CN109557898A - 一种用于各型无人机地面控制站的通用系统综合验证设备 - Google Patents

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龚瑞
丁勇飞
张哲聪
刘国梁
尚航
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0208—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the configuration of the monitoring system
    • G05B23/0213—Modular or universal configuration of the monitoring system, e.g. monitoring system having modules that may be combined to build monitoring program; monitoring system that can be applied to legacy systems; adaptable monitoring system; using different communication protocols

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Abstract

本发明公开了一种用于各型无人机地面控制站的通用系统综合验证设备，包括测试计算机、接口设备和测试软件；测试软件包括ICD管理模块、数据通道管理模块、数据激励模块、数据监控模块。本发明的验证设备针对地面控制站通信接口特点，设计了一套覆盖地面控制站所有通信通道的系统综合验证设备，可实现对地面控制站单元级与系统级数据激励和数据接收等测试验证功能，满足地面控制站于系统集成、联试、验收等研发阶段的测试需求，保障地面控制站型号项目的研制进展。

Description

一种用于各型无人机地面控制站的通用系统综合验证设备
技术领域
本发明属于无人系统测试验证技术领域，具体涉及一种用于各型无人机地面控制站的通用系统综合验证设备。
背景技术
无人机作为新世纪以来发展最为蓬勃的飞行器，正在越来越广泛、越来越深入地影响和改变着世界新军事变革的模式和进程。在未来，无人机作为智能化的侦察监视和火力打击手段，将与有人机和其他作战单元共同组成空天作战体系并成为其中重要的作战力量。地面控制站作为无人机系统“机—站—链”中一环，承担着对无人机飞行任务规划、飞行状态监视和操控、任务载荷操控等任务，是实现无人机系统指挥控制、接入体系化联合作战的关键节点。
目前国内正大力开展无人机系统技术研发，各型无人机系统相继进入试飞或型号鉴定等阶段，为支撑适配各型无人机的地面控制站设计、制造、集成、联试、验收等阶段测试验证工作，需开展针对无人机地面控制站系统综合验证设备的技术研究。
发明内容
发明目的
随着无人机体系化联合作战的发展，针对各型地面控制站在研发过程中的测试验证需求，本专利目的是设计开发一套通用的系统综合验证设备，满足各型地面控制站的测试验证要求，避免各型地面控制站测试设备的独立、重复开发，缩短各型地面控制站的研制时间。
发明技术解决方案
为了实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：
一种用于各型无人机地面控制站的通用系统综合验证设备，包括测试计算机、接口设备和测试软件；测试软件包括包括显示模块、数据存储模块、ICD管理模块、数据通道管理模块、数据激励模块、数据监控模块；数据通道管理模块实现对验证设备硬件接口通道选取以及初始化设置功能；数据激励模块主要用来模拟机载各分系统状态、参数等数据实现对无人机地面控制站的数据激励功能，数据激励模块针对各类不同数据类型采用基于通用数据帧格式实现数据的仿真激励功能；数据监控模块用于对无人机地面控制站遥控指令数据接收、解析以及显示，并且可对收到遥控指令进行处理以及回报指令。
优选的，ICD管理模块包括ICD导入、导出模块，ICD可视化编辑模块；ICD导入模块具备读取ICD描述文件生成定义的ICD数据结构功能和将ICD文件中的各个字段的值信息读取到ICD数据结构功能；ICD导出模块具备将ICD数据结构导出成ICD描述文件功能；ICD可视化编辑模块在可视化操作的前提下提供数据格式定义编辑以及字段属性编辑功能。
优选的，可视化操作通过数据格式定义编辑器实现。
优选的，数据激励模块对各类数据的仿真激励功能通过如下流程实现：a.通用数据帧格式定义ICD定义/外部ICD导入；b.数据激励场景配置；c.数据激励场景执行。
