CN113037574B - 基于软件定义的机载装备实时信号处理方法及系统 - Google Patents

基于软件定义的机载装备实时信号处理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于软件定义的机载装备实时信号处理方法及系统，涉及机载设备信号处理技术领域，包括服务器、注册登录模块、数据库、存储模块、资源管理模块、软件应用模块、硬件数据获取模块、数据处理模块以及环境兼容模块，将硬件设备的硬件设备信息与数据库中的软件应用数据包相对应，使得硬件设备快速匹配到兼容的软件应用，在软件应用层面充分调动硬件设备数据，实现硬件设备的实时运行数据的处理，大大减少硬件设备的更新迭代频率，从而减少硬件设备与软件应用的开发时间，同时降低了成本和减小技术风险，推进机载硬件设备快速走向广泛应用。

Description

基于软件定义的机载装备实时信号处理方法及系统
技术领域
本发明属于机载设备信号处理技术领域，具体是基于软件定义的机载装备实时信号处理方法及系统。
背景技术
装备与飞机的结合可充分发挥它们的优势，既具有装备工作能力，又具备平台机动性强、使用方便等优点，在地形测绘、地矿勘探、水土资源调查、抢险救灾等国民经济领域和战场侦察监视、精确制导、信息获取等军事领域具有巨大的应用价值。机载装备实时处理技术使目标特征、图像等信息被用户实时地获取，可有效提升装备应用能力。因而实时信号处理技术是机载装备研究的热点，已得到了越来越多的关注。某些机载装备数据率远高于无线链路数传速率，尤其是在远程工作和在山区等地形复杂的应用场景下。因此，机上信号处理将是部分机载装备的数据处理主要方式。目前机载装备信号处理技术开发通常是针对某一种或几种应用场景，采用专用的硬件系统设计方法。虽然这种方法能够充分发掘硬件系统潜力，但是专用性强，存在经济与时间成本高、技术风险大的问题。
公开号为CN102916778B的专利文件公开了一种机载设备信号处理方法及系统，具体包含以下步骤：在发送信号时：采用接口芯片接收外部输入信号，根据输入信号的标志位判断信号类型，并将信号输入中央处理计算机，中央处理计算机选择对应的中央处理器分区对输入信号进行处理，处理后的信号发送给FPGA进行对应的编码，编码完成后进行报文发送；在接收信号时：FPGA接收外部信号，并根据外部信号的标志位选择对应的译码程序进行译码，译码完成后输入至中央处理计算机对应的处理器分区对外部信号进行处理，处理完成后根据信号的类型进行显示或者通过ARINC 429接口芯片进行输出。
在现有的技术中，由于机载装备的工作模式、算法、作用范围等都会随着应用场景和需求快速变化，专用模式开发出的单一信号处理系统不能满足这种需求，这就使得对硬件需要进行较多的更新迭代，从而对硬件的研发速度和成本都有很大的要求，为了解决以上问题，现提供基于软件定义的机载装备实时信号处理方法及系统。
发明内容
本发明的目的在于提供基于软件定义的机载装备实时信号处理方法及系统。
本发明所要解决的技术问题为：如何通过提高软件的兼容性从而降低硬件更新迭代频率，减少装备应用开发时间、降低成本和减小技术风险。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：1、基于软件定义的机载装备实时信号处理系统，包括服务器、注册登录模块、数据库、存储模块、资源管理模块、软件应用模块、硬件数据获取模块、数据处理模块以及环境兼容模块；
所述资源管理模块用于对硬件数据获取模块获取到的硬件设备的实时运行数据进行分配管理，具体过程包括以下步骤：
步骤G1：将硬件设备的实时运行数据发送至存储模块中进行临时存储；
步骤G2：获取实时运行数据的传输速度、传输内容以及传输内容的大小；并根据实时运行的传输速度、传输内容以及传输内容的大小生成所需要的数据处理能力预估值YZi；
