專利名稱：一種實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型聯(lián)合試驗(yàn)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)的系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，屬于虛擬試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著政治、經(jīng)濟(jì)等因素的制約和軍事發(fā)展的需要，在國防工業(yè)領(lǐng)域中，進(jìn)行虛擬試驗(yàn)技術(shù)的研究變得越來越重要。虛擬試驗(yàn)是利用計(jì)算機(jī)建模仿真技術(shù)結(jié)合測試技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為武器裝備的性能試驗(yàn)、技術(shù)指標(biāo)考核、綜合效能評(píng)估開發(fā)的一種試驗(yàn)新技術(shù)。虛擬試驗(yàn)正朝著“虛實(shí)結(jié)合”和“綜合集成”的方向發(fā)展。將實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型集成起來進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)現(xiàn)已成為虛擬試驗(yàn)中“虛實(shí)結(jié)合”的有效手段。美國國防部提出的高層體系結(jié)構(gòu)(High Level Architecture，簡稱HLA)標(biāo)準(zhǔn)很好的解決了虛擬試驗(yàn)中 “虛”模型(數(shù)學(xué)模型)之間的集成問題。而HLA在實(shí)時(shí)性方面有所欠缺，不能滿足實(shí)物仿真或半實(shí)物仿真的實(shí)時(shí)性需求。實(shí)時(shí)共享內(nèi)存網(wǎng)能很好的解決該問題，很好的滿足實(shí)時(shí)性需求。秦大國等人的“一種基于雙橋接器的分布仿真跨協(xié)議互連方法”(系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)) 解決了分布交互仿真(Distributed Interactive Simulation，簡稱DIS)和HLA的互連互通問題。但DIS和HLA都不能很好的滿足實(shí)時(shí)性需求。袁丹的“分布式實(shí)時(shí)仿真中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)擴(kuò)展的研究與實(shí)現(xiàn)”(洪都科技)解決了 SBS與VMIC互連互通的問題。雖然SBS和VMIC 能很好的滿足實(shí)時(shí)性需求，但其可擴(kuò)展性及互操作性不及HLA。本發(fā)明通過實(shí)時(shí)共享內(nèi)存網(wǎng) (反射內(nèi)存網(wǎng))將實(shí)物設(shè)備或半實(shí)物設(shè)備相連；通過HLA將各數(shù)學(xué)模型進(jìn)行集成；再將實(shí)時(shí)共享內(nèi)存網(wǎng)與HLA互連搭建虛擬試驗(yàn)進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)。本發(fā)明既能滿足實(shí)物或半實(shí)物仿真的實(shí)時(shí)性需求，又具有復(fù)用性、可擴(kuò)展性和互操作性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)的系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，該系統(tǒng)與方法解決了試驗(yàn)系統(tǒng)中實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型的交互問題，以及數(shù)學(xué)模型與數(shù)學(xué)模型和實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型的集成方法與推進(jìn)問題。本發(fā)明的技術(shù)方案一種實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型聯(lián)合試驗(yàn)系統(tǒng)，基于HLA/RTI的模型包裝器將具有統(tǒng)一接口的各數(shù)學(xué)模型集成；橋接器將實(shí)物設(shè)備與各數(shù)學(xué)模型連通并負(fù)責(zé)整個(gè)試驗(yàn)的實(shí)時(shí)時(shí)間推進(jìn)?；趯?shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型的聯(lián)合試驗(yàn)系統(tǒng)及方法的特征包括數(shù)學(xué)模型、實(shí)物設(shè)備、模型包裝器、橋接器及可視化節(jié)點(diǎn)；其中所述各數(shù)學(xué)模型具有統(tǒng)一接口 ；所述模型包裝器將具有統(tǒng)一接口的各數(shù)學(xué)模型集成模型包裝器作為一個(gè)聯(lián)邦成員加入到聯(lián)邦中，公布數(shù)學(xué)模型需要輸出的信息，訂購數(shù)學(xué)模型需要輸入的信息，循環(huán)調(diào)用數(shù)學(xué)模型的接口傳遞數(shù)學(xué)模型的數(shù)據(jù)；同時(shí)調(diào)用RTI網(wǎng)的服務(wù)接口將數(shù)學(xué)模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到RTI網(wǎng)上與其它數(shù)學(xué)模型對(duì)應(yīng)的包裝器進(jìn)行交互；所述橋接器由實(shí)物設(shè)備代理模塊和時(shí)間管理模塊組成；橋接器的實(shí)物設(shè)備代理模塊和模型包裝器將實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行互連橋接器的實(shí)物設(shè)備代理模塊作為聯(lián)邦成員加入到整個(gè)試驗(yàn)的聯(lián)邦中，公布實(shí)物設(shè)備需要輸出的信息，并讀取實(shí)時(shí)共享內(nèi)存網(wǎng) (VMIC)上的實(shí)物設(shè)備數(shù)據(jù)，通過RTI網(wǎng)的服務(wù)接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到RTI網(wǎng)上與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行交互；所述橋接器的時(shí)間管理模塊引入優(yōu)先級(jí)隊(duì)列對(duì)試驗(yàn)中的時(shí)間進(jìn)行管理整個(gè)試驗(yàn)的時(shí)間按照實(shí)物設(shè)備的物理時(shí)間進(jìn)行推進(jìn)；各模型包裝器推進(jìn)時(shí)，讀取時(shí)間管理模塊發(fā)送的時(shí)鐘，如果時(shí)間達(dá)到模型所請(qǐng)求的時(shí)間，模型包裝器調(diào)用數(shù)學(xué)模型的接口進(jìn)行推進(jìn)，推進(jìn)一步完成后將數(shù)學(xué)模型下一步的請(qǐng)求時(shí)間發(fā)送給時(shí)間管理模塊，時(shí)間管理模塊讀取實(shí)物設(shè)備的物理時(shí)鐘并存儲(chǔ)在系統(tǒng)時(shí)間隊(duì)列中，同時(shí)將收到的各數(shù)學(xué)模型的請(qǐng)求時(shí)間存儲(chǔ)在請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中；時(shí)間管理模塊發(fā)送時(shí)間時(shí)，讀取物理時(shí)鐘，并判斷優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中是否有請(qǐng)求時(shí)間，如果有則當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間推進(jìn)到該時(shí)間點(diǎn)時(shí)將該請(qǐng)求時(shí)間發(fā)送給各數(shù)學(xué)模型；所述模型包裝器和橋接器利用可視化接口將試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)送給可視化節(jié)點(diǎn)進(jìn)行顯示模型包裝器和橋接器的實(shí)物設(shè)備代理模塊啟動(dòng)時(shí)公布相應(yīng)的對(duì)象類和交互類，可視化節(jié)點(diǎn)訂購對(duì)應(yīng)的對(duì)象類和交互類；運(yùn)行時(shí)模型包裝器和實(shí)物設(shè)備代理模塊將需要可視化的數(shù)據(jù)分別以對(duì)象類和交互類的形式發(fā)送給可視化節(jié)點(diǎn)，可視化節(jié)點(diǎn)利用二維或三維可視化技術(shù)進(jìn)行顯示。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果(1)具有“虛實(shí)結(jié)合”能力。實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型能進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)，解決了實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型的互連互通問題。實(shí)物設(shè)備能在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行驗(yàn)證，虛擬的數(shù)學(xué)模型能同實(shí)物設(shè)備進(jìn)行交互以驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型的正確性。(2)通過基于HLA/RTI的模型包裝器將數(shù)學(xué)模型集成，各模型通過模型包裝器的包裝都以聯(lián)邦成員加入試驗(yàn)，整個(gè)系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性。(3)各數(shù)學(xué)模型采用統(tǒng)一的接口編寫，編寫的模型通過通用的模型包裝器包裝后加入試驗(yàn)，不同的試驗(yàn)可以多次利用同一數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型具有較好的復(fù)用性。(4)通過實(shí)時(shí)共享內(nèi)存網(wǎng)將實(shí)物設(shè)備互連，能保證實(shí)物仿真或半實(shí)物仿真所需的實(shí)時(shí)性。系統(tǒng)的時(shí)間推進(jìn)按照實(shí)物設(shè)備的物理時(shí)鐘推進(jìn)，使聯(lián)合試驗(yàn)具備實(shí)時(shí)性。