CN104239630A - 一种支持试验设计的仿真调度系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种支持试验设计的仿真调度系统，包括试验设计模块、仿真调度模块以及数据存储模块；试验设计模块通过解析模型文件得到试验基本信息，利用试验设计算法得到试验样本文件；仿真调度模块利用试验设计模块的试验样本文件，采用输入数据激活驱动方法安排各仿真模型的推进，并记录仿真试验数据；数据存储模块将仿真过程中的仿真试验数据进行统一的格式转换后进行储存。本发明实现了高速局域网内的计算机、实物设备、仿真平台以及仿真模型等仿真试验资源的统一调配、状态监控、数据采集和数据传输等功能，形成了统一的仿真实验体系，保证了仿真过程中的实时性要求，大大提高了资源利用率、仿真试验的效率及可信度。

Description

一种支持试验设计的仿真调度系统

技术领域

本发明涉及一种支持试验设计的仿真调度系统，属于综合调度管控与集群通信系统领域。

背景技术

目前航天系统内大型仿真试验的仿真资源分散在各个实验室内，根据仿真规划需要搭建高速局域网络，把各种仿真平台、仿真模型、试验设备、试验样机等连接起来，开展数字或半实物、实时或非实时的仿真试验。局域网内的计算机、实物设备、仿真软件等仿真试验资源种类众多、使用复杂，并且多种通信协议和时钟要求并存，存在着统一调配、资源状态监控、数据采集、数据传输等共性需求。数百个试验间，数百套仿真设备，其管理调度的复杂性和难度，早已超出了人工调度的能力范围，也迫切需要一套试验调度系统来实现高水平、高效率的试验调度管理。另一方面，国内外其它大型仿真试验系统也对试验设计技术展开了一些研究，但仅仅是通过试验设计算法得出仿真输入数据，并不涉及实物试验数据的选取，即试验设计中没有实现虚实结合的理念，这会造成大量的无效仿真试验，浪费人力、物力、财力。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种支持试验设计的仿真调度系统，实现了高速局域网内的计算机、实物设备、仿真平台以及仿真模型等仿真试验资源的统一调配、状态监控、数据采集和数据传输等功能，形成了统一的仿真实验体系，保证了仿真过程中的实时性要求，大大提高了资源利用率、仿真试验的效率及可信度。

本发明的技术方案是：一种支持试验设计的仿真调度系统，包括试验设计模块、仿真调度模块以及数据存储模块；试验设计模块通过外部输入的解析模型文件得到试验基本信息，利用试验设计算法得到试验样本文件；仿真调度模块利用试验设计模块的试验样本文件，采用输入数据激活驱动方法安排各仿真模型的推进，并记录仿真试验数据；数据存储模块将仿真过程中的仿真试验数据进行统一的格式转换后进行储存；

所述的试验设计模块包括试验信息配置模块、试验设计算法配置模块、试验样本文件生成模块；试验信息配置模块从外部输入的模型文件中解析出可作为试验因子的所有属性及其初始值，然后从所有属性中选出试验因子，设定选出的试验因子的水平值，并将试验因子及其水平值作为试验信息配置模块的输出数据；所述的所有属性是指虚拟仿真试验运行必需的所有输入参数，所述模型文件是模型开发时，生成的包含所有属性的文件；试验设计算法配置模块通过调用试验设计算法的动态链接库，对试验设计算法进行注册、更改、保存、删除，完成试验设计算法的配置；试验样本文件生成模块通过试验信息配置模块提供的输入数据，根据经试验设计算法配置模块配置的试验设计算法生成试验样本，连同动态导入的实物试验数据，生成初始试验样本文件；试验设计模块会将未作为试验因子的属性及其初始值和初始试验样本文件合并成试验样本文件，输出至仿真调度模块；所述试验设计算法包括：全因子试验设计算法、正交试验设计算法、拉丁超立方试验设计算法、均匀试验设计算法；

仿真调度模块根据试验设计模块的试验样本文件输出独立运行多次仿真试验，调度半实物模型或数学模型在输入数据的激活驱动方法下并行运行；具体过程如下：设仿真想定中涉及到多个模型，即数学模型M1、数学模型M2、半实物模型B1、半实物模型B2；仿真想定中第一个运行的M1，它的输出传递给B1和B2，B1和B2的输出传递给M2；仿真开始后，M1运行计算，当M1产生输出数据时，随即激活B1和B2开始运行，当B1和B2产生输出数据时，随即激活M2开始运行，依此类推；在多次仿真运行中，针对单个模型，运行完一次则检索上一级模型有无输出数据，若有则立即进入该单个模型的下一次仿真运行流程，若无，则继续等待直至有输出数据产生；仿真过程中将每个模型每一次的运行输出数据结果进行记录，以便为下一级仿真模型的启动提供检索；