步骤G3：获取数据处理模块中的每个数据处理单元的数据处理能力，对数据处理单元进行编号，每个数据处理单元标记为j，其中j=1，2，……，M；每个数据处理单元所对应的数据处理能力标记为CLj；每个数据处理单元的数据处理能力均不相同；
步骤G4：当i=1时，满足
Figure 750105DEST_PATH_IMAGE001
且
Figure 931688DEST_PATH_IMAGE002
时，则将编号为1至a的数据处理单元进行标记，并分配至硬件设备；当i=2时，即存在两个接入的硬件设备，则满足
Figure 590202DEST_PATH_IMAGE003
且
Figure DEST_PATH_IMAGE002
时，将编号为a+1至b的数据处理单元进行标记，并分配至硬件设备；以此类推，当接入多个硬件设备时，根据不同的硬件设备所需要的数据处理能力，通过资源管理模块将数据分析单元进行分配；
所述数据处理模块用于对硬件设备的实时运行数据进行处理，具体处理过程包括以下步骤：
步骤C1：根据资源管理模块对数据处理单元的分配信息，对硬件设备的实时运行数据进行处理；
步骤C2：将获取到的硬件设备的实时运行数据，进行分布式并行处理，对每个数据处理单元所处理的硬件设备的实时运行数据进行转化，并分别生成若干个硬件运行中间结果数据；
步骤C3：将所有的硬件运行中间结果数据发送至存储模块中进行临时保存。
进一步地，所述数据库内建立有若干个硬件驱动数据包，所述数据库内还建立有若干个软件应用数据包，若干个所述硬件驱动数据包均对应有一个硬件兼容数据字符串码，若干个所述软件应用数据包均对应有一个软件兼容数据字符串码，硬件兼容数据字符串码与软件兼容字符串码相匹配的，则表示硬件与软件兼容适配，反之则表示硬件与软件不兼容；所述数据库用于存储数据和读取数据。
进一步地，所述硬件数据获取模块为多个统一的标准化数据接口，所述硬件数据获取模块通过统一的标准化数据接口获取硬件设备的硬件设备信息，具体获取过程包括以下步骤：
步骤S1：获取所接入的硬件设备的数量，并对每个硬件设备进行标记，将硬件设备标记为i，i=1，2，……，N；N为整数，且N≥1；
步骤S2：通过标准化数据接口获取接入的硬件设备的硬件设备信息，硬件设备信息包括硬件设备的处理器型号、处理器版本、硬件设备数据读取和写入的串口协议；
步骤S3：根据硬件设备的处理器型号、处理器版本、硬件设备的数据读取和写入协议从数据库中获取与硬件设备相匹配的硬件驱动数据包，并将硬件数据驱动包安装至标准化数据接口内；
步骤S4：通过硬件数据驱动包获取所对应的硬件兼容数据字符串码，根据硬件兼容字符串码，匹配到相对应的软件兼容字符串码，从而获得与软件兼容字符串码相对应的软件应用数据包；
步骤S5：通过硬件数据获取模块获取硬件设备的实时运行数据，并将硬件设备的实时运行数据发送至资源管理模块。
进一步地，所述环境兼容模块用于对数据处理模块的数据处理结果进行数据转置，具体包括以下步骤：
步骤Z1：从存储模块中获取所有的硬件运行中间结果数据；
步骤Z2：将所有的硬件运行中间结果数据进行数据转置，从而完成对硬件设备的实时运行数据的处理；
步骤Z3：将完成数据转置的硬件运行中间结果数据生成数据报表，并发送至软件应用模块，由软件应用模块输出数据报表。
进一步地，所述数据处理单元的数据处理方式为分布式并行处理。
基于软件定义的机载装备实时信号处理方法，具体过程包括以下步骤：
步骤一：通过注册登录模块进行用户信息的注册登录，用户信息包括用户的姓名、年龄、照片、职位以及实名认证的手机号码，用户完成用户信息的注册后，用户信息自动上传至存储模块中进行保存；用户通过输入实名认证的手机号码后，对应的手机终端会收到登录验证码，将登录验证码输出后，用户登录系统；
