[ieee 2009 chinese control and decision conference (ccdc) - guilin, china (2009.06.17-2009.06.19)]...

6
¿DCPS¥sTUCAVx]eÅöþØ_"d fE-, , 뿧, +î S]SÐ/vÐÈýñÐ1îÄÐý, Éì410073 E-mail: zhangqingjie [email protected] K 1: ¹ùîUCAVx]T¥sTeÅ%¦Ù5, 4iy¿DCPSYß¹©Y ÏWq¥UCAVx]eÅöþØ_"d. yë_"d¥7bT8"², æ¨Open DDSî©Y ÏWq, "×sYÏ¥HüHüõî+, £¾Y¥µr. Kª, eºsT UCAVx]T^¾"dÏ¥¨f. oM: s?, x]eÅ, _"d Distribute Semi-Physical Simulation System for Multi UCAVs Cooperative Control Base on DCPS ZHANG Qing-jie, DU Tao-tao, ZHU Hua-yong, SHEN Lin-cheng College of Mechatronics Engineering and Automation, National Univ. of Defense Technology, Changsha 410073 E-mail: zhangqingjie [email protected] Abstract: In order to figure out the distribute control and decision problem in multi UCAVs cooperative combat, semi- physical simulation system for multi UCAVs cooperative control was proposed and built, and its network middleware was based on DCPS communication model. The open architecture of simulation system was established. And the network communication middleware was completed by Open DDS. Time delay and jitter character of communication system were analyzed. The results demonstrated the validity of the communication model. At last, the cooperative combat of distribute multi UCAVs in this system was introduced simply. Key Words: Data Distribute, Cooperative Control, Simulation System 1 ý(Introduction) à ¥ Ä , í ¦ T ^ f Unmanned Combat Aerial Vehicle,UCAV |?è ×1¥+YT¨, ¤¥1ÿ. ®¿ ñUCAVT ^ ? ï ¥ K, y N á ÷ ¹ ¯ ¥ T ^ © H L ³ 1 ñUCAVx ] î. " - S UCAVx ] e Å M 1 ¥ ù î [ 5 µ: DARPA¥ 1 ö I ö î e Å(Mixed Initiative Control of Automata-teams,MICA)ý ñ[1] = 1 ö x I (Autonomous Negotiating Teams,ANTS)ý ñ[2]=2FÜvÐ¥Marblesýñ[3] =S=:vÐ ¥RoboFlagýñ[4]=xÝ¥Ëí¦¥LHx] eÅ(Real-time Coordination and Control of Multiple Heterogeneous UAVs,COMETS)ýñ[5] [#ÅS¥ ôÁ®vÐ=o{³=vì³óùî¥Y¨ T^"d(Common Operating System,COS)["[6]© ©. YV[5¥Ðùî?C, 1XLC N[ýT¤S]$Sù["'ù, [|: A2820080247. ¥x]T^, A³%Z, BÁ, © xØsT%¦©+ñÙ5> Z/^sTUCAVÜûÉÿ]Ë ©'÷Z¥$, ^x]T^¥×1-4, ñ1pUCAVx]T^î³¥?¿³aHs ?, iOKvK¹®©¥@= Eçí¨ ©¥.¾, '¥HW|¥ ?Âó¥Üû. [¹Ï¥?è Data- Centric Publish-Subscribe,DCPS ¹Yߥs ? Data Distribute Service,DDS ?z¥³% ©Ìâ/¥UCAVx]T¥ZÙ5, 'Óü[DCPSYߥs?T¹©Y ÏWq, ysT=tÜû¥UCAVx]e ÅöþØ_"d, ¹ùîÜûx]T¥eÅ %¦©M1Ù54BñLÜû. DCPSYß^OMG¿2003Mü7SÅè¦û Ú?LH"d¥DDS ?S -&^LH?è (Realtime Publish-Subscribe,RTPS)Yß> "-X î¹ÅSoEìGIGʨ¥?/èS 3121 978-1-4244-2723-9/09/$25.00 c 2009 IEEE

Upload: lin-cheng

Post on 12-Apr-2017

212 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: [IEEE 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC) - Guilin, China (2009.06.17-2009.06.19)] 2009 Chinese Control and Decision Conference - Distribute semi-physical simulation

��DCPS�����UCAV�����������

���,���,���,���������������������,��410073

E-mail: zhangqingjie [email protected]

� �: �����UCAV����������������,��������DCPS���������

�����UCAV���������. �������������, ��Open DDS������

�����, �������������� �, ��������� �. ��, �������

�UCAV�����������.

