CN107621788B

CN107621788B - 一种协同仿真系统及服务器

Info

Publication number: CN107621788B
Application number: CN201710813656.9A
Authority: CN
Inventors: 王珩; 涂强; 孙远辉
Original assignee: Beijing Institute of Electronic System Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Electronic System Engineering
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2021-04-02
Anticipated expiration: 2037-09-11
Also published as: CN107621788A

Abstract

本发明提供一种协同仿真系统及服务器，所述协同仿真系统包括目标计算模块，轨道计算模块，图像处理模块，导航制导与控制模块，动力模块，结构动力学模块，电气模块，可视化模块。将仿真按照学科专业进行模块化划分，通过步进式协同仿真，并在各仿真模块之间交叉输入仿真数据，使得各仿真模块在进行模块化仿真的同时相互交叉验证或拟合，大幅度提高了仿真的准确度，解决了涉及多学科复杂产品的仿真准确度低的问题。

Description

一种协同仿真系统及服务器

技术领域

本发明涉及仿真领域。更具体地，涉及一种协同仿真系统及服务器。

背景技术

仿真，是根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型，据此进行试验或定量分析，以运行得到正确决策所需的各种信息，随着仿真技术的不断发展，仿真技术在改进产品和过程、缩短市场响应时间以及降低产品实现的成本方面具有其他技术无法比拟的重要作用，但目前对于复杂产品的仿真仍然存在无法准确验证或拟合出与实际情况误差较小的数据的问题，尤其是在航天技术领域中，其产品如航天飞行器等涉及到轨道动力学、结构力学、光学探测、导航制导与控制和电气等多个学科专业，包含了离散/连续、计算/推理、时序/并行、开环/闭环等不同的环节，因此现有的仿真系统无法满足该领域的要求。协同仿真(Collaborative Simulation)是近年来随着计算机环境协作能力的提高和仿真方法论的进步发展起来的一种先进的系统仿真方法。它是把位于不同地点、基于不同计算机平台、采用不同建模方法建立起来的混合异构层次化仿真模型，在分布式环境中进行仿真运行的一种仿真方法。现有技术中对于协同仿真的运用方式大多是将各个系统分化为各个区域或模块进行分别仿真，然后将结果输出并与总体结果比较验证或拟合，从而得出较为准确的仿真的输出数据，但由于其原理仍然是各个系统各自的仿真验证或拟合，其仿真准确度虽然比普通仿真高，却仍然不能使各个仿真系统达到协同效率最大化，无法满足航天产品等涉及到多个学科专业交叉的仿真。

因此，需要提供一种新的协同仿真系统及服务器，以解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种协同仿真系统及服务器，以解决现有技术中对设计多学科领域的复杂产品仿真准确度较低的问题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供一种协同仿真系统，所述协同仿真系统包括目标计算模块和轨道计算模块，所述目标计算模块运行第一仿真，所述轨道计算模块运行第二仿真；图像处理模块，对第一仿真和第二仿真后的数据运行第三仿真；导航制导与控制模块，对运行第三仿真后的数据运行第四仿真；动力模块，对运行第四仿真后的数据运行第五仿真；结构动力学模块，对运行第五仿真后的数据运行第六仿真；电气模块，对运行第四仿真后的数据运行第七仿真；可视化模块，分别对运行第三仿真、第四仿真、第五仿真及第七仿真后的数据运行第八仿真；所述图像处理模块还对运行第六仿真后的数据运行第三仿真，所述导航制导与控制模块还对运行第六仿真后的数据运行第四仿真，所述两次第三仿真的数据相互验证或拟合，所述第四仿真的数据相互验证或拟合，所述四次第八仿真的数据相互验证或拟合后输入分配显示模组，所述数据分配显示模组用于将仿真后的数据按需输入至多个显示终端。