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的模型包裝器實(shí)現(xiàn)圖；圖3為本發(fā)明的實(shí)物設(shè)備代理模塊實(shí)現(xiàn)圖；圖4為本發(fā)明的實(shí)物設(shè)備代理模塊中的數(shù)據(jù)讀取模塊實(shí)現(xiàn)圖；圖5為本發(fā)明的實(shí)物設(shè)備代理模塊中的仿真模塊實(shí)現(xiàn)圖；圖6為本發(fā)明的時(shí)間管理模塊實(shí)現(xiàn)圖；圖7為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明的系統(tǒng)由數(shù)學(xué)模型、模型包裝器、實(shí)物設(shè)備、橋接器、可視化節(jié)點(diǎn)等組成。各數(shù)學(xué)模型經(jīng)模型包裝器通過通信中間件(本系統(tǒng)采用的是HLA標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn) RTI)與其它模型和橋接器互連。各實(shí)物設(shè)備和實(shí)物設(shè)備代理通過實(shí)時(shí)共享內(nèi)存網(wǎng)互連，本發(fā)明的實(shí)時(shí)共享內(nèi)存網(wǎng)采用的是VMIC反射內(nèi)存網(wǎng)。實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型通過橋接器互連。 橋接器由實(shí)物設(shè)備代理和時(shí)間管理模塊組成。實(shí)物設(shè)備代理讀取實(shí)物設(shè)備的物理時(shí)鐘并傳給時(shí)間管理模塊；讀取實(shí)物設(shè)備的數(shù)據(jù)并發(fā)送給訂購此數(shù)據(jù)的其它數(shù)學(xué)模型的包裝器，由包裝器調(diào)用模型的接口傳遞給模型。模型包裝器和實(shí)物設(shè)備代理將需要可視化的數(shù)據(jù)通過可視化接口發(fā)送給可視化節(jié)點(diǎn)。可視化接口是基于HLA的一些對(duì)象類和交互類。本發(fā)明中的數(shù)學(xué)模型按照統(tǒng)一的接口編寫。統(tǒng)一的模型接口包含5個(gè)，能對(duì)模型進(jìn)行初始化；輸入輸出模型的事件、時(shí)間和數(shù)據(jù)；輸出模型需輸出的調(diào)試信息等。具體的接口定義如下(其中IN和OUT表示參數(shù)類型，IN代表輸入?yún)?shù)，OUT代表輸出參數(shù)，IN和OUT 后面為參數(shù)名)(1)初始化接口 hitModel(IN initFile)對(duì)模型進(jìn)行初始化，可以給模型指定初始化文件initFile，模型讀取初始化文件對(duì)模型進(jìn)行初始設(shè)置。(2)接收事件接口 Receivelnteraction (IN t，IN interaction)輸入模型接收到的事件，參數(shù)t為接收到事件時(shí)的時(shí)間點(diǎn)，interaction為收到的事件數(shù)據(jù)。(3)發(fā)送事件接口 kndlnteraction(IN t，0UT interaction)輸出模型要輸出的事件，參數(shù)t為發(fā)送事件時(shí)的時(shí)間點(diǎn)，interaction為模型要輸出的事件數(shù)據(jù)。(4)推進(jìn)接口 Gc^t印(IN&&0UT t，IN in0bjs，0UT outObj)模型推進(jìn)一步，參數(shù) t 在接口被調(diào)用前為輸入?yún)?shù)，傳入推進(jìn)時(shí)的時(shí)間點(diǎn)，調(diào)用后為輸出參數(shù)，值為下一時(shí)刻請(qǐng)求推進(jìn)的時(shí)間點(diǎn)；inObjs為模型需要的其它模型數(shù)據(jù)(可以為一個(gè)模型的數(shù)據(jù)，也可為多個(gè)模型的數(shù)據(jù))；outObj為該模型的輸出數(shù)據(jù)。(5)查看調(diào)試信息接口 DebugMessage (OUT message)調(diào)用此接口可以輸出模型內(nèi)部的輸出信息，可以查看模型的內(nèi)部運(yùn)行情況和調(diào)試模型，message為模型的輸出信息。
本發(fā)明中的模型包裝器對(duì)上述具有統(tǒng)一接口的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行包裝，調(diào)用模型的各接口并通過通信中間件的服務(wù)接口負(fù)責(zé)模型與其它模型的信息傳遞，其實(shí)現(xiàn)方式如圖2所示。首先解析模型的想定文件，得到模型的基本信息包括模型名、模型初始化文件，模型文件的路徑和模型與其它模型的公布訂購關(guān)系。根據(jù)模型的路徑加載模型動(dòng)態(tài)鏈接庫，調(diào)用初始化接口 MitModel初始化模型，調(diào)用RTI網(wǎng)的服務(wù)接口(即HLA服務(wù)接口)創(chuàng)建聯(lián)邦，加入聯(lián)邦。根據(jù)解析想定得到的信息公布和訂購相應(yīng)的對(duì)象類和交互類，注冊(cè)對(duì)象實(shí)例。包裝器將時(shí)間管理模塊發(fā)送的時(shí)間用隊(duì)列存儲(chǔ)，判斷時(shí)間是否推進(jìn)時(shí)先判斷隊(duì)列中是否有時(shí)間，如果有則比較模型的申請(qǐng)時(shí)間是否和當(dāng)前推進(jìn)時(shí)間匹配，如果匹配則判斷模型是否收到其它模型的事件(模型的事件用通信中間件的交互類來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)模型收到其它模型發(fā)送的交互類時(shí)，中間件會(huì)調(diào)用回調(diào)函數(shù)通知)，如果有交互類輸入調(diào)用接收事件接口 Receivelnteraction將交互類數(shù)據(jù)傳遞給模型。