优选的，数据监控模块可实现：a.接收数据的展示，数据以列表形式展示，数据包含时间信息、数据流向信息、ICD信息、通道信息、回报相关信息和原始十六进制码流信息；b. 数据解析，当用户选择某个数据记录时，在消息解释窗口中能够给出解析消息的详细内容； c.监控控制，通过按钮控制功能的开始、启动和停止。
优选的，数据通道配置界面向用户提供了以下操作接口：新建数据通道、删除数据通道、启动数据通道、停止数据通道、配置数据通道、配置数据通道绑定表、重命名数据通道。
优选的，数据通道配置包含了UDP通道、UDP组播通道、串口通道、DDS通道。
优选的，测试计算机上设置有千兆网卡、同步RS422板卡、异步RS422板卡、ASI输出卡、光端机；光端机的光口与被测系统的FC/PC接口连接。
本发明的优点
本发明的优点在于：
(1)针对地面控制站通信接口特点，设计了一套覆盖地面控制站所有通信通道的系统综合验证设备，可实现对地面控制站单元级与系统级数据激励和数据接收等测试验证功能，满足地面控制站于系统集成、联试、验收等研发阶段的测试需求，保障地面控制站型号项目的研制进展。
(2)针对各型地面控制站间数据接口协议的差异，采用配置文件软件动态加载设计实现与数据接口协议的解耦，支持系统综合验证设备可兼容各型地面控制站，解决了各型地面控制站测试验证设备需独立设计开发导致的耗时耗力问题，加快各型地面控制站的研制进度。
附图说明
图1为系统综合验证环境框架图。
图2为系统综合验证环境工作原理示意图。
图3为系统综合验证环境硬件接口示意图。
图4为OSGI组件管理架构图。
图5为数据内容编辑器界面示意图。
图6为字段属性编辑器界面示意图。
图7为数据通道配置界面示意图。
图8为数据激励模块的仿真激励功能实现的流程图。
图9为数据激励场景模块界面示意图。
图10为数据监控界面示意图。
具体实施方式
结合发明内容概述和附图，详细说明本发明的具体实施方式。
总体设计
为实现对无人机地面控制站的系统级与单元级的功能和性能测试，设计整个系统综合验证环境架构图如图1所示。
系统综合验证环境通过在与无人机地面控制站的通信接口上模拟各类数据、视频、态势等激励并接收无人机地面控制站转发处理的控制指令、视频图像，验证被测系统的功能、性能指标，保证被测系统功能的完整性、正确性、可靠性以及确保各项性能符合设计指标。
硬件设计
系统综合验证环境主要由测试计算机、接口设备以及测试软件组成：
测试计算机满足配置：PCIe架构，I7-6700CPU，8G内存，1T SSD存储，Windows 7操作系统；千兆网卡，提供8路10M/100M/1000M自适应以太网卡；同步RS422板卡，提供4 路同步RS422接口，PCI插槽；异步RS422板卡，提供16路异步RS422接口，PCI插槽；ASI 输出卡，包含1路ASI输出接口；光端机，提供1路1000M网口和1路FC/PC光纤接口。
系统综合验证环境硬件接口示意图如图3所示。
同步RS422板卡提供4路同步RS422接口，同步RS422板卡满足如下要求：效能最高超过700Kbps的数据吞吐量；支持串口通信速率最高可达921.6Kbps；128位FIFO和集成芯片的软、硬件流控；通过PCI可兼容3.3/5V PCI和PCI-X；接口电平支持RS422差分电平；支持4路同步RS422接口数据发送和接收。
异步RS422板卡提供16路异步RS422接口，异步RS422板卡满足如下要求：主机接口PCIE X1；波特率最高支持921.6kbps；每通道有128Byte的FIFO；支持硬件流控和软件流控；支持16路RS232/422/485接口；驱动支持Windows、Linux和Unix操纵系统；板卡支持15kV的静电保护和4KV的浪涌保护。
ASI板卡提供2路ASI接口，ASI板卡满足如下要求：2个独立的DVB-ASI接口输出；支持双缓冲输出；0-214Mbit/s可编程比特率；双16M缓冲区，以补偿PCI和软件延迟；支持硬件辅助的空包插入；支持连续模式或突发模式；PCI rev2.2,32bit，33M/66M总线接口。
使用两块4口千兆网卡提供八路千兆网络接口，千兆网卡满足如下要求：插槽接口PCIe X4；支持4个千兆网口；4端口互相独立，线速使用；兼容10M/100M/1000M，全双工/ 半双工自适应。
软件设计
1.软件框架设计
软件开发按照模块化分层设计，分为UI层、控制层、数据层、硬件控制层：
UI层是软件的人机交互界面，用户通过UI层可以配置测试项、查看测试结果、监控测试中数据信息；
控制层主要是设备硬件资源和软件模块的调用方法，按照模块化设计，通过每种资源的类的对象，实现对硬件接口的控制和软件模块功能实现；
数据层主要是对原始数据的处理，包含硬件采集信息的转换、数据的监控和记录、数据的逻辑判断处理等；
硬件控制层主要是设备硬件的驱动函数，由各硬件资源厂商提供。
1.软件按组件化框架
