基于光纖反射內存網的集成仿真系統動態數據關聯方法

劉生東，劉佳琪，趙 政，楊金鵬，伍梅仙

（北京航天長征飛行器研究所，北京，100076）

基于光纖反射內存網的集成仿真系統動態數據關聯方法

劉生東，劉佳琪，趙 政，楊金鵬，伍梅仙

（北京航天長征飛行器研究所，北京，100076）

仿真與試驗系統集成面臨的最主要問題是不同試驗與仿真系統之間在時間、數據和結構三方面的異構性。針對系統集成過程中的數據關聯問題，提出基于數據關系矩陣的動態數據關聯方法，并設計了該方法的應用流程，在綜合集成平臺的應用中得到良好的應用效果。

光纖反射內存網；集成仿真；動態數據關聯

0 引 言

隨著航天飛行器越來越復雜，功能越來越多，在研制過程中，除了采用數學仿真進行性能評估外[1,2]，人們越來越多地采用半實物仿真技術進行參數優化、方案優選、性能評估，既節省經費和研制周期也提高了產品設計的可靠性，并同時利用數學仿真與半實物仿真相結合的方法進行性能評估[3]。

在導彈攻防仿真與評估領域，電子對抗環節效能評估的有效性是影響整個導彈攻防過程評估結果的關鍵[4]。隨著美國導彈防御系統的不斷發展，在基于網絡中心戰指導思想的影響下，雷達組網是美國導彈防御系統傳感器系統未來發展的方向。在雷達組網條件下，對中國作戰系統的有效性評估是需要重點關注的方面。通過建立基于雷達組網的射頻半實物試驗系統與數學仿真系統的綜合集成的試驗系統，能夠實現雷達組網條件下、導彈全攻防過程、參試電子干擾設備進入回路的攻防對抗效能評估。在構建射頻半實物與數學仿真綜合集成系統過程中，兩類系統之間在時間、數據和結構的差異性是集成所迫切需要解決的問題[5]。

本文在射頻半實物仿真試驗系統與數學仿真系統分析的基礎上，針對異構系統集成面臨的數據問題中的接口配置開展了研究，設計了針對動態數據關聯的接口配置技術算法，并基于該算法建立了接口配置流程。

1 基于反射內存網的動態數據關聯方法

1.1 反射內存網數據交互方式

基于光纖反射內存網的數據交互是通過網絡中共享內存的地址進行接口標識的，當系統內部具有交互的模塊在明確兩者交互數據在反射內存網中的地址之后，即可通過向確定地址寫入數據和讀取數據實現數據交互，如圖1所示。

1.2 仿真系統內部模塊之間數據關系

由于通過反射內存網進行數據交互是基于共享內存中的地址進行操作的，因此若要實現基于反射內存網的動態實時數據關聯，需要系統內部數據交互的模塊雙方能夠在系統動態運行過程中實時變更交互數據在光纖反射內存網上的存放地址。從系統的角度出發，一個集成仿真試驗系統可以看成由多個模塊組成的集合系統，系統內部的模塊數據輸出端口、數據輸入端口和數據處理器組成如圖2所示。

系統內部的動態數據交互，可以表現為系統內部模塊輸入/輸出端口之間的對應關系下的各模塊端口之間的數據傳輸過程。由圖1可知，在基于光纖反射內存網的集成系統中，端口之間的對應關系通過光纖反射內存網中的地址實現。集成仿真試驗系統內部各個模塊（用mi表示）的數據交互關系如圖3所示。

將系統中各子模塊的數據端口依照輸出、輸入屬性分為兩組：

系統內部各個數據端口之間的映射關系如表1所示。

表1 系統內部數據端口映射關系

表1中rij表示仿真系統中模塊mi,mj之間的輸入、輸出端口關聯關系，表1可由數據關系矩陣R表示：

集成系統內部數據映射關系表示為

2 基于反射內存網的動態數據關聯方法

2.1 基于反射內存網的數據接口地址解算

基于光纖反射內存網的動態數據交互需要面臨兩方面的問題：a）系統模塊的數據接收端口從何處接收數據；b）數據輸出端口將數據發往何。這兩方面的問題可基于式（2）結合光纖反射內存網共享內存中交互數據存放地址的標示實現系統內部數據關系的動態關聯，具體關聯方法如下：

集成仿真試驗系統中各模塊具有輸出數據端口在光纖反射內存網中的數據存放地址分布如圖4所示。

將其中輸出端口對應的在共享內存上的地址構建為端口地址序列：

輸入端口對應的地址序列為：

數據端口的輸出數據的大小構建為一個序列：

由式（5）～（7），結合式（4）中的數據關系矩陣，可以實現系統中各模型的輸入輸出端口之間的接口關聯，如圖5所示。如圖5所示的接口關聯，在確定集成仿真試驗系統交互數據在反射內存網上進行數據交互的首地址addr0之后，即可依據端口輸出數據大小序列得到連續的端口數據地址分布序列Addout，計算過程如圖6所示。

在確定輸出端口數據地址分布序列Addout后，可以由集成仿真系統內部各模塊之間的數據關聯關系表述，可由式（8）獲取集成仿真系統內部各模塊的輸入端口的地址Addin，在動態數據關聯過程中，通過數據關系矩陣可以實現集成仿真試驗系統內部各模塊輸入輸出端口在反射內存網上的數據關聯，通過動態變更數據關系矩陣，由式（8）自主計算輸入端口的地址變化，實現系統內部各模塊之間的動態實時數據關聯。