接下來調(diào)用推進(jìn)接口 Gc^t印讓模型計(jì)算向前推進(jìn)，并通過該接口返回下一個(gè)請(qǐng)求時(shí)間點(diǎn)和模型推進(jìn)一步后的輸出數(shù)據(jù)。并通過HLA 服務(wù)接口將請(qǐng)求時(shí)間發(fā)送給時(shí)間管理模塊，將模型的輸出數(shù)據(jù)發(fā)送給其它模型和可視化節(jié)點(diǎn)。接著調(diào)用模型發(fā)送事件接口 Sendlnteraction判斷有無交互類輸出，如果有則調(diào)用RTI 服務(wù)接口將交互類發(fā)送給其它模型。調(diào)用模型的每個(gè)接口后可以調(diào)用查看調(diào)試信息接口DebugMessage查看模型輸出的調(diào)試信息。最后判斷試驗(yàn)是否結(jié)束，如果沒有結(jié)束，則繼續(xù)判斷時(shí)間推進(jìn)；如果結(jié)束，則退出和銷毀聯(lián)邦。本發(fā)明的橋接器由實(shí)物設(shè)備代理和時(shí)間管理模塊組成。實(shí)物設(shè)備代理負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)物設(shè)備的數(shù)據(jù)給數(shù)學(xué)模型，它由數(shù)據(jù)讀取模塊和仿真模塊組成，數(shù)據(jù)讀取模塊讀取實(shí)物設(shè)備的數(shù)據(jù)；仿真模塊將讀取到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去。實(shí)物設(shè)備代理實(shí)現(xiàn)方式如圖3所示，首先解析想定文件得到代理的實(shí)物設(shè)備與其它模型的關(guān)系和整個(gè)試驗(yàn)的基本信息，接著創(chuàng)建聯(lián)邦，加入聯(lián)邦，公布訂購相應(yīng)的對(duì)象類和交互類，發(fā)送初始化交互類給可視化節(jié)點(diǎn)，接著啟動(dòng)數(shù)據(jù)讀取模塊和仿真模塊。為了提高并發(fā)能力，數(shù)據(jù)讀取模塊為單獨(dú)的一個(gè)線程。數(shù)據(jù)讀取模塊的實(shí)現(xiàn)方式如圖4所示。線程啟動(dòng)后先打開VMIC板塊并對(duì)板塊進(jìn)行初始化。接下來輪詢標(biāo)志位，查看實(shí)物設(shè)備是否有新的數(shù)據(jù)，如果有則讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)重置標(biāo)志位。讀取的數(shù)據(jù)分為兩類，一類為實(shí)物設(shè)備的物理時(shí)鐘，另一類為物理設(shè)備在各時(shí)間點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀取模塊存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)采用兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)。物理時(shí)鐘采用隊(duì)列存儲(chǔ)稱為系統(tǒng)時(shí)間隊(duì)列，各時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)采用索引存儲(chǔ)，這樣便于仿真模塊在時(shí)間推進(jìn)時(shí)以常數(shù)時(shí)間取得實(shí)物設(shè)備的數(shù)據(jù)。仿真模塊的實(shí)現(xiàn)方式如圖5所示。開始時(shí)如果聯(lián)邦不存在則創(chuàng)建聯(lián)邦，接著加入聯(lián)邦，給可視化節(jié)點(diǎn)發(fā)送初始化交互類，讓三維可視化節(jié)點(diǎn)完成初始化工作。時(shí)間管理模塊判斷是否推進(jìn)，如果推進(jìn)則從索引中取實(shí)物設(shè)備的新數(shù)據(jù)發(fā)送給其它模型和可視化節(jié)點(diǎn)。 檢測實(shí)物設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)判斷是否有事件發(fā)出，如果有則發(fā)送交互類給其它模型并發(fā)送表現(xiàn)交互類給三維可視化節(jié)點(diǎn)讓其顯示效果；最后判斷試驗(yàn)是否結(jié)束，如果結(jié)束則退出聯(lián)邦， 銷毀聯(lián)邦。時(shí)間管理模塊讀取數(shù)據(jù)讀取模塊的系統(tǒng)時(shí)間隊(duì)列，收取各模型包裝器發(fā)送的時(shí)間請(qǐng)求，并將各時(shí)間點(diǎn)存儲(chǔ)在優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中稱為請(qǐng)求隊(duì)列。判斷是否推進(jìn)的流程如圖6所示。 首先判斷請(qǐng)求隊(duì)列是否為空，如果不為空則判斷系統(tǒng)時(shí)間隊(duì)列是否為空，如果不為空，則表明實(shí)物設(shè)備開始推進(jìn)和各數(shù)學(xué)模型已經(jīng)開始請(qǐng)求時(shí)間。接著取出系統(tǒng)時(shí)間和請(qǐng)求時(shí)間，請(qǐng)求時(shí)間是存儲(chǔ)在優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中，這樣能保證每次取出的請(qǐng)求時(shí)間為最小值，時(shí)間推進(jìn)按照每個(gè)模型的最小步長推進(jìn)。判斷該請(qǐng)求時(shí)間點(diǎn)之前是否已經(jīng)發(fā)送過，如果已發(fā)送，則請(qǐng)求時(shí)間隊(duì)列出隊(duì)。