步骤二：在数据库内建立有若干个硬件驱动数据包和若干个软件应用数据包，若干个硬件驱动数据包均对应有一个硬件兼容数据字符串码，若干个软件应用数据包均对应有一个软件兼容数据字符串码，硬件兼容数据字符串码与软件兼容字符串码相匹配的，则表示硬件与软件兼容适配，反之则表示硬件与软件不兼容；所述数据库用于存储数据和读取数据；
步骤三：通过硬件数据获取模块获取硬件设备的硬件设备信息，并转化成数据库中硬件兼容数据字符串码，然后适配对应的软件应用，之后获取硬件设备的实时运行数据，并将硬件设备的实时运行数据发送至资源管理模块，资源管理模块根据数据处理单元的数据处理能力对数据处理单元进行分配；
步骤四：数据处理模块通过数据处理单元对硬件设备的实时运行数据进行分布式并行处理，从而获得硬件运行中间结果数据，最后通过环境兼容模块对硬件运行中间结果数据进行处理，并生成数据报表。
本发明的有益效果：通过在数据库内建立有若干个硬件驱动数据包和若干个软件应用数据包，若干个硬件驱动数据包均对应有一个硬件兼容数据字符串码，若干个软件应用数据包均对应有一个软件兼容数据字符串码，硬件兼容数据字符串码与软件兼容字符串码相匹配的，则表示硬件与软件兼容适配，反之则表示硬件与软件不兼容；通过硬件数据获取模块获取硬件设备的硬件设备信息，并转化成数据库中硬件兼容数据字符串码，然后适配对应的软件应用，之后获取硬件设备的实时运行数据，并将硬件设备的实时运行数据发送至资源管理模块，资源管理模块根据数据处理单元的数据处理能力对数据处理单元进行分配；数据处理模块通过数据处理单元对硬件设备的实时运行数据进行分布式并行处理，从而获得硬件运行中间结果数据，最后通过环境兼容模块对硬件运行中间结果数据进行处理，并生成数据报表，将硬件设备的硬件设备信息与数据库中的软件应用数据包相对应，使得硬件设备快速匹配到兼容的软件应用，在软件应用层面充分调动硬件设备数据，实现硬件设备的实时运行数据的处理，大大减少硬件设备的更新迭代频率，从而减少硬件设备与软件应用的开发时间，同时降低了成本和减小技术风险，推进机载硬件设备快速走向广泛应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为基于软件定义的机载装备实时信号处理系统的原理框图。
具体实施方式
如图1所示，基于软件定义的机载装备实时信号处理系统，包括服务器、注册登录模块、数据库、存储模块、资源管理模块、软件应用模块、硬件数据获取模块、数据处理模块以及环境兼容模块；
所述注册登录模块用于进行用户信息的注册登录，用户信息包括用户的姓名、年龄、照片、职位以及实名认证的手机号码，用户完成用户信息的注册后，用户信息自动上传至存储模块中进行保存；用户通过输入实名认证的手机号码后，对应的手机终端会收到登录验证码，将登录验证码输出后，用户登录系统。
所述数据库内建立有若干个硬件驱动数据包，所述数据库内还建立有若干个软件应用数据包，若干个所述硬件驱动数据包均对应有一个硬件兼容数据字符串码，若干个所述软件应用数据包均对应有一个软件兼容数据字符串码，硬件兼容数据字符串码与软件兼容字符串码相匹配的，则表示硬件与软件兼容适配，反之则表示硬件与软件不兼容；所述数据库用于存储数据和读取数据。
所述硬件数据获取模块为多个统一的标准化数据接口，所述硬件数据获取模块通过统一的标准化数据接口获取硬件设备的硬件设备信息，具体获取过程包括以下步骤：
步骤S1：获取所接入的硬件设备的数量，并对每个硬件设备进行标记，将硬件设备标记为i，i=1，2，……，N；N为整数，且N≥1；
步骤S2：通过标准化数据接口获取接入的硬件设备的硬件设备信息，硬件设备信息包括硬件设备的处理器型号、处理器版本、硬件设备数据读取和写入的串口协议；