当一个软件项目开发过程中，需要添加一些新的功能，我们通常希望在不修改原有的应用程序情况下，将新添加的功能植入到系统中，这就是所谓的组件化，新增加的功能模块就叫组件。
组件化能大大的降低模块间的耦合性，有利于各模块的独立维护，加快项目的维护更新。使用组件技术能够在分析、设计、开发、项目计划、协作生产和产品扩展等很多方面带来好处：结构清晰、易于理解；易修改、可维护性强；可移植性强、重用力度大；结构容易调整；组件之间的耦合度较低；可以在软件开发的过程中修改应用程序；灵活多变的软件开发方式。
系统综合验证环境采用基于OSGi的SOA组件化技术实现组件化设计，OSGi是一个通用的面向服务的组件管理框架，由OSGi联盟设计和维护。其架构如图4所示。
3.ICD管理模块设计
系统综合验证环境采用自定义格式的XML形式实现将ICD(Interface ControlDocument 接口控制文件)转变为通用文件格式实现对多型无人机地面控制站的兼容。其中ICD管理模块主要包括ICD导入导出模块、ICD可视化编辑模块等。
ICD导入模块具备读取ICD描述文件生成定义的ICD数据结构功能。具备指定将ICD文件中的各个字段的值信息读取到ICD数据结构功能；ICD导出模块具备将ICD数据结构导出成ICD描述文件功能。
ICD可视化编辑模块在可视化操作的前提下提供数据格式定义编辑以及字段属性编辑功能。
数据格式定义编辑器提供以可视化的方式构造数据格式的能力，在数据格式定义完成后，可以在数据内容编辑器中修改各个数据字段的内容，其界面示例如图5所示。
字段属性编辑器以树形结构的方式提供数据字段属性的显示界面，提供通过xml字符串或者xml文件的方式配置字段属性编辑器的显示内容，xml配置中可以配置每个属性项的显示方式、编辑方式以及编辑限制。字段属性编辑器界面如图6所示。
字段属性结构实现对数据字段的所有属性的封装，用于数据格式定义编辑器、数据内容编辑器与字段属性编辑器之间的交互。字段属性采用键值对的形式存储数据，提供根据键值设置属性或根据键值获取属性的方法。每个键值都有其特定的属性含义，其中系统内置定义键值如表1：
表1
2.数据通道管理模块设计
系统综合验证环境采用将所有硬件相关操作集中到硬件管理模块方式，实现软件设计的高内聚和低耦合，同时也提升人机工效体验、方便用户操作。数据通道配置通过菜单中的相关菜单项或树形结构上相关节点的快捷菜单进行操作。数据通道配置界面向用户提供了以下操作接口：新建数据通道；删除数据通道；启动数据通道；停止数据通道；配置数据通道；配置数据通道绑定表；重命名数据通道。
数据通道配置包含了UDP通道、UDP组播通道、串口通道、DDS通道等四类通道配置部分，其界面如图7所示。
数据激励模块
数据激励模块(即数据仿真模块)主要用来模拟机载各分系统状态、参数等数据实现对无人机地面站的数据激励功能，数据激励模块针对各类不同数据类型采用基于通用数据帧格式实现数据的仿真激励功能，各类数据的仿真激励功能可以基于以下通用流程实现，流程图见图8：a.通用数据帧格式定义ICD定义/外部ICD导入；b.数据激励场景配置，包括 ICD数据编辑、字段策略配置、激励策略配置；c.数据激励场景执行，单次或周期发送。
数据激励场景模块可支持多个数据激励场景的管理，每个数据激励场景可包含多个激励项，激励项可自由分组，方便用户对激励项进行分类组织和查看，数据激励场景模块界面如图9所示。
数据激励场景模块主要具备以下功能：
激励项信息的显示
可显示包括激励项名称、激励项相关ICD、数据通道信息、发送周期信息、以及当前发送的次数。用户可以点击单次发送来发送相应的数据。通过启用复选框，用户可进一步控制管理激励。
发送数据记录
记录场景执行过程中所发送的所有数据信息，包括数据的ICD信息、时间信息。用户可以选择其中的某一条记录，将调用ICD导入模块的功能完成数据解析，并将解析的结果显示在右侧的编辑框中，解析结果包含消息各个字段的数值。
场景执行控制
场景执行控制包含执行场景命令、暂停场景命令、继续执行场景命令、停止场景命令。
3.数据监控模块
数据监控模块具备对无人机地面控制站遥控指令数据接收、解析以及显示功能，并且可支持对收到遥控指令进行处理以及回报指令的功能。数据监控模块界面如图10所示：
数据监控模块主要具备以下功能：
接收数据的展示
数据以列表形式展示，包含时间信息、数据流向信息、ICD信息、通道信息、回报相关信息和原始十六进制码流信息。
数据解析
当用户选择某个数据记录时，在消息解释窗口中能够给出解析消息的详细内容。
监控控制
包括开始、停止、暂停控制。通过按钮控制功能的开始、启动和停止。
综合验证设备对收、发数据具备记录功能，测试过程中收、发数据都被记录，便于后期的结果分析；综合验证设备未实现全自动化和智能化，仍需要测试人员参与并判断被测设备是否满足要求。