���: ��,����,���

Distribute Semi-Physical Simulation System for Multi UCAVs Cooperative

Control Base on DCPS

ZHANG Qing-jie, DU Tao-tao, ZHU Hua-yong, SHEN Lin-cheng

College of Mechatronics Engineering and Automation, National Univ. of Defense Technology, Changsha 410073

E-mail: zhangqingjie [email protected]

Abstract: In order to figure out the distribute control and decision problem in multi UCAVs cooperative combat, semi-

physical simulation system for multi UCAVs cooperative control was proposed and built, and its network middleware was

based on DCPS communication model. The open architecture of simulation system was established. And the network

communication middleware was completed by Open DDS. Time delay and jitter character of communication system

were analyzed. The results demonstrated the validity of the communication model. At last, the cooperative combat of

distribute multi UCAVs in this system was introduced simply.

Key Words: Data Distribute, Cooperative Control, Simulation System

1 ��(Introduction)

���������, ������

�Unmanned Combat Aerial Vehicle,UCAV� ��

������, ������. �

��UCAV��� ����, ����� �

�����������UCAV����.

�����UCAV������������:

DARPA�� � ���(Mixed Initiative

Control of Automata-teams,MICA)��[1] � �

��(Autonomous Negotiating Teams,ANTS)�

�[2]�������Marbles��[3] ������

�RoboFlag��[4]�������������

���(Real-time Coordination and Control of Multiple

Heterogeneous UAVs,COMETS)��[5] ������

������ ����������

���(Common Operating System,COS)��[6]

. ��� ����������,���

��������������,����: A2820080247.

������,������ �,�����,�

�������� �����

�� ��������UCAV�������

���� ����, �����������,

���UCAV����������������

,���������������������

����� ���,�����������

������.����������Data-

Centric Publish-Subscribe,DCPS���������

��Data Distribute Service,DDS��������

�������UCAV�������� ���,

���DCPS�������������

����, ������������UCAV���

������,��������������

��� ������������.

DCPS�����OMG�2003��������

������DDS ���������

�(Realtime Publish-Subscribe,RTPS)��������

�����������GIG�����/���

3121978-1-4244-2723-9/09/$25.00 c© 2009 IEEE

Page 2: [IEEE 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC) - Guilin, China (2009.06.17-2009.06.19)] 2009 Chinese Control and Decision Conference - Distribute semi-physical simulation

� 1: ��DCPS��UCAV�����������

�[7]� ��������������

���System of Systems Common Operating Environ-

ment,SoSCOE������������������

�����������Aegis�E2C�������

�����������AWACS������

��[8] ��������������

���������[9, 10]����DDS��

��������

2 ����(System Overview)

��DCPS�����UCAV�������

��� ��������������,� �

�������������������

, �����UCAV�����������

���,����1��.�������

�:

• �������.������������,

����������������, ��

���2.4G�������, ������

�5.8G�����.

• ����������.���� �

����� , ���DSPACE������

�����;���� ��������

� � , ������������

������.

• ������������. ��DCPS��

������������,�����

���������������,��!

�������"������������

.

3 �������(Semi-Physical Simulation

System)

3.1 ����(Architecture)

���� ���������������

���������� ����������

�DCPS�����UCAV���������

����������������!���

���������" �.

� 2: ���������

������� ���������

���������������������

�������#������������

������X86!��PowerPC!���Arm!��

���������Windows�Linux��Vxworks

����������������DCPS���

������������# ���

3122 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC 2009)

Page 3: [IEEE 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC) - Guilin, China (2009.06.17-2009.06.19)] 2009 Chinese Control and Decision Conference - Distribute semi-physical simulation

���������������������

�����������������.

