某雷达型导弹制导系统半实物仿真总控软件的设计与特点

发布时间:2013.08.28 新闻来源:反射内存-实时仿真技术网 浏览次数:

某雷达型导弹制导系统半实物仿真总控软件的设计与特点

 

摘要:某雷达型导弹制导系统半实物仿真总控软件的设计为半实物仿真试验中的各参试设备和软件的操作提供了统一的管理。本文详细阐述了该总控软件的设计思想,并针对该软件的几个设计特点进行了较为详细的介绍。

关毽词:半实物仿真总控软件 动态链接库 光纤反射内存 PCI5565PIORC 光纤反射内存

1概述

雷达制导系统半实物仿真试验需要使用到很多的硬件设备和软件,从而导致试验过程中各种设备和软件的操作及调用十分繁杂。试验中需要进行大量的信息交换及采集,各参试设备之问距离较远,设备之问的信息交换又有着严格的时回限制,而各设备中的控制计算机的时钟频率不尽相同,这些都为仿真试验带来了特殊的困难。该软件以某雷达型导弹制导系统的半实物仿真系统为对象,采用计算机对仿真系统中众多的硬件设备和软件进行自动管理和控制,从而大大降低了试验的复杂程度;对试验中产生的太量数据进行统一管理,便于存储与分析;对仿真设备的实时监控可保证仿真试验安全可靠地进行。该软件具有仿真试验过程控制及试验数据处理等功能,从而大大提高了半实物仿真试验的效率与可靠性。2某雷达型导弹制导系统半实物仿真系统的组成该半实物仿真系统主要由仿真专用计算机、五轴转台、目标信号源、无线电修正信号源和仿真总控制台五部分组成。

仿真专用计算机在仿真过程中实时采集舵控制信号,进行导弹空间运动、目标空间运动以及导弹目标间相对运动等方程的实时解算,并将计算结果输出给各有关仿真设备。五轴转台由两部分组成。一部分是三轴转台,用来复现导弹飞行过程中的姿态角运动(俯仰、偏航和横滚);另一部分是一个由抛物面天线构成的机械式二自由度目标模拟器,用来模拟五轴转台坐标系中的导弹一目标视线的运动。目标信号源将仿真计算机提供的有关目标的相关数据转换为目标信号,并实时地提供给五轴转台中的目标模拟器。

无线电修正信号源负责形成无线电修正指令并发送给导弹,主要包括目标的三个速度分量及三个位置分量。仿真总控制台是整个半实物仿真系统的管理中心,对仿真系统工作状态进行管理。导弹所需的各项供电电源也由总控制台提供。在总控制台计算机上运行的仿真总控软件,负责协调系统各部分的工作,控制着仿真过程的执行,并进行必要的信息显示。

半实物仿真系统各设备之间采用光纤反射内存接口连接进行数据交换。光纤由于传辖距离远,通讯带宽大(可达Gbps级),抗干扰能力强,误码率低等显著特点,运用于半实物仿真系统中,能很好地满足仿真试验对数据传输距离、速度、实时性和准确性的要求。

该仿真系统的组成如图l所示。

 

3仿真总控软件总体结构

仿真总控软件在总控制台计算机上运行,是仿真系统的管理核心。它不仅要完成整个仿真过程的管理与控制,还要对试验数据进行采集及必要的处理。因此,软件从功能上分为仿真试验管理模块和数据处理模块。