如果未發(fā)送判斷系統(tǒng)時(shí)間是否大于等于請(qǐng)求時(shí)間，如果是則推進(jìn)當(dāng)前請(qǐng)求時(shí)間點(diǎn)。如果請(qǐng)求隊(duì)列為空而系統(tǒng)時(shí)間隊(duì)列不為空，則推進(jìn)當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間點(diǎn)?？梢暬涌跒橐恍?duì)象類和交互類的集合。模型包裝器和實(shí)物設(shè)備代理的仿真模塊公布這些對(duì)象類和交互類，三維可視化節(jié)點(diǎn)訂購這些對(duì)象類和交互類。數(shù)學(xué)模型和實(shí)物設(shè)備的數(shù)據(jù)信息如坐標(biāo)和姿態(tài)信息等通過RTI以對(duì)象類的形式傳輸給可視化節(jié)點(diǎn)；數(shù)學(xué)模型和實(shí)物設(shè)備的事件信息如分離和爆炸等信息通過RTI以交互類的形式傳輸給可視化節(jié)點(diǎn)。根據(jù)需要，可以定義多個(gè)對(duì)象類，每個(gè)對(duì)象類的屬性可以自定義，但需和可視化節(jié)點(diǎn)定義的對(duì)象類一致。交互類只定義一個(gè)，為了通用，交互類的參數(shù)只設(shè)置一個(gè)，RTI傳輸時(shí)，具體的傳輸內(nèi)容(如包含事件類型和與事件相關(guān)的數(shù)據(jù))通過此參數(shù)傳遞。本發(fā)明的整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行過程如圖7所示，開始時(shí)可視化節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)，各部署模型包裝器和實(shí)物設(shè)備代理的節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)。實(shí)物設(shè)備代理和模型包裝器給可視化節(jié)點(diǎn)發(fā)送初始化交互類，可視化節(jié)點(diǎn)初始化各實(shí)體，等待試驗(yàn)開始。實(shí)物設(shè)備開始運(yùn)作后，將物理時(shí)間和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)寫入實(shí)時(shí)共享內(nèi)存網(wǎng)。實(shí)物設(shè)備代理的數(shù)據(jù)讀取模塊讀取時(shí)間和設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。時(shí)間管理模塊讀取緩存的物理時(shí)間，向各模型包裝器發(fā)送時(shí)間并接收反饋的請(qǐng)求時(shí)間以優(yōu)先級(jí)隊(duì)列存儲(chǔ)，同時(shí)將仿真時(shí)間發(fā)送給可視化節(jié)點(diǎn)。實(shí)物設(shè)備代理將實(shí)物的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送給模型包裝器，各模型包裝器循環(huán)調(diào)用數(shù)學(xué)模型的各個(gè)接口進(jìn)行推進(jìn)，將實(shí)物設(shè)備數(shù)據(jù)傳遞給各模型，并得到模型的輸出數(shù)據(jù)再傳輸給其它模型。同時(shí)將模型的請(qǐng)求時(shí)間發(fā)送給時(shí)間管理器。此過程中，實(shí)物設(shè)備代理和模型包裝器將要可視化的數(shù)據(jù)和效果通過可視化接口發(fā)送給可視化節(jié)點(diǎn)，可視化節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維顯示。如此迭代，以實(shí)物設(shè)備的時(shí)間和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)整個(gè)試驗(yàn)的運(yùn)行，直到試驗(yàn)結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)的系統(tǒng)，其特征在于包括數(shù)學(xué)模型、實(shí)物設(shè)備、模型包裝器、橋接器及可視化節(jié)點(diǎn)；其中所述各數(shù)學(xué)模型具有統(tǒng)一接口；所述模型包裝器將具有統(tǒng)一接口的各數(shù)學(xué)模型集成模型包裝器作為一個(gè)聯(lián)邦成員加入到聯(lián)邦中，公布數(shù)學(xué)模型需要輸出的信息，訂購數(shù)學(xué)模型需要輸入的信息，循環(huán)調(diào)用數(shù)學(xué)模型的接口傳遞數(shù)學(xué)模型的數(shù)據(jù)；同時(shí)調(diào)用RTI網(wǎng)的服務(wù)接口將數(shù)學(xué)模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到 