数据存储模块接收仿真调度模块输出的仿真数据，并将仿真数据统一转换为DTF格式并储存；所述的DTF格式包括一个根文件和多个其它目标文件；所述根文件记录了传输格式的信息，包括被存储数据的属性，各目标文件的内容；所述其它目标文件包括仿真调度模块产生的所有仿真试验数据，包括存储图像数据信息、网格划分数据信息、目标数据信息。

本发明与现有技术相比有益效果为：

复杂产品设计过程中，涉及到大量的参数及方案选取，如何选取关键参数，如何从多个方案中选取最优方案是设计人员重点关注的问题，通过虚实结合的试验设计方法生成的试验样本，充分考虑了实物试验的输入数据，为通过分析仿真试验运行结果，最终选取出最优试验方案提供准确的试验设计样本输入。

针对航天系统大型仿真试验的特殊需求，本发明提供了一套面向大型分布式虚拟仿真试验的试验设计与调度管控系统，支持虚实数据结合设计试验样本输入，可采用多种试验设计方法完成仿真前的分析；构建了一套具备航天系统大型仿真试验设计特点的仿真优先级配置模板，以支持试验资源与仿真资源的统一管理和有效调度，以保证仿真过程的实时性要求并提高资源利用率，同时，该系统利用分布式存储技术成功解决了仿真试验产生的多重数据的存储记录问题。

附图说明

图1为本发明的组成结构图；

图2为本发明试验设计模块软件序列图；

图3为本发明仿真想定逻辑关系图；

图4为本发明仿真推进时序图；

图5为本发明数据存储模块DTF文件编码内容结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明各模块的实现原理为：

试验设计模块，负责分布式虚拟仿真试验前的试验准备，生成试验运行所需的输入文件，包括试验信息配置、试验设计算法配置、试验样本文件生成三个子模块。试验信息配置模块，从外部输入的模型文件中解析出可作为试验因子的所有属性及其初始取值范围，然后从属性中选出试验因子，并设定其水平值，为试验样本文件生成模块提供输入数据。试验设计算法配置模块，通过调用试验设计算法的动态链接库，对试验设计算法进行注册、更改、保存、删除，完成试验设计算法的配置。本发明涉及的试验设计算法包括全因子试验设计算法、正交试验设计算法、拉丁超立方试验设计算法、均匀试验设计算法四种，后期还可根据软件需求，通过试验设计算法配置模块动态添加新的试验设计算法。试验样本文件生成模块，通过试验信息配置模块提供的输入数据，根据经试验设计算法配置模块配置的试验设计算法生成试验样本，并且，可以动态导入实物试验数据，使最终生成的XML格式的试验样本文件中包含实物试验数据和仿真试验数据。最终，试验设计模块会将未作为试验因子的属性及其初始值和试验样本文件合并为一个文件，该文件作为仿真调度模块的输入文件。图2显示了试验设计模块的软件序列图，首先，试验信息配置模块的试验样本文件操作类通过加载并解析外部输入的模型文件得到相关的试验属性信息，试验样本配置类配置试验样本基本信息，并对试验属性信息进行筛选和配置，并将有用的试验属性信息传递给试验样本文件生成模块的试验信息配置类；然后，试验信息配置类配置生成试验样本文件所需的试验因子及其取值范围和水平值；随后，试验设计算法配置模块的试验设计算法类配置并选择所需的试验设计算法，由试验样本配置类生成试验样本；最后，试验样本文件操作类收集由实物实验数据类导入的实物试验数据和试验样本，生成XML格式的试验样本文件。仿真调度模块：针对航天系统的仿真试验想定，涉及到多个数学模型和半实物仿真设备。数学模型运行在高性能计算平台上，一般可以实现超实时计算，半实物设备的运行速度慢，只能实现实时计算或欠实时计算。如果试验设计的多次仿真分析独立运行，将耗费大量时间。本调度系统采用多模型输入驱动调度运行模式，一旦仿真想定确定，则各模型间的数据流逻辑关系就确定了。

设仿真想定中涉及到的各模型间逻辑关系如图3所示，其中M1、M2、M3为数学模型，B1、B2、B3为半实物模块，箭头指向表示模型的输入输出数据流。仿真开始后，M1运行计算，当模型M1的输出结果产生即激活模型B1和B2开始运行，当模型B1和B2产生输出结果产生即激活模型M2开始运行，依此类推，如图4所示。针对单个模型，运行完一次立即进入下一次仿真运行流程，但需要将每一次的运行输出结果进行记录，只有当模型检测到本次仿真有输入数据产生后才能进入下一次仿真试验，这是一种各模型并行的仿真计算调度流程。