基于反射内存的半实物仿真系统

图1半实物仿真系统组成框图

仿真试验管理模块主要负责仿真试验的进行。该模块要对仿真过程进行控制管理、控制仿真数据的采集、对各仿真设备的实时监测、对试验过程中大量的数据信息进行存储、传输等操作。该模块的这种多任务性以及各项任务对时间的不同要求,给软件的设计带来很大的困难。为简化该模块的设计,采用两台计算机共同完成上述任务。其中,控制管理模块在计算机I上运行,负责按照试验的工作时序控制仿真试验的进行;数据采集模块和实时监控模块在计算机Ⅱ上运行,负责控制各种数据的采集、对仿真设备进行实时监控。两台计算机采用多种硬件接口相互连接,从而实现了对系统的共同管理。仿真试验管理模块除了对试验进行管理外,还针对试验过程中所需数据及产生数据的作用和类型的不同,设有不同的数据库,分别用来存放试验初始数据、结果数据、遥测参数等。数据处理模块也在计算机Ⅱ上运行。该模块主要包括文本处理、图形显示及遥测数据的解码处理等功能。文本处理可对试验数据进行存储、显示、打印等操作。图形显示主要用于绘制数据二维曲线,该功能既可在试验过程中对试验数据进行实时监测,又可用于事后对数据图形的回放分析。遥测数据的解码处理是指将接收到的数字遥测信息按照其规定的包装格式进行解码处理。数据处理模块可独立于仿真试验管理模块被单独调用,两个模块之间是通过对数据库文件的调用来建立联系的。仿真总控簌件的结构框图如图2所示。

基于反射内存网的软件结构框图

图2仿真总控软件结构框图

4仿真总控软件的设计

仿真总控软件的设计是按照总控软件的两个功能模块,即仿真试验管理模块和数据处理模块进行单独设计的。在两个模块设计完毕后,通过数据库文件将两个模块进行组合,形成完整的总控软件。

4.1仿真试验管理模块的设计

仿真试验管理模块具有以下功能:

a.进行仿真试验,对仿真试验过程进行管理;

b.在仿真试验过程中对系统状态进行实时监控:

c.对仿真试验过程中的数据进行管理。

在仿真运行过程中,该模块按照仿真工作时序的安排,协调仿真专用计算机及各参试设备的运行,保证试验按照给定的步骤进行。同时对各设备运行状态进行监控,在出现异常情况时,及时显示应急信息.同时向有关设备发出应急信号,切断电源、油源,确保试验的安全。

半实物仿真系统的工作过程可分为仿真系统准备、导弹挂机飞行和导弹飞行等仿真阶段。在不同的仿真阶段,软件可自动转入相应的子模块。同时,仿真试验管理模块也提供了采用不同制导方式进行试验的能力,用户可在界面提示下选择进行中制导、末制导或复合制导方式下的仿真试验。总控软件在系统准备阶段进行总控制台硬件(包括各接口板卡)的检测,同时收集各参试设备的“准备好”信号。在该阶段,软件对各设备的管理主要由自检子模块完成。

为便于用户对试验的管理,软件为用户提供了一个友好的界面。在该界面中,用户可在菜单的提示下随意选择仿真试验模式、方便地进行初始条件的输入、进行仿真试验、对数据库进行管理等。对数据库的管理也是仿真试验模块中一项十分重要的内容。在仿真试验前设置仿真条件参数,试验过程中将产生许多各种类型的数据,包括飞行任务参数、遥测参数等,这些数据需要进行及时的保存。仿真试验管理模块在试验过程中将这些数据按照类型自动进行保存,大大简化了对数据的管理过程,同时便于对数据的调用及打印等。

鉴于软件在试验过程中的这种多任务性,仿真试验管理模块设计了一系列的功能成员函数以满足各项不同任务的要求,如飞行任务打包、数据采集等函数,这些成员函数为软件的第一层设计,直接对应于各菜单项中所定义的消息。当菜单项被激活时。Windows将消息传递给相应的成员函数,同时激活相应的对话框,完成其给定的处理过程。

4.2数据处理模块的设计

数据处理模块对试验产生的数据提供必要的处理,利于对仿真结果数据进行正确的分析。按照数据的类型和处理方式的不同,结果处理分为对数据的波形显示和遥测数据的单步解码两部分。对数据波形的二维显示是对数据变化情况较直观的一种显示方式。在软件中,数据的图形显示主要用于试验过程中的监控显示和试验后的图形回放。对试验过程数据的监控显示,首先要解决的便是图形显示的实时性问题。为此,在软件设计时摒弃了功能强大且使用方便但耗时过多的ActiveX组件.采用Windows绘图方式直接对屏幕进行操作,满足了对图形显示的时问要求。对试验数据的图形回放可在数据库中任选一个数据文件进行。数据波形可按照用户的要求进行缩放、坐标选取、打印等操作,为数据的进一步分析提供便利。数据处理模块也提供了对数字遥测信息进行解码的功能。用户可对遥测数据库中任一数据文件的任一地址进行解码运算,得到所需的遥测参数用于对仿真结果的分析。