在一些实施例中，所述第一仿真采集目标位置数据、速度数据，所述第二仿真采集目标轨道位置数据、目标轨道速度数据及目标轨道姿态数据。

在一些实施例中，所述第三仿真运行得到高度视线角数据和方位视线角数据。

在一些实施例中，所述第四仿真运行制导信号滤波和制导控制律计算，轨道控制加速度数据和姿态控制加速度数据。

在一些实施例中，所述第五仿真运行得到推力数据。

在一些实施例中，所述第六仿真运行得到俯仰变形角度数据、偏航变形角度数据及滚转变形角度数据。

在一些实施例中，所述第七仿真运行得到电压数据、电流数据及功率数据。

在一些实施例中，所述第八仿真采集三维可视化视频图像。

在一些实施例中，所述每个显示终端至少运行得到一个模块的仿真数据。

在一些实施例中，所述各个模块具有同步的时钟、统一的数据格式及统一的通讯接口协议。

本发明提供一种包括如上所述协同仿真系统的服务器，所述服务器包括至少一个处理器，所述每个处理器至少包括一个模块。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的一种协同仿真系统及服务器，将仿真按照学科专业进行模块化划分，通过步进式协同仿真，并在各仿真模块之间交叉输入仿真数据，使得各仿真模块在进行模块化仿真的同时相互交叉验证或拟合，改变了传统设计模式中各专业独立开展设计验证或拟合的局面，消除了专业壁垒和信息孤岛，大幅度提高仿真的准确度，解决了涉及多学科复杂产品的仿真准确度低的问题；并且仿真数据可以按照学科专业进行分类并相应地分配给需要的终端，使终端的需求对接更加精准，减少终端处理负担。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出根据本发明构思的一些实施例的仿真系统的框图。

附图标记：11-目标计算模块，12-轨道计算模块，13-图像处理模块，14-导航制导与控制模块，15-动力模块，16-结构动力学模块，17-电气模块，18-可视化模块，1～4-多个显示终端。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在描述本发明构思的上下文中(尤其在权利要求的上下文中)的术语“第一”、“第二”等在这里可用于描述各种模块的仿真，但是这些模块的仿真不应受这些术语限制。这些术语仅用于区分其中一个模块运行的仿真与其中另一个模块运行的仿真。因此，例如，在不脱离本发明构思的教导情况下，下面论述的第一仿真可被命名为第二仿真或者第三仿真。此外，图1中各仿真数据的符号表示：ε高度视线角；σ方位视线角；q1俯仰变形角度；q2偏航变形角度；q3滚转变形角度；Rg轨道控制加速度；Rz姿态控制加速度。

图1为根据本发明构思的一些实施例的仿真系统的框图，参照图1，所述协同仿真系统包括目标计算模块11和轨道计算模块12，所述目标计算模块11运行第一仿真，所述轨道计算模块12运行第二仿真；图像处理模块13，对第一仿真和第二仿真的输出数据运行第三仿真；导航制导与控制模块14，对运行第三仿真后的数据运行第四仿真；动力模块15，对运行第四仿真后的数据运行第五仿真；结构动力学模块16，对运行第五仿真后的数据运行第六仿真；电气模块17，对运行第四仿真后的数据运行第七仿真；可视化模块18，对第三仿真、第四仿真、第五仿真及运行第七仿真后的数据运行第八仿真；所述图像处理模块13还对运行第六仿真后的数据运行第三仿真，所述导航制导与控制模块14还对运行第六仿真后的数据运行第四仿真，所述两次第三仿真的数据相互验证或拟合，所述第四仿真的数据相互验证或拟合，所述四次第八仿真的数据相互验证或拟合后输入分配显示模组，所述数据分配显示模组用于将仿真后的数据按需输入至多个显示终端。具体的，所述第一仿真采集目标位置数据、速度数据，所述第二仿真采集目标轨道位置数据、目标轨道速度数据及目标轨道姿态数据，所述第三仿真运行得到高度视线角数据和方位视线角数据，所述第四仿真运行得到轨道控制加速度数据和姿态控制加速度数据，所述第五仿真运行得到推力数据，所述第六仿真运行得到俯仰变形角度数据、偏航变形角度数据及滚转变形角度数据，所述第七仿真运行得到电压数据、电流数据及功率数据，所述第八仿真采集三维可视化视频图像。需要说明的是，以上数据是通过在原始数据基础上对应仿真运行得到的数据，现有技术中的仿真大多是在原始数据的基础上进行一次仿真，该一次仿真依托于各个学科的模型，数据同时输入各仿真模型中得到相应的数据后进行综合采集，而本发明将各学科模型分化到各个学科模块中，每个模块对应于一个仿真模型，得出一个仿真结果，该仿真结果可以是针对数据中对应该学科模型的部分进行的仿真，也可以是整体数据对应该学科模型进行的仿真，即每一次仿真可以是针对对应该学科的数据进行仿真，也可以是针对整体数据通过该学科对应的模型进行仿真，本发明不在于此，因此不再赘述。另外，需要说明的是，结合图1，所述可视化模块18对第三仿真、第四仿真、第五仿真及运行第七仿真后的数据运行第八仿真如图中表示，但对于可视化模块18对第三仿真是以图中导航制导与控制模块14未运行仿真的数据输出至可视化模块18来体现(图中a线)，此外，对于本发明如图像处理模块13除了接收来自目标计算模块11和轨道计算模块12运行仿真后的数据进行第三仿真，也会针对来自结构动力学模块16运行仿真后的数据再度进行仿真，该方式的优点在于将经过不同步骤的仿真数据进行对比或者相互拟合，由于每个模块采用固定的仿真模型，对于特定模块即使进行多次仿真，其对应模块的数据结果并不会变化，因此图像处理模块13通过数据交叉具有检验仿真准确度的作用，为了表述方便，在一些实施例中对于具有该作用的模块统一命名为“检验模块”，因此，在本发明的一些实施例中，图像处理模块13、导航制导与控制模块14以及可视化模块18均可以视为“检验模块”，但本领域技术人员应当得知，对于各模块的仿真顺序以及各模块的连接关系本发明不限于此，并且本发明也不局限在仅仅将上述模块设置为“检验模块”，本发明的目的在于提供类似本发明的协同仿真系统中具有一个类似本发明“检验模块”作用模块的构思。