步骤S3：根据硬件设备的处理器型号、处理器版本、硬件设备的数据读取和写入协议从数据库中获取与硬件设备相匹配的硬件驱动数据包，并将硬件数据驱动包安装至标准化数据接口内；
步骤S4：通过硬件数据驱动包获取所对应的硬件兼容数据字符串码，根据硬件兼容字符串码，匹配到相对应的软件兼容字符串码，从而获得与软件兼容字符串码相对应的软件应用数据包；
步骤S5：通过硬件数据获取模块获取硬件设备的实时运行数据，并将硬件设备的实时运行数据发送至资源管理模块；
所述资源管理模块用于对硬件数据获取模块获取到的硬件设备的实时运行数据进行分配管理，具体过程包括以下步骤：
步骤G1：将硬件设备的实时运行数据发送至存储模块中进行临时存储；
步骤G2：获取实时运行数据的传输速度、传输内容以及传输内容的大小；并根据实时运行的传输速度、传输内容以及传输内容的大小生成所需要的数据处理能力预估值YZi；
步骤G3：获取数据处理模块中的每个数据处理单元的数据处理能力，对数据处理单元进行编号，每个数据处理单元标记为j，其中j=1，2，……，M；每个数据处理单元所对应的数据处理能力标记为CLj；每个数据处理单元的数据处理能力均不相同；每个数据处理单元的数据处理方式为并行处理方式；
步骤G4：当i=1时，满足
Figure 226775DEST_PATH_IMAGE004
且
Figure 997285DEST_PATH_IMAGE005
时，则将编号为1至a的数据处理单元进行标记，并分配至硬件设备；当i=2时，即存在两个接入的硬件设备，则满足
Figure 357859DEST_PATH_IMAGE006
且
Figure 898144DEST_PATH_IMAGE002
时，将编号为a+1至b的数据处理单元进行标记，并分配至硬件设备；以此类推，当接入多个硬件设备时，根据不同的硬件设备所需要的数据处理能力，通过资源管理模块将数据分析单元进行分配，从而实现数据处理模块对多组数据的并行处理，提高数据处理速度，其中M≥b＞a≥2；
步骤G5：将资源管理模块对数据处理单元的分配信息发送至数据处理模块；
所述数据处理模块用于对硬件设备的实时运行数据进行处理，具体处理过程包括以下步骤：
步骤C1：根据资源管理模块对数据处理单元的分配信息，对硬件设备的实时运行数据进行处理；
步骤C2：将获取到的硬件设备的实时运行数据，进行分布式并行处理，对每个数据处理单元所处理的硬件设备的实时运行数据进行转化，并分别生成若干个硬件运行中间结果数据；
步骤C3：将所有的硬件运行中间结果数据发送至存储模块中进行临时保存；
所述环境兼容模块用于对数据处理模块的数据处理结果进行数据转置，具体包括以下步骤：
步骤Z1：从存储模块中获取所有的硬件运行中间结果数据；
步骤Z2：将所有的硬件运行中间结果数据进行数据转置，从而完成对硬件设备的实时运行数据的处理；
步骤Z3：将完成数据转置的硬件运行中间结果数据生成数据报表，并发送至软件应用模块，由软件应用模块输出数据报表。
基于软件定义的机载装备实时信号处理方法，具体过程包括以下步骤：
步骤一：通过注册登录模块进行用户信息的注册登录，用户信息包括用户的姓名、年龄、照片、职位以及实名认证的手机号码，用户完成用户信息的注册后，用户信息自动上传至存储模块中进行保存；用户通过输入实名认证的手机号码后，对应的手机终端会收到登录验证码，将登录验证码输出后，用户登录系统；
步骤二：在数据库内建立有若干个硬件驱动数据包和若干个软件应用数据包，若干个硬件驱动数据包均对应有一个硬件兼容数据字符串码，若干个软件应用数据包均对应有一个软件兼容数据字符串码，硬件兼容数据字符串码与软件兼容字符串码相匹配的，则表示硬件与软件兼容适配，反之则表示硬件与软件不兼容；所述数据库用于存储数据和读取数据；