5总控软件的设计特点

5.1采用了面向对象的可视化程序设计方法

面向对象的程序设计(OOP)是通过为数据和代码建立分块的内存区域的一种模块化的程序设计方法,被公认为是自上而下编程的杰出代表。它以C语言为基础,提供了面向对象的标准类库,其中封装了WindowsAPI(AppficationProgrammingInterface)的大部分函数功能,以C++类的形式提供Windows编程接口。实质上,面向对象的程序设计就是类的设计以及对象的处理过程,其中类的继承性决定了可以利用标准类的派生来进行类的设计。可视化组件库(VCL)是建立在可视化组件基础上的面向对象的库。vCL为Windows编程提供了应用程序框架,同时也为各个组件提供了公开接口。利用VCL库进行程序设计,不仅能够方便地设计出标准的Windows界面,而且可以大大简化类源文件的编写难度。仿真系统总控软件正是采用了面向对象与可视化相结台的设计方法,将界面中的每个窗口定义为类,在其中封装数据结构和成员函数,对各个窗口的操作通过其成员函数进行,窗口问的信息传递通过消息或窗口的公用成员函数进行。采用这种设计方法,不仅加快了编程速度,而且开放出来的软件具有良好的可靠性、可维护性和代码重用性。

5.2采用动态链接库(DLL)对硬件进行操作

在仿真总控软件的设计中,对硬件设备的操作采用了动态链接库的方式进行。动态链接库是一个包含了函数和数据的模块,以lIb节点方式加人到项目中。它本身不是独立的程序,只是主程序的帮助器文件,并为执行程序提供一个可被调用的函数。动态链接库提供了一种使应用程序模块化的方法,这种方法的使用使得对功能模块的更改和代码重用变得十分容易,并可节省大量的Windows资源。在仿真总控软件中,硬件的驱动程序工作在系统的底层核心,负责实时中断事件处理,具有最高的系统权限,直接操作硬件,完成接口程序要求的

服务。接口程序设计为一个标准的WindowsDLL,在功能上起着承上启下的作用,向上提供调用接口,向下提供系统接口驱动程序的相应服务,完成硬件操作。同时向驱动程序提供中断回调函数,接收中断事件,并负责向上一级程序发送中断消息。接口程序以输出函数形式提供接口,具有一定的通用性。

5.3采用光纤反射内存进行数据通讯

半实物仿真系统采用VMIC5587光纤反射内存板组成网络。在总控制台两台计算机、专用仿真计算机、转台计算机以及目标信号源和无线电修正信号源等设备的计算机中均接人反射内存板,用光纤连接各反射内存板,从而将系统闭台。光纤反射内存板提供一个内存地址范围供数据使用。在软件设计过程中,对仿真系统各设备计算机之间需要交换的数据进行了地址分配,对这些数据的接收和发送只需对内存板相应地址进行读写操作即可。由参试设备的计算机发送出的数据将自动保存在反射内存网指定地址,只要不对该地址进行写数据操作,数据就不会丢失。各设备计算机可按照各自的帧周期进行数据读取,而不需同步。通过对光纤反射内存的测试表明,5587光纤反射内存在WindowsNT下的网络传输速度可达29.5h妨|e,B,总控制台计算机与专用仿真计算机之间的数据通讯可在0.2∞内完成,且不丢失数据,完全满足了仿真试验对数据通讯的各项要求。

6结束语

某雷达型导弹制导系统半实物仿真总控软件对半实物仿真试验过程和各参试设备进行了统一的调度管理。标准Windows风格的界面设计使得操作起来十分方便灵活,在提高仿真试验的效率及试验的可靠性等方面都能发挥重要作用。软件设计所采用的面向对象的可视化设计方法及动态链接库的使用,使得软件功能的扩展十分容易,对于其它的交互式多任务系统也可方便地进行移植。同时,光纤反射内存的使用也为其它控制系统的设计提供了一种新的数据通讯方法。

参考文献

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