CN112182769B - 柔性半实物仿真方法、装置及计算机存储介质、电子设备 - Google Patents

柔性半实物仿真方法、装置及计算机存储介质、电子设备 Download PDF

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Abstract

柔性半实物仿真方法、装置及计算机存储介质、电子设备，包括：根据预先制定的仿真工况表确定批量仿真的起始工况号；依次启动各仿真硬件设备，按预先在配置文本中确定的仿真参数读取所述仿真工况表中各仿真工况对应的数据；在一键式自动仿真启动后，根据所述起始工况号进行仿真计算；在当前工况仿真结束自动转入下一仿真工况，直至所述批量仿真的所有仿真工况完成仿真；批量化读取各仿真工况的仿真数据。采用本申请中的方案，通过对选定工况的批量化自动仿真，实现了对仿真工况的自动仿真与数据结果自动分析，精简了试验操作并显著提高试验效率。

Description

柔性半实物仿真方法、装置及计算机存储介质、电子设备
技术领域
本申请涉及运载火箭控制技术，具体地，涉及一种柔性半实物仿真方法、装置及计算机存储介质、电子设备。
背景技术
半实物仿真作为飞控系统方案设计可行性、飞控软件编写正确性的有效验证手段，是控制系统设计中不可或缺的重要环节。它是一种硬件在环实时技术，把实物利用计算机接口嵌入到软件环境中去，并要求系统的软件和硬件都实时运行，从而模拟整个系统的飞行状态。
由于控制系统半实物仿真涉及箭地设备及仿真模拟设备较多，不同设备之间IO接口不一致，通讯方式也不尽相同，涵盖1553B总线、以太网、光纤、串口等，部分设备接口因传输机理差异，其通讯内容长度及通讯速度也会对仿真性能造成影响，加上半实物仿真状态多样化、状态切换也相对频繁，因此IO接口的快速接入及状态频繁切换适配成为仿真系统的一大考验。
以往传统的飞控仿真验证采取的手段是针对特定任务下的既定仿真工况逐一进行仿真，除包含较多重复工作外仿真操作流程也相对繁琐，若按以往仿真步骤，每条仿真都需执行开始、结束、存储等一系列繁琐人机操作，且需时刻关注仿真是否结束，整个半实物仿真试验费时费力，效率低周期长，急需改进完善系统以充分释放人力资源、缩短研制周期。
发明内容
本申请实施例中提供了一种柔性半实物仿真方法、装置及计算机存储介质、电子设备，以解决上述技术问题。
根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种柔性半实物仿真方法，包括如下步骤：
根据预先制定的仿真工况表确定批量仿真的起始工况号；
依次启动各仿真硬件设备，按预先在配置文本中确定的仿真参数读取所述仿真工况表中各仿真工况对应的数据；
在一键式自动仿真启动后，根据所述起始工况号进行仿真计算；
在当前工况仿真结束自动转入下一仿真工况，直至所述批量仿真的所有仿真工况完成仿真；
批量化读取各仿真工况的仿真数据。
根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种柔性半实物仿真装置，包括：
工况确定模块，用于根据预先制定的仿真工况表确定批量仿真的起始工况号；
设备启动模块，用于依次启动各仿真硬件设备，按预先在配置文本中确定的仿真参数读取所述仿真工况表中各仿真工况对应的数据；
仿真计算模块，用于在一键式自动仿真启动后，根据所述起始工况号进行仿真计算；在当前工况仿真结束自动转入下一仿真工况，直至所述批量仿真的所有仿真工况完成仿真；
结果输出模块，用于批量化读取各仿真工况的仿真数据。
根据本申请实施例的第三个方面，提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述柔性半实物仿真方法的步骤。
根据本申请实施例的第四个方面，提供了一种电子设备，包括存储器、以及一个或多个处理器，所述存储器用于存储一个或多个程序；所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上所述的柔性半实物仿真方法。