3.2 �������(Composition and Function)

(1)�UCAV����������

��UCAV��������, �

�UCAV����"����, �������

�������, ������� , ������

��� ����#�������� .

(2)�����

�������������UCAV�����

�,���������6������,����

������ ��.

(3)���������

�����������DSPACE����

������,���������������

���.

(4)��������

������� �������� ��

���, �����$� EO/IR� SAR ���

�#��� � �� �������. ��

������, ������DEM���

, ��SensorWorks� RadarWorks�����

�EO/IR�SAR�.

(5)�C4ISR��

��#�����������.

(6)����

��������������������

��!��, ����������������,

�������������������

�������.

3.3 �������(Network Communication Mid-

dleware)

�����������������

�UCAV�������� �, �����

����������$���. ��

�DCPS�����Open DDS��$����$�

������������ �, ���"Open

DDS�����������.

Open DDS�����DCPS����DDS���

������"�!, ���������

���, ��������, ���������

�. Open DDS��$�!�����%�3.

����Open DDS���DCPS������

���. DCPS����������, QoS�

����������$. ��������

$�����, ���������, ��

������������C/S����, ��

��&�. �DCPS���, ��������

��: �#(Publisher)���#(Subscriber)�

�(Topic)��(Domain). Publisher���Topic��

, Subscriber���� ��Topic��. ��

�������Topic, ���������

� 1: Open DDS1.1���QoS��

QoS�� ��

LIVELINESS �����������

��#� ��,� ���

#�����

RELIABILITY ���!�#�%�#

���������$�

HISTORY ��!�#�%�#�

�� ���� ��

DEADLINE ���/���� �%

��� &�� ���

DURABILITY ��%�#����

��#�� ����

DURABILITY SERVICE ��TRANSIENT'

PERSISTENT()�

RESOURCE LIMITS �����!�����

�������QoS

PARTITION &'���!��*��

LIFESPAN &'���"����

����

USER DATA &'���"�����

'������

TOPIC DATA &'���"���� �

'������

GROUP DATA &'���"����

�/��# '������

��Domain���, �����������

������Topic. �������������

���QoS����. QoS���DDS���, �

����������� �, �����

����������QoS��,������

�(����. �������Open DDS�QoS�

����. ��, Open DDS 1.1���QoS��[11]�

�: ��$(Real-time Delivery)���(Bandwidth)�

��(Redundancy)��)�(Persistence)%���, (

%�1.

4 ��������(Analysis of Network Com-

munication Performance)

4.1 ����(Evaluation Index)

��������+����������

��������� ���!!. �����

�UCAV����������&, ����

�'����+��, ��, �������

����������������� �.

(1)����

�����, ���$�����tdelay��

����$����tc−delay, �" �$�

�tn−delay, ���������ta−delay���

2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC 2009) 3123

Page 4: [IEEE 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC) - Guilin, China (2009.06.17-2009.06.19)] 2009 Chinese Control and Decision Conference - Distribute semi-physical simulation

� 3: Open DDS�$�!�����

�����tr−delay,� ���

tdelay = tc−delay + tn−delay + ta−delay + tr−delay (1)

�)������(��, ������,

���$����� ���# �������

.��, �����"����tRTT−delay���

��$����$ ���"���,�

t̄delay = tRTT−delay/2 (2)

��"����tRTT−delay��������

�.

tRTT−delay =i · tRTT−delay + ti

i + 1, i = 1, 2, · · · , n (3)

�, ti��n"�����#i"�"����

��

(2)����

����# ����#���+��,�

�������,)�������� � �

��������������$�(� . �

��������&, �����'�, ����

��'�,����#����$!�. ���

������ �"�����.

J =

√n

∑n

i=1t2i − (

∑n

i=1ti)2

n(n − 1), n > 2 (4)

4.2 ����(Test Results)

�� $�������������,��

���UCAV�������������$�

����.���$��$�

• A$�:

CPU—-Pentium Dual 2.2GHz

RAM—2GB

NIC—–RealTek RTL8169

• B$�:

CPU—-Pentium Dual 3GHz

RAM—2GB

NIC—–Atheros AR8121

�����Windows xp sp2; ����

�Visual Studio 2008 sp1; �������

�ACE+TAO 5.6.6�Open DDS 1.1; ��# �

!����1000Mbp������# ���

�28Mbps�2.4G���# .