RTI網(wǎng)上與其它數(shù)學(xué)模型對(duì)應(yīng)的包裝器進(jìn)行交互；所述橋接器由實(shí)物設(shè)備代理模塊和時(shí)間管理模塊組成；橋接器的實(shí)物設(shè)備代理模塊和模型包裝器將實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行互連橋接器的實(shí)物設(shè)備代理模塊作為聯(lián)邦成員加入到整個(gè)試驗(yàn)的聯(lián)邦中，公布實(shí)物設(shè)備需要輸出的信息，并讀取實(shí)時(shí)共享內(nèi)存網(wǎng)(VMIC)上的實(shí)物設(shè)備數(shù)據(jù)，通過RTI網(wǎng)的服務(wù)接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到RTI網(wǎng)上與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行交互；所述橋接器的時(shí)間管理模塊引入優(yōu)先級(jí)隊(duì)列對(duì)試驗(yàn)中的時(shí)間進(jìn)行管理整個(gè)試驗(yàn)的時(shí)間按照實(shí)物設(shè)備的物理時(shí)鐘進(jìn)行推進(jìn)；各模型包裝器推進(jìn)時(shí)，讀取時(shí)間管理模塊發(fā)送的時(shí)鐘，如果時(shí)間達(dá)到數(shù)學(xué)模型所請(qǐng)求的時(shí)間，模型包裝器調(diào)用數(shù)學(xué)模型的接口進(jìn)行推進(jìn)，推進(jìn)一步完成后將數(shù)學(xué)模型下一步的請(qǐng)求時(shí)間發(fā)送給時(shí)間管理模塊，時(shí)間管理模塊讀取實(shí)物設(shè)備的物理時(shí)鐘并存儲(chǔ)在系統(tǒng)時(shí)間隊(duì)列中，同時(shí)將收到的各數(shù)學(xué)模型的請(qǐng)求時(shí)間存儲(chǔ)在請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中；時(shí)間管理模塊發(fā)送時(shí)間時(shí)，讀取物理時(shí)鐘，并判斷優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中是否有請(qǐng)求時(shí)間，如果有則當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間推進(jìn)到該時(shí)間點(diǎn)時(shí)將該請(qǐng)求時(shí)間發(fā)送給各數(shù)學(xué)模型；所述模型包裝器和橋接器利用可視化接口將試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)送給可視化節(jié)點(diǎn)進(jìn)行顯示模型包裝器和橋接器的實(shí)物設(shè)備代理模塊啟動(dòng)時(shí)公布相應(yīng)的對(duì)象類和交互類，可視化節(jié)點(diǎn)訂購對(duì)應(yīng)的對(duì)象類和交互類；運(yùn)行時(shí)模型包裝器和實(shí)物設(shè)備代理模塊將需要可視化的數(shù)據(jù)分別以對(duì)象類和交互類的形式發(fā)送給可視化節(jié)點(diǎn)進(jìn)行顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)的系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)學(xué)模型統(tǒng)一接口至少包括5個(gè)，能對(duì)模型進(jìn)行初始化；接收事件；發(fā)送事件；推進(jìn)和查看調(diào)試信息，具體的接口定義如下，其中IN和OUT表示參數(shù)類型，IN代表輸入?yún)?shù)，OUT代表輸出參數(shù)，IN和OUT后面為參數(shù)名(1)初始化接口hitModel(IN initFile):用于對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行初始化，給數(shù)學(xué)模型指定初始化文件initFile，數(shù)學(xué)模型讀取初始化文件對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行初始設(shè)置；(2)接收事件接口Receivelnteraction (IN t，IN interaction)用于輸入數(shù)學(xué)模型接收到的事件，其中包括參數(shù)t為接收到事件時(shí)的時(shí)間點(diǎn)；interaction為收到的事件數(shù)據(jù)；(3)發(fā)送事件接口Sendlnteraction(IN t, OUT interaction)用于輸出數(shù)學(xué)模型要輸出的事件，包括參數(shù)t為發(fā)送事件時(shí)的時(shí)間點(diǎn)，interaction為數(shù)學(xué)模型要輸出的事件數(shù)據(jù)；(4)推進(jìn)接口Gc^t印(IN&&0UT t, IN inObjs, OUT outObj)用于數(shù)學(xué)模型推進(jìn)一步， 參數(shù)t在接口被調(diào)用前為輸入?yún)?shù)，傳入推進(jìn)時(shí)的時(shí)間點(diǎn)，調(diào)用后為輸出參數(shù)，值為下一時(shí)刻請(qǐng)求推進(jìn)的時(shí)間點(diǎn)；inObjs為數(shù)學(xué)模型需要的其它數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)；outObj為該數(shù)學(xué)模型的輸出數(shù)據(jù)；(5)查看調(diào)試信息接口DebugMessage (OUT message)調(diào)用此接口可以輸出數(shù)學(xué)模型內(nèi)部的輸出信息，用于查看數(shù)學(xué)模型的內(nèi)部運(yùn)行情況和調(diào)試模型，message為數(shù)學(xué)模型的輸出fn息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)的系統(tǒng)，其特征在于 