CN108629102A - 数字飞行器同步与时间推进源代码人工智能书写方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字飞行器同步与时间推进源代码人工智能书写方法。该方法包括：第一步，将数字飞行器所对应的仿真系统和组成部件进行维分解划分，并根据仿真任务需求配置数字飞行器的仿真程序；第二步，将所有的所述仿真程序的仿真过程划分为初始化、注册、等待、有效操作、完成五个阶段；第三步，将所述等待、有效操作、完成三个阶段置于所述仿真程序主循环中；第四步，同步管理程序接收各仿真程序的信息，根据仿真阶段完成情况，发送同步或推进指令。本发明考虑已有分布式仿真协议的基础，设计具备通用性和可扩展性的分布式仿真程序，计算机可根据分布式仿真程序的设计需求，自动完成仿真联邦间同步与推进源代码的书写。

Description

数字飞行器同步与时间推进源代码人工智能书写方法

技术领域

本发明涉及人工智能和卫星测控技术领域，特别涉及一种数字飞行器同步与时间推进源代码人工智能书写方法。

背景技术

飞行器包括但不限于飞机、导弹、卫星、航天飞船。受限设计制造的周期和成本，对于每一个飞行器的设计方案或控制方法都制造一个真实实物进行飞行验证是不现实的，数字仿真为飞行器设计方案或控制方法提供一种高精度模拟验证手段。

飞行器具备复杂性、庞大性和高度综合性的特点，许多问题依靠单个仿真系统已经无法解决，必须依靠多个仿真系统进行联合协同仿真，此时多个仿真系统联邦间的同步与时间推进问题尤为重要。

对于包含分布式仿真或嵌入式仿真时间同步和推进功能在内的分布式仿真协议已有HLA等很多成熟方案，但传统方法都是针对每个分布式仿真需求，采用一种分布式仿真协议重新开发一套飞行器仿真系统，开发工作量大，重复工作量高。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种数字飞行器同步与时间推进源代码人工智能书写方法,本发明在吸收已有分布式仿真协议的基础上，设计具备通用性和可扩展性的分布式仿真同步和时间推进方案，计算机可根据分布式仿真系统的设计需求自动完成仿真联邦间同步与推进源代码的书写。

本发明实施例提供数字飞行器同步与时间推进源代码人工智能书写方法，该方法包括：第一步，将数字飞行器所对应的仿真系统和组成部件进行维分解划分，并根据仿真任务需求配置数字飞行器的仿真程序；

第二步，将所有的所述仿真程序的仿真过程划分为初始化、注册、等待、有效操作、完成五个阶段；所述有效操作包括数据注入、静态操作和动态操作三个部分；所述静态操作包括主动发送、被动发送和接受三个阶段；所述动态操作包括数据归档、时间累积和动态步进三个阶段；

第三步，将所述等待、有效操作、完成三个阶段置于所述仿真程序主循环中；在等待阶段，等待函数接收同步管理程序的开始下一步长信息；在完成阶段，完成一次循环后发送步长完成信息；

第四步，同步管理程序接收各仿真程序的信息，根据仿真阶段完成情况，发送同步或推进指令。

在一个实施例中，所述数字飞行器所对应的仿真系统进行维分解划分，包括：

天体解算程序、环境动力学解算程序、热场电场磁场解算程序和地面站程序；

所述数字飞行器的组成部件进行维分解划分，包括：敏感器程序、控制器程序、执行机构程序、接口箱程序和数传管理系统程序。

在一个实施例中，根据仿真任务需求配置数字飞行器的仿真程序，包括：

根据仿真需求，将数字飞行器配置为单机仿真版本、分布式仿真版本或嵌入式仿真版本，并书写仿真程序配置头文件。

在一个实施例中，所述将数字飞行器配置为单机仿真版本，包括：

将所述数字飞行器的所有程序集成在一个仿真程序中，得到一个可执行程序。

在一个实施例中，所述将数字飞行器配置为分布式仿真版本，包括：

将所述数字飞行器按照仿真系统组成划分成多个子程序，每个子程序分别作为一个仿真程序，同步管理程序对多个所述子程序进行仿真同步与时间推进管理。

在一个实施例中，所述将数字飞行器配置为嵌入式仿真版本，包括：

将所述数字飞行器按照组成部件划分多个子程序，每个子程序分别作为一个仿真程序，同步管理程序对多个所述子程序进行仿真同步与时间推进管理。

在一个实施例中，所述有效操作包括数据注入、静态操作和动态操作三个部分，所述三个部分的实现过程为：

(1)所有的所述仿真程序的主函数的源代码一致，使用条件编译区隔不同的代码片段，使用宏定义启用相应的代码片段；

(2)初始化阶段，所有的所述仿真程序读取配置文件的参数，完成初始化操作；

(3)注册阶段，所有的所述仿真程序向同步管理程序发送注册信息；

(4)等待阶段，所有的所述仿真程序等待同步管理程序发送的开始下一步长信息；

(5)数据注入阶段，所有的所述仿真程序接收并转发注入的仿真工况数据；

(6)静态操作阶段，所有的所述仿真程序主动发送数据信息，根据指令被动发送数据信息，接收发送给自身的数据信息；

(7)动态操作阶段，所有的所述仿真程序进行仿真数据归档，仿真时间步进单位时长，并进行自身的动态步进。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的数字飞行器同步与时间推进源代码人工智能书写方法，与现有技术相比：