本发明提供的一些实施例中，将仿真按照学科专业进行模块化划分，通过步进式协同仿真，并在各仿真模块之间交叉输入仿真数据，使得各仿真模块在进行模块化仿真的同时相互交叉验证或拟合，改变了传统设计模式中各专业独立开展设计验证或拟合的局面，消除了专业壁垒和信息孤岛，大幅度提高仿真的准确度，解决了涉及多学科复杂产品的仿真准确度低的问题；并且仿真数据可以按照学科专业进行分类并相应地分配给需要的终端，使终端的需求对接更加精准，减少终端处理负担。此外，通过数据的交叉输入，使某些仿真进行了两次或者多次，在一次仿真循环中对数据的仿真进行了验证或拟合，优选地，交叉输入的仿真模块为仿真精度低的模块，该实施方式使仿真系统整体精度得到大幅度提升，并且交叉验证或拟合，使数据更可信。

此外，每个显示终端(如图中1～4)至少运行得到一个模块的仿真数据，即对应不同的终端需求，可以选择性的下载至少一个模块的仿真数据，降低了本地处理器的运行负担。

此外，为了协助协同仿真系统正常运转还需要各模块之间的数据格式有统一的标准进行转换，同时各模块的时钟也必须严格保持同步。各模块在确定组成、仿真需求、模型精度等要求的同时，还要制定统一的数据格式、通讯接口协议，以便使该协同仿真系统按照统一的结构、标准和协议交换仿真数据。

本发明的一些实施例中还提供一种服务器，该服务器包括本发明提供的协同仿真系统，其中该服务器可以包括多个处理器，为了便于对应，每个处理器可以处理一个或多个模块，服务器由多个处理器连接组成。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种协同仿真系统，其特征在于，所述协同仿真系统包括

目标计算模块和轨道计算模块，所述目标计算模块运行第一仿真，所述轨道计算模块运行第二仿真；

图像处理模块，对第一仿真和第二仿真后的数据运行第三仿真；

导航制导与控制模块，对运行第三仿真后的数据运行第四仿真；

动力模块，对运行第四仿真后的数据运行第五仿真；

结构动力学模块，对运行第五仿真后的数据运行第六仿真；

电气模块，对运行第四仿真后的数据运行第七仿真；

可视化模块，分别对运行第三仿真、第四仿真、第五仿真及第七仿真后的数据运行第八仿真；

所述图像处理模块还对运行第六仿真后的数据运行第三仿真，所述导航制导与控制模块还对运行第六仿真后的数据运行第四仿真，两次第三仿真的数据相互验证或拟合，

两次第四仿真的数据相互验证或拟合，四次第八仿真的数据相互验证或拟合后输入分配显示模组，所述分配显示模组用于将仿真后的数据按需输入至多个显示终端，

所述第一仿真采集目标位置数据、速度数据，所述第二仿真采集目标轨道位置数据、目标轨道速度数据及目标轨道姿态数据，

所述第三仿真运行得到高度视线角数据和方位视线角数据；

所述第四仿真运行得到轨道控制加速度数据和姿态控制加速度数据；

所述第五仿真运行得到推力数据；

所述第六仿真运行得到俯仰变形角度数据、偏航变形角度数据及滚转变形角度数据；

所述第七仿真运行得到电压数据、电流数据及功率数据，所述第八仿真采集三维可视化视频图像。

2.根据权利要求1所述一种协同仿真系统，每个显示终端至少运行得到一个模块的仿真数据。

3.根据权利要求1所述一种协同仿真系统，其特征在于，各个模块具有同步的时钟、统一的数据格式及统一的通讯接口协议。

4.一种包括如权利要求1-3任一项所述协同仿真系统的服务器，其特征在于，所述服务器包括至少一个处理器，每个处理器至少包括一个模块。