CN101977133A - 一种适用于航天器系统的1553b总线网络仿真系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于航天器系统的1553B总线网络仿真系统，属于航空航天、计算机仿真领域，包括1553B总线、以太网、总线网络测试仪、总线终端测试仪、数字荧光示波器、总线分离开关、仿真终端、总线系统性能评估计算机和总线接口控制文件配置计算，用于仿真分析实际航天器总线系统的信息传输及系统运行，本发明采用1553B总线网络代替传统电缆连接，通过具备标准数字接口的设备，并结合以太网通信，实现网络系统信息的数字化传输和综合利用，提高系统的可靠性及电磁兼容能力。本发明符合1553B规范，共存在一个网络仿真系统中，可用于航天器系统的分析、开发、测试等多个阶段，对于实际航天器的系统可靠性研究具有重要意义。

Description

一种适用于航天器系统的1553B总线网络仿真系统
技术领域
本发明属于航空航天、计算机仿真技术领域，特别涉及一种适用于航天器系统的1553B总线网络仿真系统。
背景技术
随着空间科学技术的发展，航天器的功能和结构越来越复杂，航天器系统的网络拓扑结构，已经成为复杂航天器的发展趋势，也对航天器系统的可靠性设计提出了更高要求。现有的一般应用拓扑网络系统，系统都是针对特定任务要求进行系统设计，设备间通过电缆连接实现信息综合，系统的扩展性、可靠性等受到一定限制，往往系统的电磁兼容能力及抗干扰能力较低，难以满足实际任务要求。而最初应用于航空技术领域的MIL-STD-1553B总线，即时分制指令/响应多路传输数据总线(MIL-STD-1553B为美国军用标准，简称1553B)，是一种串行通信数据总线。它起源于20世纪70年代，最早用于飞机内部应用。由于1553B总线在完成高实时高可靠性的信息传输的性能出色，且抗干扰能力强，1553B总线网络在航空、航天及军事领域应用广泛。
但在航天器系统中采用1553B总线，由于该总线具有多数据流的模式并与各个终端相连，当系统结构复杂时，容易出现直接或间接的线路故障，系统性能不能保证，因此，需要对面向航天器系统的总线网络进行仿真和分析，验证总线性能，提高系统的可靠性。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述间题，提出一种适用于航天器系统的1553B总线网络仿真系统。
本发明的一种适用于航天器系统的1553B总线网络仿真系统，包括1553B总线、以太网、总线网络测试仪、总线终端测试仪、数字荧光示波器、总线分离开关、仿真终端、总线系统性能评估计算机和总线接口控制文件配置计算机，各设备之间以1553B总线和以太网形成的总线网络进行数据交互；
总线接口控制文件配置计算机通过由以太网及1553B总线形成的总线网络，向连接在总线网络中的仿真终端发送配置文件，进行信息传输，实现工控机仿真终端的远程控制；仿真终端用于模拟实际的航天器系统；总线终端测试仪含有以太网接口和1553B总线接口，进行1553B总线的性能测试与分析；总线网络测试仪含有1553B总线接口，进行测试与检查1553B总线的短路、开路；总线分离开关为总线分离装置，用于进行总线匹配终端切换，并抛弃分离段总线、重新开始运行系统；总线系统性能评估计算机通过以太网接收仿真系统的接口控制文件配置信息，对总线网络中传输的数据进行解析，并显示及存储；数字荧光示波器用于实现总线波形的自动触发、捕获、实时显示和存储，并进行总线网络传输的数据的显示和分析。
本发明的优点在于：
(1)系统采用实际航天器系统中常用的1553B总线作为航天器系统内部总线，用11台工业控制计算机来模拟航天器系统的各功能模块，通过总线接口控制文件配置计算机配置系统文件，利用1553B总线和以太网进行通讯，并结合总线网络测试仪、总线终端测试仪及示波器进行总线网络性能分析，仿真模拟实际的航天器总线网络系统，具有最大的逼真程度；
(2)系统用以太网作为仿真系统的服务支撑网络，实现仿真终端工控机之间的数据通信，构成仿真控制闭环，实现仿真系统的仿真终端的启动、停止远程控制，简化了设计投入；
(3)本系统采用AT15030总线终端测试仪，其具备以太网接口和1553B总线接口，可进1553B总线性能分析及总线终端的测试；