(1)考虑已有分布式仿真协议的基础，采用宏对仿真源代码进行联邦化划分，设计具备通用性和可扩展性的分布式仿真程序、实现同步和时间推进方案；

(2)根据分布式仿真系统的设计需求，计算机可自动完成仿真联邦间同步与推进源代码的书写。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为数字飞行器同步与时间推进分解流程示意图；

图2为管理与时间推进示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供的数字飞行器同步与时间推进源代码人工智能书写方法，参照图1所示，为数字飞行器同步与时间推进分解流程示意图，包括：

第一步，将数字飞行器所对应的仿真系统和组成部件进行维分解划分，并根据仿真任务需求配置数字飞行器的仿真程序；

第二步，将所有的所述仿真程序的仿真过程划分为初始化、注册、等待、有效操作、完成五个阶段；所述有效操作包括数据注入、静态操作和动态操作三个部分；所述静态操作包括主动发送、被动发送和接受三个阶段；所述动态操作包括数据归档、时间累积和动态步进三个阶段；

第三步，将所述等待、有效操作、完成三个阶段置于所述仿真程序主循环中；在等待阶段，等待函数接收同步管理程序的开始下一步长信息；在完成阶段，完成一次循环后发送步长完成信息；

第四步，同步管理程序接收各仿真程序的信息，根据仿真阶段完成情况，发送同步或推进指令。

参照图1所示，下面分别对上述步骤做详细的说明：

1.第一步，将数字飞行器所对应的仿真系统和组成部件进行维分解划分，并根据仿真任务需求配置数字飞行器的仿真程序；

以程序名称为联邦进行举例说明：

采用合适的维分解方法对将数字飞行器的组成进行划分，并根据仿真任务需求配置数字飞行器的仿真联邦的实现过程为：

(1)按照系统维对数字飞行器进行划分；

(1.1)数字飞行器按仿真系统组成划分，包括天体解算联邦(CELEBODY)、环境动力学解算联邦(DYNAMIC)、热场电场磁场解算联邦(FIELDS)、地面站联邦(EARTHRADAR)；

(1.2)数字飞行器按照部件划分，包括敏感器联邦(SENSOR)、控制器联邦(ADCS)、执行机构联邦(ACTUATOR)、接口箱联邦(BOX)、数传管理系统联邦(CMU)；

(2)根据仿真需求，将数字飞行器配置为单机仿真版本、分布式仿真版本或嵌入式仿真版本，并书写联邦配置头文件；

(2.1)根据仿真目的决定仿真需求并配置数字飞行器。仿真目的包括但不限于飞行器一般飞行演示、飞行器子系统仿真和性能评估、飞行器某真实部件在回路仿真测试、飞行器故障模式仿真测试等；

(2.2)配置为单机仿真版本，即数字飞行器的所有联邦都集成在一个仿真程序中，最终得到一个可执行程序。因为此时只有一个仿真联邦，无需同步管理程序进行仿真同步与时间推进管理；

(2.3)配置为分布式仿真版本，即将数字飞行器按照仿真系统组成划分联邦，每个联邦分别作为一个仿真程序，同步管理程序对这些联邦进行仿真同步与时间推进管理；

(2.4)配置为嵌入式仿真版本，即将数字飞行器按照部件划分联邦，每个联邦分别作为一个仿真程序，同步管理程序对这些联邦进行仿真同步与时间推进管理；

(2.5)数字飞行器的每个仿真联邦均包含一个联邦配置头文件(FederalNo.h)，该文件通过人工智能书写方法书写，文件中书写内容包括联邦所需CAN总线ID声明头文件、联邦标识符宏定义、联邦包含的部件、联邦依赖的其他联邦个数和列表、联邦与其所依赖联邦的依赖关系列表、全局仿真总线个数、联邦内部仿真总线个数、联邦内部总线编号对应的全局编号、全局总线编号对应联邦内部总线编号、总线传输方式、总线与联邦的二维连接关系、总线名称与编号、联邦内CAN总线个数、联邦内部CAN总线对应全局CAN总线个数、联邦内CAN总线连接最大成员个数、全局CAN总线连接最大成员个数、联邦内CAN成员的全局编号、联邦内CAN总线缓冲区编号；