步骤三：通过硬件数据获取模块获取硬件设备的硬件设备信息，并转化成数据库中硬件兼容数据字符串码，然后适配对应的软件应用，之后获取硬件设备的实时运行数据，并将硬件设备的实时运行数据发送至资源管理模块，资源管理模块根据数据处理单元的数据处理能力对数据处理单元进行分配；
步骤四：数据处理模块通过数据处理单元对硬件设备的实时运行数据进行分布式并行处理，从而获得硬件运行中间结果数据，最后通过环境兼容模块对硬件运行中间结果数据进行处理，并生成数据报表。
工作原理：通过注册登录模块进行用户信息的注册登录，用户信息包括用户的姓名、年龄、照片、职位以及实名认证的手机号码，用户完成用户信息的注册后，用户信息自动上传至存储模块中进行保存；用户通过输入实名认证的手机号码后，对应的手机终端会收到登录验证码，将登录验证码输出后，用户登录系统；在数据库内建立有若干个硬件驱动数据包和若干个软件应用数据包，若干个硬件驱动数据包均对应有一个硬件兼容数据字符串码，若干个软件应用数据包均对应有一个软件兼容数据字符串码，硬件兼容数据字符串码与软件兼容字符串码相匹配的，则表示硬件与软件兼容适配，反之则表示硬件与软件不兼容；所述数据库用于存储数据和读取数据；通过硬件数据获取模块获取硬件设备的硬件设备信息，并转化成数据库中硬件兼容数据字符串码，然后适配对应的软件应用，之后获取硬件设备的实时运行数据，并将硬件设备的实时运行数据发送至资源管理模块，资源管理模块根据数据处理单元的数据处理能力对数据处理单元进行分配；数据处理模块通过数据处理单元对硬件设备的实时运行数据进行分布式并行处理，从而获得硬件运行中间结果数据，最后通过环境兼容模块对硬件运行中间结果数据进行处理，并生成数据报表。
上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围，此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

Claims (4)

1.基于软件定义的机载装备实时信号处理系统，其特征在于，包括服务器、注册登录模块、数据库、存储模块、资源管理模块、软件应用模块、硬件数据获取模块、数据处理模块以及环境兼容模块；
所述硬件数据获取模块为多个统一的标准化数据接口，所述硬件数据获取模块通过统一的标准化数据接口获取硬件设备的硬件设备信息，具体获取过程包括以下步骤：
步骤S1：获取所接入的硬件设备的数量，并对每个硬件设备进行标记，将硬件设备标记为i，i=1，2，……，N；N为整数，且N≥1；
步骤S2：通过标准化数据接口获取接入的硬件设备的硬件设备信息，硬件设备信息包括硬件设备的处理器型号、处理器版本、硬件设备数据读取和写入的串口协议；
步骤S3：根据硬件设备的处理器型号、处理器版本、硬件设备的数据读取和写入协议从数据库中获取与硬件设备相匹配的硬件驱动数据包，并将硬件数据驱动包安装至标准化数据接口内；
步骤S4：通过硬件数据驱动包获取所对应的硬件兼容数据字符串码，根据硬件兼容字符串码，匹配到相对应的软件兼容字符串码，从而获得与软件兼容字符串码相对应的软件应用数据包；
步骤S5：通过硬件数据获取模块获取硬件设备的实时运行数据，并将硬件设备的实时运行数据发送至资源管理模块；
所述资源管理模块用于对硬件数据获取模块获取到的硬件设备的实时运行数据进行分配管理，具体过程包括以下步骤：
步骤G1：将硬件设备的实时运行数据发送至存储模块中进行临时存储；
步骤G2：获取实时运行数据的传输速度、传输内容以及传输内容的大小；并根据实时运行的传输速度、传输内容以及传输内容的大小生成所需要的数据处理能力预估值YZi；
步骤G3：获取数据处理模块中的每个数据处理单元的数据处理能力，对数据处理单元进行编号，每个数据处理单元标记为j，其中j=1，2，……，M；每个数据处理单元所对应的数据处理能力标记为CLj；每个数据处理单元的数据处理能力均不相同；
步骤G4：当i=1时，满足
