模块、可实现软件结构可伸缩的三维功能组件集(Component即通用服务层)、三维态势显示组件(Display3D即应用服务层组件)，提供二次应用开发的COM+组件开发接口，用于甲方的二次应用开发；支持用户快速增加自主研制功能的.dll，在VC++6.0开发框架中创建工程实现二次开发的快速加载。 

提供二次开发接口API，SDK开发包，支持模板库、MFC界面框架开发。同时为KD-RT1仿真***提供HLA仿真接口支持、实现三维可视化显示的联邦成员。 

军用GIS二维引擎和三维引擎VVP-3D底层是基于OpenGL图形软件开发库和ActiveX控件，采用C/C++语言和VC++工具开发，集成GIS二维通用功能和三维视景通用模块功能，封装成二维GIS引擎和三维引擎开发平台层，做为开放式框架支撑平台体系。 

Claims (11)

1.一种基于国产化技术开发的DragonVVP-VBF组件化开发框架平台工具***，其中，

该***分别具有：

权利要求1：能够在Windows、Liunx、国产操作***运行，支持组件化开发集成的组件化开发框架软件平台，物理形态为一系列动态库、资源文件、工具和数据文件。

权利要求2：依据组件化开发框架平台定义的组件开发规范、进行开发的上层组件(应用层与中间层组件)，可以被平台动态的加载；组件可以通过平台提供的通信代理实现与其它组件的通信，从而构成完整的上层应用。

权利要求3：DragonVVP-VBF组件式开发框架平台为上层组件(应用层与中间层组件)提供了一系列SDK接口，上层(应用层与中间层组件)组件通过SDK接口的调用，实现对平台底层功能的访问。

权利要求4：DragonVVP-VBF组件式开发框架平台提供系列辅助开发、调试工具，便于上层业务组件的开发、集成。

权利要求5：DragonVVP-VBF组件式开发框架平台内部的各模块同样为一系列功能组件，可以通过加载、卸载组件实现DragonVVP-VBF组件式开发框架平台功能的扩展。

2.根据权利要求1所述的国产化技术开发，其中，

Dragon VVP-VBF组件化开发框架平台工具***是中国研制生产的、底层用C/C++开发的、纯国产化的、自主可控的、不受国外限制和技术封锁的组件化开发与运行集成框架。

3.根据权利要求1所述国产化技术，其中，

解决了微软COM+组件不能跨操作***的限制。

底层采用C/C++语言开发，解决了跨操作***平台的难题，能够支持跨操作***(能够基于linux操作***、国产中标麒麟操作***、windows XP/windows7、VxWorks5.5/6.6、国产红旗Linux操作***的跨平台编译支持)。

4.根据权利要求1所述开发集成，其中，

组件式开发集成框架负责为所有的功能组件提供统一的生命周期管理和运行支撑环境，负责框架内通用基础功能的管理，支持框架SDK的运行。

5.根据权利要求2所述的组件开发规范，其中，

采用主控+注册组件与插件+调用机制相结合的组件开发架构。每个组件完成一个完整的业务，通过添加组件进行业务的扩展。每个插件点完成一个业务环节(一类算法)，通过增加插件进行算法的扩展。

6.根据权利要求2所述的组件通信，其中，

组件开发集成框架为组件间通信提供代理，完成组件间信息的转发和传递，为各组件创建所需的线程上下文，提供组件间的同步和异步结构化消息传递。对框架外部功能组件输入信息进行处理，根据通信请求定义的访问逻辑，组织、调用各功能组件的接口和服务，以及底层中间件提供的各类服务和功能，进行数据库访问、数据网络分发和信息可视化，实现各类规划应用。

7.根据权利要求2所述的组件开发框架平台，其中，

Dragon VVP-VBF组件化开发框架平台采用多层次主控/组件结构，由主控(只有一个)、二级主控(可能多个)及若干组件组成，主控主要完成组件注册、消息分发、组件通信、接口查询等的功能。组件完成具体的业务，可以接收并处理主控传来的各种命令、消息，并提供功能接口并外部调用。二级主控既是主控的一个组件，又是其管理的组件的主控。

8.根据权利要求3所述，其中

采用先进的开放式框架的国产Dragon VVP-VBF组件化开发框架结构，采用主控+注册组件与插件+动态库+调用机制形式，实现软件结构可伸缩的技术架构，软件功能可随时扩展、大小结构可伸缩，实现灵活的软件框架结构：便于不同权限级别用户层次划分部署。

9.根据权利要求4所述的辅助工具，其中，

底层采用C/C++语言开发，支持国产二维GIS和国产三维GIS，解决国外仿真软件不能集成国产二维和三维GIS技术难题。具有可视化开发界面，能够提供业务组件开发代码框架生成，提供组件间通信监控工具。

10.根据权利要求5所述组件式开发框架技术，其中，

组件式开发框架底层平台与应用无关，中间件层由专业模型组件和功能组件组成，应用层与用户业务定制相关，实现模型性能验证框架、模型组件、模型参数、模型数据(文件)四者相分离。

11.根据权利要求5所述扩展，其中，

基于国产组件化开发框架结构、采用组件化开发模式，便于不同单位、部门、项目组之间的协同开发与集成加载。