其中，联邦所需CAN总线ID声明头文件书写为头文件包含语句，头文件名称遵循事先约定的命名方式，包括但不限于“联邦名称+联邦编号+固定字符串”等方式；

联邦标识符宏定义为该联邦自身名字的定义，联邦事先由人命名，然后遵循确定的书写方式书写，如“#define联邦名称”；

联邦包含的部件由程序自动统计本联邦所包含的所有部件，然后逐一列写；

联邦依赖的其他联邦个数和列表、联邦与其所依赖联邦的依赖关系列表由程序自动统计并逐一书写。遍历除本联邦外的所有其它联邦，若本联邦依赖该联邦，则依赖个数计数加一，并将对应的依赖关系写为“1”，表明依赖；对于本联邦不依赖的联邦，依赖个数不变，并将对应的依赖关系写为“0”，最终依赖关系为一个由“0”和“1”组成的数组。

全局仿真总线个数、联邦内部仿真总线个数由程序自动统计并写出。

联邦内部总线编号对应的全局编号、全局总线编号对应联邦内部总线编号由程序根据全局总线编号，联邦内部总线编号和联邦包含总线三个数据表的数据关系自动统计并书写。

总线传输方式由程序根据人员配置的总线传输协议自动书写，包括但不限于“UDP”、“Pipe”等传输方式；

总线与联邦的二维连接关系由程序自动统计各总线连接的部件所属的联邦名称，然后以联邦名称为一维、总线编号为2维，列写2维数组，数组中第i行第j列元素的取值反应总线i与联邦j的连接关系，为“1”则表示该总线连接该联邦，为“0”则表示该总线不连接该联邦。

总线名称与编号由人事先给定，程序根据人的给定结果直接书写。

联邦内CAN总线个数、联邦内部CAN总线对应全局CAN总线个数、联邦内CAN总线连接最大成员个数、全局CAN总线连接最大成员个数、联邦内CAN成员的全局编号、联邦内CAN总线缓冲区编号均由程序根据CAN总线与联邦的连接关系进行统计后书写。

2.将各联邦的仿真过程划分为初始化、注册、等待、有效操作、完成五个阶段，其中有效操作包括数据注入、静态操作和动态操作三个部分，静态操作包括主动发送、被动发送和接受三个部分，动态操作包括数据归档、时间累积和动态步进三个部分的实现过程为：

(1)各联邦的主函数的源代码一致，使用条件编译区隔不同的代码片段，使用宏定义启用相应的代码片段；

(1.1)使用条件编译区隔不同的代码片段。条件编译是一段特殊代码，当该代码的条件满足时其所包含的代码才能够得以编译。

以初始化代码片段为例，初始化代码片段包含仿真程序所有的系统和部件的初始化代码，则初始化代码片段书写为：

如果定义了敏感器，敏感器初始化；

如果定义了执行机构，执行机构初始化；

(1.2)在联邦配置头文件中，根据联邦包含的仿真模块书写宏定义语句。如某联邦包含敏感器模块，则宏定义书写为：

定义，敏感器

表明该联邦包含敏感器模块。此时，该联邦所有宏定义中凡是定义敏感器的条件编译语句均被使能，其包含的代码片段可以被编译；

(2)初始化阶段，各联邦读取配置文件的参数，完成初始化操作；

(3)注册阶段，各联邦向同步管理程序发送注册信息；

(4)等待阶段，各联邦等待同步管理程序发送的开始下一步长信息；

(5)数据注入阶段，各个联邦接收并转发注入的仿真工况数据；

(6)静态操作阶段，各个联邦主动发送数据信息，根据指令被动发送数据信息，接收发送给自身的数据信息；

(7)动态操作阶段，各联邦进行仿真数据归档，仿真时间步进单位时长，并进行自身的动态步进。

(7.1)仿真时间步进的单位时长在仿真开始前人为设置，通过读取配置文件在初始化阶段完成赋值；

(7.2)可供归档的仿真数据包括敏感器的敏感值、温度、电压、电流，执行机构的输出力、力矩，控制器的当前飞行模式字、当前飞行方式字，各部件的开关状态等。归档数据发送给归档程序，由归档程序写入数据库；

(7.3)自身的动态步进包括敏感器、执行机构、控制器和各子系统的步进计算，如陀螺的常值漂移量计算和推进系统的气瓶压力计算。计算步长与主循环中步进的单位时长一致；

3.将等待、有效操作、完成三个阶段置于仿真主循环中。在等待阶段，等待函数接收同步管理程序的开始下一步长信息；在完成阶段，完成一次循环后发送步长完成信息的实现过程为：