Claims (8)

1.一种用于各型无人机地面控制站的通用系统综合验证设备，其特征在于：包括测试计算机、接口设备和测试软件；测试软件包括显示模块、数据存储模块、ICD管理模块、数据通道管理模块、数据激励模块、数据监控模块；数据通道管理模块实现对验证设备硬件接口通道选取以及初始化设置功能；数据激励模块主要用来模拟机载各分系统状态、参数等数据实现对无人机地面控制站的数据激励功能，数据激励模块针对各类不同数据类型采用基于通用数据帧格式实现数据的仿真激励功能；数据监控模块用于对无人机地面控制站遥控指令数据接收、解析以及显示，并且可对收到遥控指令进行处理以及反馈指令执行回报指令。
2.如权利要求1所述的一种用于各型无人机地面控制站的通用系统综合验证设备，其特征在于：ICD管理模块包括ICD导入、导出模块，ICD可视化编辑模块；ICD导入模块具备读取ICD描述文件生成定义的ICD数据结构功能和将ICD文件中的各个字段的值信息读取到ICD数据结构功能；ICD导出模块具备将ICD数据结构导出成ICD描述文件功能；ICD可视化编辑模块在可视化操作的前提下提供数据格式定义编辑以及字段属性编辑功能。
3.如权利要求2所述的一种用于各型无人机地面控制站的通用系统综合验证设备，其特征在于：可视化操作通过数据格式定义编辑器实现。
4.如权利要求1所述的一种用于各型无人机地面控制站的通用系统综合验证设备，其特征在于，数据激励模块对各类数据的仿真激励功能通过如下流程实现：a.通用数据帧格式定义ICD定义/外部ICD导入；b.数据激励场景配置；c.数据激励场景执行。
5.如权利要求1所述的一种用于各型无人机地面控制站的通用系统综合验证设备，其特征在于，数据监控模块可实现：a.接收数据的展示，数据以列表形式展示，数据包含时间信息、数据流向信息、ICD信息、通道信息、回报相关信息和原始十六进制码流信息；b.数据解析，当用户选择某个数据记录时，在消息解释窗口中能够给出解析消息的详细内容；c.监控控制，通过按钮控制功能的开始、启动和停止。
6.如权利要求1所述的一种用于各型无人机地面控制站的通用系统综合验证设备，其特征在于，数据通道配置界面向用户提供了以下操作接口：新建数据通道、删除数据通道、启动数据通道、停止数据通道、配置数据通道、配置数据通道绑定表、重命名数据通道。
7.如权利要求6所述的一种用于各型无人机地面控制站的通用系统综合验证设备，其特征在于，数据通道配置包含了UDP通道、UDP组播通道、串口通道、DDS通道。
8.如权利要求1所述的一种用于各型无人机地面控制站的通用系统综合验证设备，其特征在于，测试计算机上设置有千兆网卡、同步RS422板卡、异步RS422板卡、AS I输出卡、光端机；光端机的光口与被测系统的FC/PC接口连接。
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