�4˜�6�!�A$����� A� B�

$�����������������

�����������. �, ��"�

$�n = 10, ���$�(2)�(3)� �

�, ����(4)��.��������!

�1k�10k�100k�1M�10M�30M�50M�$.

$�4˜�6������, ��*�� �*

�1M�$�������,������ ���,

���������&*,�1M�$� ,����

����$��!�37.05ms�51.07ms�1083ms,�

����!�112.8ms�370.9ms�2465ms.����

������+�$���)������'

� ', ����"�, ��������!

�.

3124 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC 2009)

Page 5: [IEEE 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC) - Guilin, China (2009.06.17-2009.06.19)] 2009 Chinese Control and Decision Conference - Distribute semi-physical simulation

� 4: �$�������������

� 5: �$�������������(����)

� 6: �$�������������(����)

5 ��(Application)

�� ��������!, �����

������UCAV��������, ��"��

�DCPS��������� �.��,��*�

���*��-�%��������(Split Pop

Attack)� ����������������.

�������,�*������%�

�, �������,%���� ��, ��

�(Attitude)�%&(Distance)���(Timing). ���

��(� ������,�,% ����$

������.

�7�, UCAV1�+���������*,�

'��!&��& ������; UCAV2��!�

����&, ��'���&��$, & !&�

�-�'�. ������, *���������

�������������#� �

�����������������,.��

�%�8.

� 7: �*�����%�(���$,% )

� 8: *�������$-���,#���)

6 ��(Conclusions)

���������%���.%�(

��UCAV���������, ������

�DCPS���������UCAV������

2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC 2009) 3125

Page 6: [IEEE 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC) - Guilin, China (2009.06.17-2009.06.19)] 2009 Chinese Control and Decision Conference - Distribute semi-physical simulation

���,�����DCPS������,���

������ �, ��������)�, �

��������, ���$��UCAV����

������"#�.��"�������

��������QoS��.�,�" ���

���,� ������.

����

[1] Adams, Milton B, Lepanto, et al. Mixed initiative com-

mand and control of autonomous air vehicles[J]. Journal

of Aerospace Computing, Information and Communication,

2005,2:125-153.

[2] Autonomous Negotiating Teams Pro-

gram[EB/OL]. 2003[2008-10-16].

http://www.if.afrl.af.mil/div/ift/iftb/ants/ants.html.

[3] Martin Frank, Pedro Szekely, Real-Time MARBLES: A

Scheme for Adaptive Distributed Resource Allocation[R].

University of Southern California Information Sciences

INST,2004:68.

[4] Campbell M, Andrea R D, Schneider D, et al. RoboFlag

Games using Systems Based Hierarchical Control[C]. Pro-

ceedings of the American Control Conference, 2003,1:661-

666.

[5] Real-time Coordination and Control of Multiple

Heterogeneous UAVs[EB/OL]. 2004[2008-10-05].

http://www.comets-uavs.org.

[6] U.S. Office of the Secretary of Defense. Unmanned Aircraft

Systems Roadmap 2005-2030[R]. 2005:11.

[7] Gerardo Pardo Castellote. DDS Spec Outfits Publish-

Subscribe Technology for the GIG[J]. COTS Journal,2005,4.

[8] Phillip R.Rees, Ronald J.Koontz, John Chester Krainski,et

al.Converting Apache Helicopter Inter-Module Communica-

tions from 1553 to Publish/Subscribe[C].The American He-

licopter Society 61st Annual Forum,2005,June1-3.

[9] �(,+',)� .��DCPS������DDS�

��[J].����,2006,11:68-72.

[10] /�,�$,$#& .������DDS���

�[J].�(����,2006,26(2):16-20.

[11] OpenDDS Developer’s Guide[EB/OL].2008[2008-10-

03].http://download.ociweb.com/OpenDDS/OpenDDS-

latest.pdf.

3126 2009 Chinese Control and Decision Conference (CCDC 2009)