(4)本系统采用英国BCF公司的S2476N总线网络测试仪，可以检测总线网络的开路、短路，屏蔽系统短路。在本系统中，该总线网络测试仪可减少了检验一个完整1553B传输网络的时间，并且在系统中出现故障对象时，可通过该总线网络测试仪，直接在系统中隔离出错误对象，提高系统的可靠性；
(5)本系统采用四通道泰克DPO4104数字荧光示波器，能够实现总线波形的自动触发、捕获、实时显示和存储等功能，同时还可在回放历史波形时对总线的消息传输时延进行测量，测定消息的实际最大延迟时间，实现总线网络传输的数据的显示和分析，有利于实际航天器系统的设计。
附图说明
图1是本发明的一种适用于航天器系统的1553B总线网络仿真系统组成图；
图2是本发明的一种适用于航天器系统的1553B总线网络仿真系统工作流程图。
图中：
1、以太网2、总线系统监控与性能评估计算机3、总线接口控制文件配置计算机
4、1553B总线      5、总线网络测试仪   6、总线终端测试仪
7、数字荧光示波器 8、总线分离开关     9、仿真终端
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种适用于航天器系统的1553B总线网络仿真系统，如图1所示，包括以太网1、总线系统监控与性能评估计算机2、总线接口控制文件配置计算机3、1553B总线4、总线网络测试仪5、总线终端测试仪6、数字荧光示波器7、总线分离开关8、仿真终端9(由11台工业控制计算机及1553B板卡组成)，各设备之间以1553B总线和以太网形成的总线网络进行数据交互。
所述系统的工作原理如下：系统启动后，各个设备进入准备工作状态下，启动总线接口控制文件配置计算机3，进行系统配置，生成相应的配置文件，再通过以太网1将所生成的配置文件发送给各个仿真工控机，进行仿真系统的配置，仿真工控机根据接收到的配置文件配置完成后，系统开始仿真，实现远程控制系统运行、系统复位、系统重启的操作，在系统运行时，连接在1553B总线4上的总线网络测试仪5和总线终端测试仪6，进行测试总线上的短路、开路等信息，分析总线上传输的数据及总线负载情况，并通过数字荧光示波器7实时显示总线上的数据传输信息，进而实现总线分析及各仿真工控机间的数据通讯分析，从而提高仿真系统的可靠性。
各部分设备及功能具体描述如下：
以太网1作为仿真系统的服务支撑网络，实现对仿真系统的配置及仿真系统的启动、停止及复位的远程控制，简化了设计投入。同时以太网1还模拟数据通路，实现模拟航天器系统功能模块的仿真工控机之间的数据通信，构成仿真控制闭环，为总线网络的仿真与分析提供服务支撑；
总线系统接口控制文件配置计算机3完成对整个仿真系统的配置，配置信息(包括系统结构配置和总线信息设置)通过以太网1发送到各仿真工控机上，完成对整个仿真系统的配置；
总线系统监控与性能评估计算机2通过以太网1接收仿真系统的接口控制文件配置信息，并对总线网络中传输的数据实时解析，以曲线的形式进行实时显示和存储，方便历史数据查询和故障分析；
1553B总线4则用于实现对总线系统结构、总线消息传输及总线开关分离的模拟与仿真。设计总线信息传输时尽可能真实地模拟实际航天器系统内的信息传输，以便进行航天器系统的总线性能分析和评估；
总线终端测试仪6采用AT15030，其具备以太网接口和1553B总线接口，可进行1553B总线性能分析及总线终端的测试，总线终端测试仪6含有以太网接口和1553B总线接口，可通过以太网1控制总线系统的测试过程、并将测试结果实时地发送到以太网1上，由总线系统接口控制文件配置计算机3实现测试结果的实时显示和分析评估工作，并可以自动生成测试报告，实现总线终端的测试；
总线网络测试仪5为英国BCF公司的S2476N总线网络测试仪，可同时检测开路、短路，屏蔽系统短路，插入损耗测试等，因此减少了检验一个完整1553B传输网络的时间，而且还可以在一个系统中隔离出错误对象；
数字荧光示波器7为四通道的泰克DPO4104数字荧光示波器，可实现总线波形的自动触发、捕获、实时显示和存储等功能，同时还可在回放历史波形时对总线的消息传输时延等指标进行测量；
总线分离开关8为总线分离装置，用于进行总线匹配终端切换，并抛弃分离段总线、重新开始运行系统；
仿真终端9包括1553B板卡和11台工业控制计算机(简称为“工控机”)，带有1553B板卡的工控机P1至工控机P11共十一台工控机组成航天器系统，用于模拟实际的航天器系统中的各功能模块。由总线系统接口控制文件配置计算机2根据各仿真工控机的接口控制文件生成配置文件，通过以太网1发送到仿真工控机上，工控机根据配置信息进行配置，接收命令指令实现系统仿真。