(1)通过循环实现仿真历程的步进，其中初始化、注册两个阶段在循环之外，等待、有效操作、完成三个阶段在循环之内，将“仿真结束标志符为真”作为循环跳出条件；

(1.1)仿真开始后，在初始化阶段，仿真结束标识符初始化为“假”；

(1.2)当仿真满足结束条件时，仿真结束标识符赋值为“真”；

(1.3)当仿真达到预设的时间时，仿真结束标识符赋值为“真”；

(2)仿真开始后，各联邦完成自身初始化，然后向同步管理程序发送注册信息，并进入循环中的等待阶段；

(2.1)注册信息如下表一所示；

表一

内容	包头	包长度	联邦序号
				长度	1byte	1byte	1byte
值	0xFF	3	i(根据实际联邦序号累加计数取值)

(2.2)注册信息中的包头和包长度为固定值，联邦序号根据该联邦的实际序号赋值；

(3)等待阶段，仿真联邦的线程挂起，循环停止，直到接收到同步管理程序发送的开始下一步长信息后，然后执行等待阶段后的有效操作阶段和完成阶段；

(3.1)有效操作阶段中，进行数据注入、静态操作和动态操作。静态操作包括主动发送、被动发送和接受，动态操作包括数据归档、时间累积和动态步进；

(3.2)完成阶段中，联邦向同步管理程序发送步长完成信息；

(4)执行完成阶段完毕后，返回循环起点，进入等待阶段；

(5)重复步骤(3)和步骤(4)的仿真推进过程，直到仿真结束标识符为真。

4.同步管理程序接收各仿真联邦的信息，根据仿真阶段完成情况，发送同步或推进指令的实现过程为：

(1)同步管理程序接收各仿真联邦的注册信息，并回复包含仿真联邦序号的信息；

(1.1)同步管理程序打开与各仿真联邦的通信端口，清空通信缓冲区；

(1.2)同步管理程序接收各仿真联邦消息发送的注册信息，信息内容包括联邦所运行的主机IP地址、系统时间；

(1.3)收到某个仿真联邦发送的注册信息后，同步管理程序向该联邦回复指令，指令内容包括包头、包长度、联邦序号。联邦序号根据接收到的仿真联邦的注册信息的条数，从1开始累加，直到达到本次仿真的最大联邦个数。本次仿真的最大联邦个数在仿真开始前已经由用户通过仿真配置确定。指令格式如表二所示；

表二

内容	包头	包长度	联邦序号
				长度	1byte	1byte	1byte
值	0xFF	3	i(根据实际联邦序号累加计数取值)

(2)同步管理程序接收各仿真联邦的步长完成信息，当收到所有联邦的步长完成信息后，逐一回复开始下一步长指令；

(3)重复步骤(1)和(2)直至程序关闭。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.数字飞行器同步与时间推进源代码人工智能书写方法，其特征在于，包括：

第一步，将数字飞行器所对应的仿真系统和组成部件进行维分解划分，并根据仿真任务需求配置数字飞行器的仿真程序；

第二步，将所有的所述仿真程序的仿真过程划分为初始化、注册、等待、有效操作、完成五个阶段；所述有效操作包括数据注入、静态操作和动态操作三个部分；所述静态操作包括主动发送、被动发送和接受三个阶段；所述动态操作包括数据归档、时间累积和动态步进三个阶段；

第三步，将所述等待、有效操作、完成三个阶段置于所述仿真程序主循环中；在等待阶段，等待函数接收同步管理程序的开始下一步长信息；在完成阶段，完成一次循环后发送步长完成信息；

第四步，同步管理程序接收各仿真程序的信息，根据仿真阶段完成情况，发送同步或推进指令。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数字飞行器所对应的仿真系统进行维分解划分，包括：

天体解算程序、环境动力学解算程序、热场电场磁场解算程序和地面站程序；

所述数字飞行器的组成部件进行维分解划分，包括：敏感器程序、控制器程序、执行机构程序、接口箱程序和数传管理系统程序。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据仿真任务需求配置数字飞行器的仿真程序，包括：

根据仿真需求，将数字飞行器配置为单机仿真版本、分布式仿真版本或嵌入式仿真版本，并书写仿真程序配置头文件。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将数字飞行器配置为单机仿真版本，包括：

将所述数字飞行器的所有程序集成在一个仿真程序中，得到一个可执行程序。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将数字飞行器配置为分布式仿真版本，包括：

将所述数字飞行器按照仿真系统组成划分成多个子程序，每个子程序分别作为一个仿真程序，同步管理程序对多个所述子程序进行仿真同步与时间推进管理。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将数字飞行器配置为嵌入式仿真版本，包括：

将所述数字飞行器按照组成部件划分多个子程序，每个子程序分别作为一个仿真程序，同步管理程序对多个所述子程序进行仿真同步与时间推进管理。