Figure 445686DEST_PATH_IMAGE002
且
Figure 262333DEST_PATH_IMAGE004
时，则将编号为1至a的数据处理单元进行标记，并分配至硬件设备；当i=2时，即存在两个接入的硬件设备，则满足
Figure 999345DEST_PATH_IMAGE006
且
Figure 522730DEST_PATH_IMAGE008
时，将编号为a+1至b的数据处理单元进行标记，并分配至硬件设备；以此类推，当接入多个硬件设备时，根据不同的硬件设备所需要的数据处理能力，通过资源管理模块将数据分析单元进行分配；
所述数据处理模块用于对硬件设备的实时运行数据进行处理，将获取到的硬件设备的实时运行数据，进行分布式并行处理，对每个数据处理单元所处理的硬件设备的实时运行数据进行转化，并分别生成若干个硬件运行中间结果数据；
所述环境兼容模块用于对数据处理模块的数据处理结果进行数据转置，具体包括以下步骤：
步骤Z1：从存储模块中获取所有的硬件运行中间结果数据；
步骤Z2：将所有的硬件运行中间结果数据进行数据转置，从而完成对硬件设备的实时运行数据的处理；
步骤Z3：将完成数据转置的硬件运行中间结果数据生成数据报表，并发送至软件应用模块，由软件应用模块输出数据报表。
2.根据权利要求1所述的基于软件定义的机载装备实时信号处理系统，其特征在于，所述数据库内建立有若干个硬件驱动数据包，所述数据库内还建立有若干个软件应用数据包，若干个所述硬件驱动数据包均对应有一个硬件兼容数据字符串码，若干个所述软件应用数据包均对应有一个软件兼容数据字符串码，硬件兼容数据字符串码与软件兼容字符串码相匹配的，则表示硬件与软件兼容适配，反之则表示硬件与软件不兼容；所述数据库用于存储数据和读取数据。
3.根据权利要求1所述的基于软件定义的机载装备实时信号处理系统，其特征在于，所述数据处理单元的数据处理方式为分布式并行处理。
4.基于软件定义的机载装备实时信号处理方法，其特征在于，具体过程包括以下步骤：
步骤一：通过注册登录模块进行用户信息的注册登录；
步骤二：在数据库内建立有若干个硬件驱动数据包和若干个软件应用数据包；
步骤三：通过硬件数据获取模块获取硬件设备的硬件设备信息，并转化成数据库中硬件兼容数据字符串码，然后适配对应的软件应用，之后获取硬件设备的实时运行数据，并将硬件设备的实时运行数据发送至资源管理模块，资源管理模块根据数据处理单元的数据处理能力对数据处理单元进行分配，具体过程包括以下步骤：
步骤G1：将硬件设备的实时运行数据发送至存储模块中进行临时存储；
步骤G2：获取实时运行数据的传输速度、传输内容以及传输内容的大小；并根据实时运行的传输速度、传输内容以及传输内容的大小生成所需要的数据处理能力预估值YZi；
步骤G3：获取数据处理模块中的每个数据处理单元的数据处理能力，对数据处理单元进行编号，每个数据处理单元标记为j，其中j=1，2，……，M；每个数据处理单元所对应的数据处理能力标记为CLj；每个数据处理单元的数据处理能力均不相同；
步骤G4：当i=1时，满足
Figure 765623DEST_PATH_IMAGE010
且
Figure 7249DEST_PATH_IMAGE012
时，则将编号为1至a的数据处理单元进行标记，并分配至硬件设备；当i=2时，即存在两个接入的硬件设备，则满足
Figure 282372DEST_PATH_IMAGE014
且
Figure 988160DEST_PATH_IMAGE008
时，将编号为a+1至b的数据处理单元进行标记，并分配至硬件设备；
步骤四：数据处理模块通过数据处理单元对硬件设备的实时运行数据进行分布式并行处理，获得硬件运行中间结果数据。
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