所述模型包裝器的實(shí)現(xiàn)為首先解析數(shù)學(xué)模型的想定文件，得到數(shù)學(xué)模型的基本信息、數(shù)學(xué)模型文件的路徑和數(shù)學(xué)模型與其它數(shù)學(xué)模型的公布訂購關(guān)系，根據(jù)數(shù)學(xué)模型的路徑加載數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)鏈接庫，調(diào)用初始化接口 ^iitModel初始化數(shù)學(xué)模型，調(diào)用RTI網(wǎng)的服務(wù)接口創(chuàng)建聯(lián)邦，加入聯(lián)邦，根據(jù)解析想定文件得到的信息公布和訂購相應(yīng)的對(duì)象類和交互類，注冊(cè)對(duì)象實(shí)例；將時(shí)間管理模塊發(fā)送的時(shí)間用隊(duì)列存儲(chǔ)，判斷時(shí)間是否推進(jìn)時(shí)先判斷隊(duì)列中是否有時(shí)間，如果有則比較數(shù)學(xué)模型的申請(qǐng)時(shí)間是否和當(dāng)前推進(jìn)時(shí)間匹配，如果匹配則判斷數(shù)學(xué)模型是否收到其它數(shù)學(xué)模型的事件，如果有交互類輸入調(diào)用接收事件接口 Receivelnteraction將交互類數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)學(xué)模型，接下來調(diào)用推進(jìn)接口 Gc^t印讓數(shù)學(xué)模型計(jì)算向前推進(jìn)，并通過該接口返回下一個(gè)請(qǐng)求時(shí)間點(diǎn)和數(shù)學(xué)模型推進(jìn)一步后的輸出數(shù)據(jù)，并通過RTI網(wǎng)的服務(wù)接口將請(qǐng)求時(shí)間發(fā)送給時(shí)間管理模塊，將數(shù)學(xué)模型的輸出數(shù)據(jù)發(fā)送給其它數(shù)學(xué)模型和可視化節(jié)點(diǎn)；接著調(diào)用發(fā)送事件接口 Sendlnteraction判斷有無交互類輸出，如果有則調(diào)用RTI網(wǎng)的服務(wù)接口將交互類發(fā)送給其它模型；調(diào)用數(shù)學(xué)模型的接口后可以調(diào)用查看調(diào)試信息接口 DebugMessage查看模型輸出的調(diào)試信息；最后判斷試驗(yàn)是否結(jié)束，如果沒有結(jié)束，繼續(xù)判斷時(shí)間推進(jìn)，如果結(jié)束，則退出和銷毀聯(lián)邦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)的系統(tǒng)，其特征在于所述實(shí)物設(shè)備代理模塊由數(shù)據(jù)讀取模塊和仿真模塊組成，數(shù)據(jù)讀取模塊讀取實(shí)物設(shè)備的數(shù)據(jù)，仿真模塊將讀取到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去；所述數(shù)據(jù)讀取模塊的實(shí)現(xiàn)方式為首先對(duì)實(shí)時(shí)共享內(nèi)存網(wǎng)進(jìn)行初始化；然后輪詢標(biāo)志位，查看實(shí)物設(shè)備是否有新的數(shù)據(jù)，如果有則讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)重置標(biāo)志位；讀取的數(shù)據(jù)分為兩類，一類為實(shí)物設(shè)備的物理時(shí)鐘，另一類為物理設(shè)備在各時(shí)間點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)讀取模塊存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)采用兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)，物理時(shí)鐘采用隊(duì)列存儲(chǔ)稱為系統(tǒng)時(shí)間隊(duì)列，各時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)采用索引存儲(chǔ)；所述仿真模塊的實(shí)現(xiàn)方式為開始時(shí)如果聯(lián)邦不存在則創(chuàng)建聯(lián)邦，接著加入聯(lián)邦，給可視化節(jié)點(diǎn)發(fā)送初始化交互類，完成實(shí)物設(shè)備的初始化工作；時(shí)間管理模塊判斷是否推進(jìn)，如果推進(jìn)則從索引中取實(shí)物設(shè)備的新數(shù)據(jù)發(fā)送給其它數(shù)學(xué)模型和可視化節(jié)點(diǎn)；檢測實(shí)物設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)判斷是否有事件發(fā)出，如果有則發(fā)送交互類給其它數(shù)學(xué)模型并發(fā)送表現(xiàn)交互類給可視化節(jié)點(diǎn)讓其顯示效果；最后判斷試驗(yàn)是否結(jié)束，如果結(jié)束則退出聯(lián)邦，銷毀聯(lián)邦。