数据存储模块：通过多次仿真实验，仿真调度模块将大量的仿真数据作为输入传送到数据存储模块。该模块包含一套转换数据标准格式(DTF格式)和一套应用编程接口标准。数据标准格式定义多种仿真数据，如大气、海洋、空间和电磁环境等数据的表示和存储格式，应用编程接口标准定义仿真数据的查询接口程序调用语法和语义。

抽象传输格式DTF(Data Transmittal Format)是一个概念上的文件格式，定义物理传输格式文件的组织方式。DTF包含了一个或多个文件，包括一个根文件和其它目标文件。当打开传输格式时，首先就从根文件获得传输格式的信息，在其他文件中包含了各种对象和相关信息。传输格式编码内容结构如图5所示。

以电磁目标特性数据的存储与转换为例，目标电磁特性数据用于描述目标在不同电磁频谱波段的反射、吸收、透射或发射等电磁效应特性，通常与电磁波段、目标材质和形状、电磁波束作用方向等有关，一般采用数据表格的方式描述和表示。目标电磁特性数据的编码方式主要使用Property Table类表示和组织，通过Table Property Description类描述属性表的数据属性代码(如雷达后向散射系数等)、单位和取值类型等信息，使用3个Regular Axis类描述在时间及目标局部二维方位坐标系下的方位角、高低角维度划分信息。表1中为常见雷达目标特性和红外目标特性参数的编码、定义、数据类型等信息。

表1 常见雷达目标特性和红外目标特性参数

本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (1)

1.一种支持试验设计的仿真调度系统，其特征在于：包括试验设计模块、仿真调度模块以及数据存储模块；试验设计模块通过外部输入的解析模型文件得到试验基本信息，利用试验设计算法得到试验样本文件；仿真调度模块利用试验设计模块的试验样本文件，采用输入数据激活驱动方法安排各仿真模型的推进，并记录仿真试验数据；数据存储模块将仿真过程中的仿真试验数据进行统一的格式转换后进行储存；

所述的试验设计模块包括试验信息配置模块、试验设计算法配置模块、试验样本文件生成模块；试验信息配置模块从外部输入的模型文件中解析出可作为试验因子的所有属性及其初始值，然后从所有属性中选出试验因子，设定选出的试验因子的水平值，并将试验因子及其水平值作为试验信息配置模块的输出数据；所述的所有属性是指虚拟仿真试验运行必需的所有输入参数，所述模型文件是模型开发时，生成的包含所有属性的文件；试验设计算法配置模块通过调用试验设计算法的动态链接库，对试验设计算法进行注册、更改、保存、删除，完成试验设计算法的配置；试验样本文件生成模块通过试验信息配置模块提供的输入数据，根据经试验设计算法配置模块配置的试验设计算法生成试验样本，连同动态导入的实物试验数据，生成初始试验样本文件；试验设计模块会将未作为试验因子的属性及其初始值和初始试验样本文件合并成试验样本文件，输出至仿真调度模块；所述试验设计算法包括：全因子试验设计算法、正交试验设计算法、拉丁超立方试验设计算法、均匀试验设计算法；

仿真调度模块根据试验设计模块的试验样本文件输出独立运行多次仿真试验，调度半实物模型或数学模型在输入数据的激活驱动方法下并行运行；具体过程如下：设仿真想定中涉及到多个模型，即数学模型M1、数学模型M2、半实物模型B1、半实物模型B2；仿真想定中第一个运行的M1，它的输出传递给B1和B2，B1和B2的输出传递给M2；仿真开始后，M1运行计算，当M1产生输出数据时，随即激活B1和B2开始运行，当B1和B2产生输出数据时，随即激活M2开始运行，依此类推；在多次仿真运行中，针对单个模型，运行完一次则检索上一级模型有无输出数据，若有则立即进入该单个模型的下一次仿真运行流程，若无，则继续等待直至有输出数据产生；仿真过程中将每个模型每一次的运行输出数据结果进行记录，以便为下一级仿真模型的启动提供检索；

数据存储模块接收仿真调度模块输出的仿真数据，并将仿真数据统一转换为DTF格式并储存；所述的DTF格式包括一个根文件和多个其它目标文件；所述根文件记录了传输格式的信息，包括被存储数据的属性，各目标文件的内容；所述其它目标文件包括仿真调度模块产生的所有仿真试验数据，包括存储图像数据信息、网格划分数据信息、目标数据信息。