2.2 集成仿真試驗系統動態實時數據關聯

集成仿真試驗系統動態實時數據關聯，需要實現在系統運行過程中，模型各個輸入端口實時變更數據輸入源，體現在反射內存網上就是模塊輸入端口對應的地址需要在運行過程中由當前地址變更為另外一個模型輸出端口的地址，進而使得模塊對應輸入數據發生變更。接口配置分為：接口關系變更申請、接口關系變更確認和接口關系變更3個步驟。

a）接口關系變更申請：在系統仿真過程中，接口關系變更需要在單幀數據傳輸完畢之后才能完成，否則容易導致幀數據在傳輸過程中出錯，因此需要向各子模塊提出變更申請。接口關系變更申請發起子模塊向其它模塊發送變更后的系統接口數據關聯關系矩陣。

b）接口關系變更確認：各子模塊在接受接口關系變更申請之后，首先判斷當前幀數據是否傳輸完畢，然后依據接收到的新的接口數據關系舉證判斷變更后的接口端口的數據類型標識與對應輸出端口的數據類型標識是否一致，一致則表明數據類型一致，無數據異構情況，可以接受新數據。最后向接口關系變更申請發送變更確認信息。

c）接口關系變更：在各子模塊均完成接口關系變更確認后，由申請方發送接口關系變更完成信息，全系統完成接口關系變更。

動態接口配置是通過動態變更系統內部數據接口關系矩陣R實現的。數據關系變更方和申請方的工作流程如圖7、圖8所示。

3 配置技術的應用

采用集成仿真試驗系統可以通過構建和變更數據關系矩陣實現對整個系統內部的數據交互關系的實時動態關聯，而不需以文件或者數據庫形式進行接口關系的描述，以避免采用文件或者數據庫形式帶來的非實時性。使得基于不同操作系統（VxWorks、Windows、RTX等）構建的仿真、試驗集成系統，通過遍歷數據接口映射關系矩陣和端口數據表示矩陣即可自動獲取內部各子模塊的數據輸出到何處、接收來自何處的數據，從而分析出整個系統的數據鏈路走向。

本文所述技術方法，在射頻半實物仿真試驗系統與數學仿真系統的集成系統構建中獲得了應用，兩系統之間通過反射內存網實現系統集成。數學仿真系統與射頻半實物仿真系統內部各模塊之間的輸入、輸出之間的關聯關系可以通過數據關系配置界面自由配置，并在系統后臺自動生成全系統的數據關系矩陣，為后續系統的地址分配計算提供參數。除通過界面進行數據關系矩陣設定之后，還可以通過動態實時數據關聯的3個步驟，由系統模塊依據運行需求修改數據關系矩陣，實現數據關聯的動態修改，內部狀態如圖9和圖10所示。

4 結 論

本文基于光纖反射內存網，提出基于數據關系矩陣的動態數據關聯方法，通過數據端口數據類型標識矩陣和數據接口映射關系矩陣將仿真、試驗集成系統內部各數據端口之間的關聯關系、數據端口對應的物理傳輸介質地址和數據端口的數據類型一一對應起來，不需要通過復雜的數據庫管理技術即可實現對系統內部各數據端口的管理，從而使系統內部各個子模塊可以實時關聯各自的數據接口的關聯關系和數據端口的傳輸地址，避免采用數據庫管理技術帶來的非實時性。在射頻半實物試驗系統與數學仿真系統的集成系統構建應用中，基于該方法的數據關系配置模塊運行穩定、高效，5 ms步長條件下，能夠實時運行。

[1] 廖瑛, 馮向軍, 文援蘭, 等. 衛星星座導航數學仿真系統及其關鍵技術研究[J]. 系統仿真學報, 2008, 20(18): 4862-4866.

[2] 胡海霞, 涂俊峰, 曾海波, 等. 基于組態建模的航天器姿軌控數學仿真系統[J]. 空間控制技術與應用, 2011, 37(01): 11-15.

[3] 趙政, 呂級三, 劉佳琪, 王鹿受. 射頻仿真系統與數學仿真系統的集成架構[J]. 導彈與航天運載技術, 2009(03): 43-49.

[4] 肖衛國, 爾聯潔. 雷達制導半實物仿真誤差分析[J]. 系統仿真學報, 2007, 19(11): 2461-2463.

[5] 向龍, 丁建江, 呂金建. 雷達組網系統抗復合干擾效果動態評估研究 [J].現代雷達, 2010, 32(10): 22-24.

[6] 趙政, 劉佳琪. 集成仿真系統中時間一致性問題分析[J]. 中國電子科學研究院學報, 2010,5(02): 199-203.

Research of Integration System Interface Configuration Based on Reflect Memory Net

Liu Sheng-dong, Liu Jia-qi, Zhao Zheng, Yang Jin-peng, Wu Mei-xian
(Beijing Institute of Space Long March Vehicle, Beijing, 100076)

The primal problem of integration test simulation system is the different scheme in time, data and structure. To solve the problem of different data relationship, the interface configuration method is researched, based on data relation matrix, and the interface configuration process is established by the method. By using the method，the integration platform succeed realizes the interface dynamic configuration.

Reflect memory net; Integration simulation; Dynamic interface relation

TP333

A

1004-7182(2017)02-0087-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20170219

2016-03-31；

2016-05-10

劉生東（1977-），男，博士，高級工程師，主要研究方向為飛行器設計與效能評估以及圖像處理