采用本申请实施例中提供的柔性半实物仿真方法、装置及计算机存储介质、电子设备，可以在不改软硬件仅更改配置文件的情况下覆盖所有组合仿真状态，且允许自由频繁切换，通过对选定工况的批量化自动仿真，实现了对仿真工况的自动仿真与数据结果自动分析，精简了试验操作并显著提高试验效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请实施例一中柔性半实物仿真方法实施的流程示意图；
图2示出了本申请实施例二中柔性半实物仿真装置的结构示意图；
图3示出了本申请实施例四中电子设备的结构示意图；
图4示出了本申请实施例五中以太网协议配置示意图；
图5示出了本申请实施例五中仿真设备柔性接入的示意图；
图6示出了本申请实施例六中仿真工况设计流程的示意图；
图7示出了本申请实施例七中一键式自动仿真流程示意图。
具体实施方式
针对现有技术存在的技术问题，以柔性适配促进降本增效、自动仿真提升人机交互为目的，改进半实物仿真搭建与试验流程，本申请实施例中提供了一种一键式柔性半实物仿真设计方法。
本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
图1示出了本申请实施例一中柔性半实物仿真方法实施的流程示意图。
如图所示，所述柔性半实物仿真方法包括：
步骤101、根据预先制定的仿真工况表确定批量仿真的起始工况号；
步骤102、依次启动各仿真硬件设备，按预先在配置文本中确定的仿真参数读取所述仿真工况表中各仿真工况对应的数据；
步骤103、在一键式自动仿真启动后，根据所述起始工况号进行仿真计算；
步骤104、在当前工况仿真结束自动转入下一仿真工况，直至所述批量仿真的所有仿真工况完成仿真；
步骤105、批量化读取各仿真工况的仿真数据。
采用本申请实施例中提供的柔性半实物仿真方法，可以在不改软硬件仅更改配置文件的情况下覆盖所有组合仿真状态，且允许自由频繁切换，通过对选定工况的批量化自动仿真，实现了对仿真工况的自动仿真与数据结果自动分析，精简了试验操作并显著提高试验效率。
在一种实施方式中，在启动各仿真硬件设备之前，进一步包括：
通过预先增设的通讯接口协议在配置文件中对各仿真硬件设备的IO接口的状态值进行配置，和/或，对各仿真硬件设备的软硬件进行适配。
在一种实施方式中，所述仿真硬件设备，包括以下一种或多种：
惯性导航模拟设备、卫星导航模拟设备、伺服机构模拟设备。
在一种实施方式中，所述仿真工况表的制定过程包括：
确定飞控制导、姿控设计方案的偏差项；
在标准无扰弹道计算结果的基础上叠加所述偏差项进行模拟打靶；
根据模拟打靶结果确定需要进行半实物仿真考核的偏差工况，形成仿真工况表。
在一种实施方式中，所述方法进一步包括：
根据各仿真工况的仿真数据对仿真工况表中的偏差项进行验证；
在验证通过时，结束仿真；
在验证不通过时，修改所述仿真工况表中的偏差项的数据。
在一种实施方式中，所述进行仿真计算的过程，包括：
发送重启仿真指令至综合测控软件和飞行控制软件；
在收到综合测控软件和飞行控制软件的准备完毕回令后，进行点火前仿真；
在满足点火条件时进行点火后仿真；
在满足弹道结束条件时向综合测控软件和飞行控制软件发送结束仿真指令；
在收到综合测控软件发送的遥测结束并存储数据的回令以及飞行控制软件发送的飞控结算结束的回令后，存储当前工况的仿真数据。
在一种实施方式中，所述方法进一步包括：
根据各仿真工况的仿真数据，对预设关键参数进行比较、对误差范围和误差分布进行分析，并输出比较分析的结果。
实施例二
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种柔性半实物仿真装置，该装置解决技术问题的原理与一种柔性半实物仿真方法相似，重复之处不再赘述。
图2示出了本申请实施例二中柔性半实物仿真装置的结构示意图。
如图所示，所述柔性半实物仿真装置包括：
工况确定模块201，用于根据预先制定的仿真工况表确定批量仿真的起始工况号；
设备启动模块202，用于依次启动各仿真硬件设备，按预先在配置文本中确定的仿真参数读取所述仿真工况表中各仿真工况对应的数据；
仿真计算模块203，用于在一键式自动仿真启动后，根据所述起始工况号进行仿真计算；在当前工况仿真结束自动转入下一仿真工况，直至所述批量仿真的所有仿真工况完成仿真；