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)的系統(tǒng)，其特征在于所述時(shí)間管理模塊的實(shí)現(xiàn)為首先判斷請(qǐng)求隊(duì)列是否為空，如果不為空，則判斷系統(tǒng)時(shí)間隊(duì)列是否為空；如果不為空，則表明實(shí)物設(shè)備開始推進(jìn)和各數(shù)學(xué)模型已經(jīng)開始請(qǐng)求時(shí)間；然后取出系統(tǒng)時(shí)間和請(qǐng)求時(shí)間，請(qǐng)求時(shí)間是存儲(chǔ)在優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中，這樣能保證每次取出的請(qǐng)求時(shí)間為最小值，時(shí)間推進(jìn)按照每個(gè)模型的最小步長推進(jìn)；接著判斷該請(qǐng)求時(shí)間點(diǎn)之前是否已經(jīng)發(fā)送過，如果已發(fā)送，則請(qǐng)求時(shí)間隊(duì)列出隊(duì)；如果未發(fā)送，則判斷系統(tǒng)時(shí)間是否大于等于請(qǐng)求時(shí)間；如果是，則推進(jìn)當(dāng)前請(qǐng)求時(shí)間點(diǎn)；如果請(qǐng)求隊(duì)列為空而系統(tǒng)時(shí)間隊(duì)列不為空， 則推進(jìn)當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間點(diǎn)。
6.一種實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)的方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)步驟如下(1)開始時(shí)可視化節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)，各部署模型包裝器和實(shí)物設(shè)備代理模塊的節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)，實(shí)物設(shè)備代理模塊和模型包裝器給可視化節(jié)點(diǎn)發(fā)送初始化交互類，可視化節(jié)點(diǎn)初始化各實(shí)體，等待試驗(yàn)開始；(2)實(shí)物設(shè)備開始運(yùn)作后，將物理時(shí)間和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)寫入實(shí)時(shí)共享內(nèi)存網(wǎng)，實(shí)物設(shè)備代理模塊讀取時(shí)間和設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存；時(shí)間管理模塊讀取緩存的物理時(shí)間，向各模型包裝器發(fā)送時(shí)間并接收反饋的請(qǐng)求時(shí)間以優(yōu)先級(jí)隊(duì)列存儲(chǔ)，同時(shí)將試驗(yàn)時(shí)間發(fā)送給可視化節(jié)點(diǎn)；實(shí)物設(shè)備代理將實(shí)物的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送給模型包裝器；(3)各模型包裝器循環(huán)調(diào)用數(shù)學(xué)模型的各個(gè)接口進(jìn)行推進(jìn)，將實(shí)物設(shè)備數(shù)據(jù)傳遞給各數(shù)學(xué)模型，并得到數(shù)學(xué)模型的輸出數(shù)據(jù)再傳輸給其它數(shù)學(xué)模型；同時(shí)將數(shù)學(xué)模型的請(qǐng)求時(shí)間發(fā)送給時(shí)間管理器；此過程中，實(shí)物設(shè)備代理和模型包裝器將要可視化的數(shù)據(jù)和效果通過可視化接口發(fā)送給可視化節(jié)點(diǎn)；(4)可視化節(jié)點(diǎn)進(jìn)行顯示；如此迭代，以實(shí)物設(shè)備的時(shí)間和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)整個(gè)試驗(yàn)的運(yùn)行， 直到試驗(yàn)結(jié)束。
全文摘要
一種實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)的系統(tǒng)由數(shù)學(xué)模型、模型包裝器、實(shí)物設(shè)備、橋接器、可視化節(jié)點(diǎn)組成；數(shù)學(xué)模型經(jīng)模型包裝器通過通信中間件與其它模型和橋接器互連；各實(shí)物設(shè)備和實(shí)物設(shè)備代理通過實(shí)時(shí)共享內(nèi)存網(wǎng)互連；橋接器由實(shí)物設(shè)備代理和時(shí)間管理模塊組成；實(shí)物設(shè)備代理讀取實(shí)物設(shè)備的物理時(shí)鐘并傳給時(shí)間管理模塊；讀取實(shí)物設(shè)備的數(shù)據(jù)并發(fā)送給訂購此數(shù)據(jù)的其它數(shù)學(xué)模型的包裝器，由包裝器調(diào)用模型的接口傳遞給模型。模型包裝器和實(shí)物設(shè)備代理將需要可視化的數(shù)據(jù)通過可視化接口發(fā)送給可視化節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明解決了試驗(yàn)系統(tǒng)中實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型的交互問題，以及數(shù)學(xué)模型與數(shù)學(xué)模型和實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型的集成方法與推進(jìn)問題。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102289552SQ20111026832
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者冷傳航, 廖建, 廖馨, 張灝龍, 彭健, 李貴成 申請(qǐng)人:中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院