以上各设备分别连接在1553B总线4和以太网1上，通过1553B总线4和以太网形成的网络，实现设备间的数据传输。
图2所示为系统工作流程图，系统工作过程具体如下：
1)启动系统，配置总线网络系统结构，所述的系统结构配置指设置参与仿真的工控机仿真终端的数目和位置；
2)进行接口文件消息的设置，设置步骤1)中系统结构里已经配置好的工控机仿真终端的接收和发送数据的接口，以及具体的数据类型及数据量；
3)判断是需要更新总线网络系统结构，如果需要更新，则重新进行总线系统结构与总线消息的配置；若不需要更新系统结构，则进行步骤4仿真参数的设置；
4)进行仿真参数设置，具体包括仿真时序的配置、仿真周期及工控计算机的IP地址的设置；
5)生成配置文件，并将配置文件发送给总线系统监控与性能评估计算机2，在总线系统监控与性能评估计算机2上进行配置文件解析，将解析后的配置文件指令发送给各个仿真工控机，进行仿真工控机的设置；
6)在总线接口控制文件配置计算机上向配置的仿真工控机发送操作指令，进行系统的远程控制仿真。具体的远程控制操作包括：仿真开始、仿真停止以及仿真复位。
7)若步骤6中是发送的仿真开始指令，则系统开始仿真，进入系统运行阶段，仿真工控机间通过以太网和1553B总线组成的网络进行数据通讯，通过总线测试仪、网络测试仪和示波器进行系统分析；
8)若步骤6中发送的是仿真停止指令，则立即结束仿真；
9)若步骤6中发送的是仿真复位指令，则返回到步骤4，重新进行仿真参数的设置；
10)仿真结束后，判断是否重启计算机，若重启计算机，则重新启动程序，进行新的仿真系统结构配置；若不重启计算机，则系统进入等待状态，准备接收仿真指令。
实施例：
以“系统运行”的实施例来说明本发明提供的仿真系统。
步骤一、系统结构配置
启动总线网络仿真系统，选择工控机P1至工控机P11共计十一台仿真工控机参与本次仿真工作。工控机P1至工控机P5模拟实际航天器的一级段，其中工控机P1模拟I级伺服控制器I，工控机P2模拟I级伺服控制器II，工控机P3模拟I级测量站点，工控机P4模拟I级综合控制器，工控机P5模拟I级附加控制器；工控机P6至工控机P10模拟实际航天器的第二级段，其中工控机P6模拟II级伺服控制器、工控机P7模拟II级测量站点，工控机P8模拟II级光纤惯性组合，工控机P9模拟II级综合控制器，工控机P10模拟II级激光惯性组合，工控机P11模拟箭载计算机。按照各台工控机的编号名称相应设置工控机的位置，如工控机P1为设备1，工控机P2为设备2。
步骤二：接口文件消息设置
设置各个仿真工控机的输入接口、输入数据范围、输出接口及输出数据范围，具体设置如下表所示：
编号 设备名称 输入接口 输入数据范围 输出接口 输出数据范围
1 工控机P1 以太网接口1 Ox0000-Oxfffff 1553B接口1 Oxf800-Ox07ff
2 工控机P2 以太网接口2 Ox0000-Oxfffff 1553B接口2 Oxf800-Ox07ff
3 工控机P3 以太网接口3 Ox0000-Oxfffff 1553B接口3 Oxf800-Ox07ff
4 工控机P4 以太网接口4 Ox0000-Oxfffff 1553B接口4 Oxf800-Ox07ff
5 工控机P5 以太网接口5 Ox0000-Oxfffff 1553B接口5 Oxf800-Ox07ff
6 工控机P6 以太网接口6 Ox0000-Oxfffff 1553B接口6 Oxf800-Ox07ff
7 工控机P7 以太网接口7 Ox0000-Oxfffff 1553B接口7 Oxf800-Ox07ff
8 工控机P8 以太网接口8 Ox0000-Oxfffff 1553B接口8 Oxf800-Ox07ff
  9   工控机P9   以太网接口9   Ox0000-Oxfffff   1553B接口9   Oxf800-Ox07ff
  10   工控机P10   以太网接口10   Ox0000-Oxfffff   1553B接口10   Oxf800-Ox07ff
  11   工控机P11   以太网接口11   Ox0000-Oxfffff   1553B接口11   Oxf800-Ox07ff
步骤三：判断是否需要更新结构