结果输出模块204，用于批量化读取各仿真工况的仿真数据。
采用本申请实施例中提供的柔性半实物仿真装置，可以在不改软硬件仅更改配置文件的情况下覆盖所有组合仿真状态，且允许自由频繁切换，通过对选定工况的批量化自动仿真，实现了对仿真工况的自动仿真与数据结果自动分析，精简了试验操作并显著提高试验效率。
在一种实施方式中，进一步包括：
配置模块，用于在启动各仿真硬件设备之前，通过预先增设的通讯接口协议在配置文件中对各仿真硬件设备的IO接口的状态值进行配置，和/或，对各仿真硬件设备的软硬件进行适配。
在一种实施方式中，所述仿真硬件设备，包括以下一种或多种：
惯性导航模拟设备、卫星导航模拟设备、伺服机构模拟设备。
在一种实施方式中，进一步包括：
制表模块，用于确定飞控制导、姿控设计方案的偏差项；在标准无扰弹道计算结果的基础上叠加所述偏差项进行模拟打靶；根据模拟打靶结果确定需要进行半实物仿真考核的偏差工况，形成仿真工况表。
在一种实施方式中，进一步包括：
验证模块，用于根据各仿真工况的仿真数据对仿真工况表中的偏差项进行验证；在验证通过时，结束仿真；在验证不通过时，修改所述仿真工况表中的偏差项的数据。
在一种实施方式中，所述仿真计算模块，包括：
第一发送单元，用于发送重启仿真指令至综合测控软件和飞行控制软件；
第一仿真单元，用于在收到综合测控软件和飞行控制软件的准备完毕回令后，进行点火前仿真；
第二仿真单元，用于在满足点火条件时进行点火后仿真；
第二发送单元，用于在满足弹道结束条件时向综合测控软件和飞行控制软件发送结束仿真指令；
存储单元，用于在收到综合测控软件发送的遥测结束并存储数据的回令以及飞行控制软件发送的飞控结算结束的回令后，存储当前工况的仿真数据。
在一种实施方式中，所述方法进一步包括：
分析模块，用于根据各仿真工况的仿真数据，对预设关键参数进行比较、对误差范围和误差分布进行分析，并输出比较分析的结果。
实施例三
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种计算机存储介质，下面进行说明。
所述计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例一所述柔性半实物仿真方法的步骤。
采用本申请实施例中提供的计算机存储介质，可以在不改软硬件仅更改配置文件的情况下覆盖所有组合仿真状态，且允许自由频繁切换，通过对选定工况的批量化自动仿真，实现了对仿真工况的自动仿真与数据结果自动分析，精简了试验操作并显著提高试验效率。
实施例四
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种电子设备，下面进行说明。
图3示出了本申请实施例四中电子设备的结构示意图。
如图所示，所述电子设备包括存储器301、以及一个或多个处理器302，所述存储器用于存储一个或多个程序；所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如实施例一所述的柔性半实物仿真方法。
采用本申请实施例中提供的电子设备，可以在不改软硬件仅更改配置文件的情况下覆盖所有组合仿真状态，且允许自由频繁切换，通过对选定工况的批量化自动仿真，实现了对仿真工况的自动仿真与数据结果自动分析，精简了试验操作并显著提高试验效率。
实施例五
本申请实施例提供了一种弹道仿真软件，在弹道仿真软件中对通讯软协议(涵盖以太网、光纤、串口、1553B等接口协议)进行统一配置，与外接硬件接口实现扩展适配，达到快速柔性接入不同设备并迅速开展仿真的目的。
图4示出了本申请实施例五中以太网协议配置示意图。
如图所示，在弹道仿真软件中剥离接口模块增设通讯接口协议，利用软件协议接口匹配不同硬件设备的IO接口，其他通讯接口协议类似。
设备1、设备2等可以分别表示诸如箭上机、导航模拟器等，其状态值在仿真软件配置文本中统一进行定义，一般可取为bool型，false表征仿真不含此设备，true则表征仿真接入此设备。
本申请实施例将所有仿真试验状态的选择与切换功能集中至仿真软件配置文本，可以在不更改软件的情况下仅通过修改配置文件自适应覆盖光纤、串口、网口、1553B等多种硬件接口，实现仿真系统软硬件自由适配，达到快速柔性接入不同设备并迅速开展仿真的目的。