按照步骤二设置好消息后，系统结构按照步骤一的配置，无需进行系统的更新，不需要重新设置；
步骤四：仿真参数设置
设定工控机1至工控机11的仿真周期均为：20S，并设置工控机1至工控机11分别对应的IP地址为：192.168.0.1-192.168.0.11；
步骤五：配置文件设置
根据步骤至步骤四的设置，在总线接口控制文件配置计算机上生成配置文件，再将配置文件发送给总线监控与性能评估计算机，在总线监控与性能评估计算机上进行配置文件解析，将解析后的配置文件指令发送给各个仿真工控机，进行仿真工控机的设置。配置文件的具体格式如下：
  编号   名称   数据类型   含义
  1   设备名称   Char[32]   设备名称(工控机P1-P12)
  3   主设备工作方式   1nt   RT(远程终端)
  4   备份方式   1nt   单机
  5   本机主备情况   1nt   主机
  8   总线配置方式   1nt   单1553B总线
  9   是否加入时间标签   1nt   否
  10   主帧刷新周期   Int   单位：MS
  12   输入接口方式   1nt   1：1553B；2：以太网
  13   输出接口方式   1nt   1：1553B；2：以太网
  14   输入数据字个数   1nt   Char形式，每个WORD占每个占用两个字节
  15   输出数据字个数   1nt   Char形式，每个WORD占每个占用两个字节
  16   主机RT地址   1nt   192.168.1-192.168.11
步骤六：系统运行
在总线接口控制文件配置计算机上，向各个仿真工控机发送“仿真开始”的指令，仿真系统开始运行，配置文件中设置的消息数据通过以太网和1553B总线向仿真工控机传输；
步骤七：开启总线网络测试仪，检查总线的工作情况，观察总线是否有短路、开路情况；若有短路、开路情况，则停止系统，更换总线；若总线正常，则进行步骤八操作；
步骤八：开启总线终端测试仪，检查总线的数据传输情况，对总线性能进行分析，观察总线的传输数据是否符合总线规范；
步骤九：打开数字荧光示波器，观察总线网络传输的数据曲线的显示，分析总线网络性能。

Claims (6)

1.一种适用于航天器系统的1553B总线网络仿真系统，其特征在于，包括1553B总线、以太网、总线网络测试仪、总线终端测试仪、数字荧光示波器、总线分离开关、仿真终端、总线系统性能评估计算机和总线接口控制文件配置计算机，各设备之间以1553B总线和以太网形成的总线网络进行数据交互；
总线接口控制文件配置计算机通过由以太网及1553B总线形成的总线网络，向连接在总线网络中的仿真终端发送配置文件，进行信息传输，实现工控机仿真终端的远程控制；仿真终端用于模拟实际的航天器系统；总线终端测试仪含有以太网接口和1553B总线接口，进行1553B总线的性能测试与分析；总线网络测试仪含有1553B总线接口，进行测试与检查1553B总线的短路、开路；总线分离开关为总线分离装置，用于进行总线匹配终端切换，并抛弃分离段总线、重新开始运行系统；总线系统性能评估计算机通过以太网接收仿真系统的接口控制文件配置信息，对总线网络中传输的数据进行解析、显示及存储；数字荧光示波器用于实现总线波形的自动触发、捕获、实时显示和存储，并进行总线网络传输的数据的显示和分析。
2.根据权利要求1所述的一种适用于航天器系统的1553B总线网络仿真系统，其特征在于，所述的仿真终端包括工业控制计算机和1553B板卡，工业控制计算机通过1553B板卡连接1553B总线。
3.根据权利要求2所述的一种适用于航天器系统的1553B总线网络仿真系统，其特征在于，所述的工业控制计算机含1553B接口和以太网接口。
4.根据权利要求2所述的一种适用于航天器系统的1553B总线网络仿真系统，其特征在于，所述的工业控制计算机为11台。
5.根据权利要求1所述的一种适用于航天器系统的1553B总线网络仿真系统，其特征在于，所述数字荧光示波器为四通道的数字荧光示波器。
6.根据权利要求1所述的一种适用于航天器系统的1553B总线网络仿真系统，其特征在于，所述的总线系统性能评估计算以曲线的形式进行实时显示和存储。
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