本申请实施例实现了仿真系统多种类型IO接口设备的自由适配，实现了快速柔性接入不同设备并迅速开展仿真的能力。
图5示出了本申请实施例五中仿真设备柔性接入的示意图。
如图所示，本申请实施例所提供的弹道仿真软件置于弹道仿真计算机中，该弹道仿真软件通过增设的通讯软协议与综合测控计算机、弹(箭)上计算机进行数据交互，弹道仿真计算机、综合测控计算机、弹(箭)上计算机均挂在仿真系统通讯总线上。
此外，弹道仿真软件还与各仿真硬件设备(例如：惯性导航模拟设备、卫星导航模拟设备、伺服机构模拟设备等)进行连接，以设置这些仿真硬件设备的参数。这些仿真硬件设备在仿真过程中受弹(箭)上计算机中的飞行控制软件的仿真模拟控制。
实施例六
本申请实施例提出了一种仿真工况包络设计。
具体的，梳理飞控制导、姿控设计偏差项，通过模拟打靶挑选覆盖飞控系统性能范围的偏差工况制成仿真工况表，最后进行仿真验证，具体步骤如下：
图6示出了本申请实施例六中仿真工况设计流程的示意图。
如图所示，包括如下步骤：
1、根据任务书对飞控系统制导及姿控方案进行设计；
2、对方案的偏差项进行整理梳理；
偏差表格式可参考下表1：
3、在标准无扰弹道计算结果的基础上叠加偏差项进行模拟打靶；
4、针对模拟打靶结果挑选需要进行半实物仿真考核的偏差工况制成仿真工况表；
工况表应覆盖任务书要求的偏差范围，并包含飞控系统设计的上限、下限，控制能力的上边界、下边界(控制极限)等工况，以达到全包络覆盖，充分通过仿真工况设计全面考核飞控设计方案。
5、任选起始工况飞控仿真考核；
6、对仿真结果进行分析；
7、对指标进行验证；
在验证不通过时修改完善返回步骤1；
在验证通过时仿真完成。
本申请实施例通过对随机偏差组合进行打靶摸底，选择针对性强且包络覆盖全面的工况制表，实现了飞控设计方案的便捷考核。
实施例七
考虑到以往传统的仿真试验采取的是特定任务下的既定仿真工况逐一进行仿真，除包含较多重复工作外仿真操作流程也相对繁琐，本发明方法则通过优化仿真架构与流程、剥离通用弹道计算模块并实现工况循环仿真判断，删减人为操作，构建了一键式自动仿真功能，实现了对仿真工况的批量化仿真与数据结果自动分析，精简了人机交互操作并提升用户体验。
图7示出了本申请实施例七中一键式自动仿真流程示意图。
如图所示，本申请实施例通过更改优化仿真架构与流程，对选定仿真工况进行自动遍历仿真，完成一键式自动化仿真，缩短试验周期。
具体的，仿真流程涉及弹道仿真软件、综合测控软件和飞行控制软件。
弹道仿真软件在仿真开始时，获取仿真状态；
弹道仿真软件进行地面仿真重置并初始化，重启仿真指令发送给综合测控软件和飞行控制软件；综合测控软件完成遥测状态重置和初始化之后反馈准备完毕回令、飞行控制软件完成飞控状态重置和初始化之后反馈准备完毕回令；
弹道仿真软件在确定回令后进行点火前仿真，在点火前仿真过程中飞行控制软件进行点火前计算；
弹道仿真软件在判断满足点火条件时进行点火后仿真，在点火后仿真过程中飞行控制软件进行点火后计算；
弹道仿真软件在弹道结束条件满足时生成结束仿真指令发送给综合测控软件和飞行控制软件；综合测控软件确定遥测结束并存储数据之后反馈指令回令、飞行控制软件确定飞控解算结束之后反馈指令回令；
弹道仿真软件在确定回令后进行仿真数据存储，并判断仿真结束条件是否满足，在满足仿真结束条件时结束仿真，在不满足仿真结束条件时执行下一仿真工况的自动仿真。
本申请实施例通过对选定工况的批量化自动仿真，实现了对仿真工况的自动仿真与数据结果自动分析，精简了试验操作并显著提高试验效率。
实施例八
为了便于本申请的实施，本申请以一具体实例进行说明。
本申请实施例所提供的仿真过程可以包括如下步骤：
1)通过调试弹道仿真软件通讯接口协议，将各仿真设备IO接入仿真计算机，通过仿真软件协议柔性适配仿真硬件设备；
2)针对飞控系统方案设计，梳理设计偏差并通过打靶测试挑选偏差组合，制定仿真工况表；
3)仿真试验开展前，在弹道仿真软件的配置文本中对仿真状态、参数及模式等进行设定，明确输入输出文件与路径，选择批量仿真起始工况号，做好仿真前的状态确认工作；
4)按试验操作细则与流程依次启动各仿真设备与仿真软件，仿真软件按设定参数读取仿真工况表及输入数据，上电初始化并检查确认状态；
5)在仿真软件中点击开始仿真按钮开启一键式自动仿真，一条工况仿真结束后经循环判断自动转入下一仿真工况，直到所有仿真工况完成仿真计算后退出仿真(仿真中途出现异常情况时仿真软件会给出提示并自动退出仿真，试验人员也可随时输入结束指令强制终止正在运行中的仿真试验)；
6)完成仿真后，仿真软件批量化读取仿真数据结果，对关键参数的比较、统计分布、误差范围及误差分布等进行图表绘制及结果输出，供设计人员判读仿真数据的有效性，间接验证飞控系统方案设计及参数选取的合理性。
本申请实施例通过在弹道仿真软件中对通讯软协议实现统一配置、自由加载，实现了仿真设备的柔性扩展与接入；梳理飞控设计偏差项，通过模拟打靶挑选覆盖飞控设计上下边界的偏差工况制成仿真工况表，全面考核飞控设计性能；在仿真流程中增设循环判断，通过对仿真工况表选定工况进行自动判断与遍历，完成一键式自动化仿真，提高试验效率，仿真效率提高30％左右，极大释放了人力资源并缩短试验周期。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种柔性半实物仿真方法，其特征在于，包括：
根据预先制定的仿真工况表确定批量仿真的起始工况号；
依次启动各仿真硬件设备，按预先在配置文本中确定的仿真参数读取所述仿真工况表中各仿真工况对应的数据；
在一键式自动仿真启动后，根据所述起始工况号进行仿真计算；
在当前工况仿真结束自动转入下一仿真工况，直至所述批量仿真的所有仿真工况完成仿真；
批量化读取各仿真工况的仿真数据；
所述仿真工况表的制定过程包括：
确定飞控制导、姿控设计方案的偏差项；
在标准无扰弹道计算结果的基础上叠加所述偏差项进行模拟打靶；
根据模拟打靶结果确定需要进行半实物仿真考核的偏差工况，形成仿真工况表。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在启动各仿真硬件设备之前，进一步包括：
通过预先增设的通讯接口协议在配置文件中对各仿真硬件设备的IO接口的状态值进行配置，和/或，对各仿真硬件设备的软硬件进行适配。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述仿真硬件设备，包括以下一种或多种：
惯性导航模拟设备、卫星导航模拟设备、伺服机构模拟设备。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
根据各仿真工况的仿真数据对仿真工况表中的偏差项进行验证；
在验证通过时，结束仿真；
在验证不通过时，修改所述仿真工况表中的偏差项的数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行仿真计算的过程，包括：
发送重启仿真指令至综合测控软件和飞行控制软件；
在收到综合测控软件和飞行控制软件的准备完毕回令后，进行点火前仿真；
在满足点火条件时进行点火后仿真；
在满足弹道结束条件时向综合测控软件和飞行控制软件发送结束仿真指令；
在收到综合测控软件发送的遥测结束并存储数据的回令以及飞行控制软件发送的飞控结算结束的回令后，存储当前工况的仿真数据。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
根据各仿真工况的仿真数据，对预设关键参数进行比较、对误差范围和误差分布进行分析，并输出比较分析的结果。
7.一种计算机存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一所述方法的步骤。
8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、以及一个或多个处理器，所述存储器用于存储一个或多个程序；所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如权利要求1至6任一所述的方法。
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