CN117092932B - 一种仿真试验信号监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种仿真试验信号监测方法及系统，属于仿真试验技术领域，其方法包括：实时采集各对象的仿真信号数据；将仿真信号数据进行一次解析并汇总，形成汇总数据；接收发送的汇总数据并将汇总数据进行二次解析并重组，形成重组工程值数据；将重组工程值数据进行显示，根据显示的重组工程值数据进行监测。本发明通过显示的结果来监测半物理仿真试验中所涉及信号的通路及信号的变化情况，便于试验人员实时监控各个阶段的信号数据，从而达到快速定位问题的能力以及接口测试的能力，大大提高了半物理仿真试验的效率，从而极大地降低了半物理仿真试验的易用性和试验成本。
Description
技术领域
本发明属于仿真试验技术领域，涉及仿真试验过程中的信号监测技术，具体为一种仿真试验信号监测方法及系统。
背景技术
半物理仿真又称物理-数学仿真，或称半实物仿真，半物理仿真是指针对仿真研究内容，将被仿真对象系统的一部分以实物（或物理模型）方式引入仿真回路中；被仿真对象系统的其余部分以数学模型描述，并把它转化为仿真计算模型。借助物理效应模型，进行实时数学仿真与物理仿真的联合仿真。
航空航天技术是衡量一个国家科技实力的重要标准之一，半物理仿真试验作为航空航天领域飞行器设计过程中不可或缺的试验验证环节，使得国内外许多研究机构都开展了对半物理仿真系统的研发。
随着飞行器系统及功能越来越多样化，其对半物理仿真试验系统的要求越来越高，这就导致系统内部的软硬件结构也更加复杂，例如：传输信号的数量、传输信号的类型以及线路结构等更加复杂。如果系统内部的参数部件设计有误或者出现故障，就会导致试验验证失败，而试验人员在排除系统故障时往往需要耗费大量的精力，甚至花费大量精力仍然找不出故障原因。
发明内容
针对上述所描述的，在半物理仿真试验验证过程中如果系统内部的参数部件设计有误或者出现故障，试验人员在排除系统故障时往往需要耗费大量的精力，甚至花费大量精力仍然找不出故障原因的技术问题，本发明提出了一种仿真试验信号监测方法及系统。
本发明针对半物理仿真系统形成了一种仿真试验监测方法，用来监测半物理仿真试验中所涉及信号的通路及信号的变化情况，从而达到快速定位问题以及快速接口测试的目的，使得半物理仿真试验过程中的信号传输过程一旦出现故障能够及时被监测到，大大提高了半物理仿真试验的效率，从而极大地降低了半物理仿真试验的易用性和试验成本。
本发明的技术方案如下：
一种仿真试验信号监测方法，包括以下步骤：
实时采集各对象的仿真信号数据；
将所述仿真信号数据进行一次解析并汇总，形成汇总数据；
将所述汇总数据发送；
接收发送的所述汇总数据并将所述汇总数据进行二次解析及重组，形成重组工程值数据
将所述重组工程值数据进行显示，根据显示的重组工程值数据进行监测。
进一步限定，所述将所述仿真信号数据进行一次解析并汇总，形成汇总数据具体为：
将仿真信号数据中的各参数按照配置的协议解析为实际应用数值，并按照各参数的信号类型对实际应用数值进行汇总，形成汇总数据。
进一步限定，所述接收发送的所述汇总数据并将所述汇总数据进行二次解析并重组，形成重组工程值数据具体为：
接收发送的所述汇总数据并将所述汇总数据解析为工程值，形成解析工程值数据；
按照所述解析工程值数据的信号阶段对所述解析工程值数据进行重组，形成重组工程值数据。
进一步限定，所述将所述重组工程值数据进行显示具体为：
按照所述重组工程值数据的信号阶段将所述重组工程值数据进行实时刷新并显示。
进一步限定，所述仿真信号数据包括半物理仿真试验中所用的下位机的网口数据、串口数据和数据总线的传输数据以及半物理仿真试验中所用的上位机的网络信号数据。
进一步限定，所述各对象包括半物理仿真试验中所用的下位机和半物理仿真试验中所用的上位机。
进一步限定，所述仿真信号数据中的各参数包括数据信号、工程信号、电磁信号以及脉冲信号。
基于上述的仿真试验信号监测方法所形成的仿真试验信号监测系统，包括：
监测模块：用于实时采集各对象的仿真信号数据；
汇总模块：用于将所述仿真信号数据进行一次解析并汇总，形成汇总数据；
发送模块：用于发送所述汇总数据；
工程值数据处理模块：用于接收发送的所述汇总数据并将所述汇总数据进行二次解析并重组，形成重组工程值数据；
以及显示模块：用于将所述重组工程值数据进行显示，根据显示的重组工程值数据进行监测。
一种计算机可读存储介质，存储有程序文件，所述程序文件被执行实现上述的仿真试验信号监测方法。
一种电子设备，包括相互耦接的处理器以及存储器，其中，
所述存储器：用于存储实现上述的仿真试验信号监测方法；
所述处理器：用于执行所述存储器存储的程序指令。
与现有技术相比，本发明的技术方案如下：
1、本发明一种仿真试验信号监测方法，通过将采集的各对象的仿真信号数据解析并汇总后发送，对该汇总数据进行解析并显示，通过显示的结果来监测半物理仿真试验中所涉及信号的通路及信号的变化情况，便于试验人员实时监控各个阶段的信号数据，从而达到快速定位问题的能力以及接口测试的能力，使得半物理仿真试验过程中的信号传输过程如果出现故障能够及时被监测到，大大提高了半物理仿真试验的效率，从而极大地降低了半物理仿真试验的易用性和试验成本。
2、本发明的可以对半物理仿真试验中所用的下位机和半物理仿真试验中所用的上位机在仿真试验过程中的信号流进行同时监测，即实现了半物理仿真试验过程中各个环节信号的监测，监测比较全面。
附图说明
图1为本发明仿真试验信号监测方法的过程示意图；
图2为本发明仿真试验信号监测系统的信号流向示意图；
图3本发明仿真试验信号监测系统的示意图；
图4为部分舵机试验信号流向转换图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行进一步地解释说明，但本发明并不限于以下说明的实施方式。
实施例1
参见图1，本实施例一种仿真试验信号监测方法，包括以下步骤：
实时采集各对象的仿真信号数据；其中，各对象包括半物理仿真试验中所用的下位机和半物理仿真试验中所用的上位机。仿真信号数据包括半物理仿真试验中所用的下位机的网口数据、串口数据和数据总线的传输数据以及半物理仿真试验中所用的上位机的网络信号数据。
将仿真信号数据进行一次解析并汇总，形成汇总数据；
将汇总数据发送；具体的，将汇总数据发送给信号监控单元；
接收发送的汇总数据并将汇总数据进行二次解析及重组，形成重组工程值数据；具体的，该汇总数据是由信号监控单元接收的；
将重组工程值数据进行显示，根据显示的重组工程值数据进行监测；信号监控单元将该重组工程值数据进行显示。
本实施例中将仿真信号数据进行一次解析并汇总，形成汇总数据具体为：
将仿真信号数据中的各参数按照配置的协议解析为实际应用数值，并按照各参数的信号类型对实际应用数值进行汇总，形成汇总数据。其中，仿真信号数据中的各参数包括数据信号、工程信号、电磁信号以及脉冲信号等。配置的协议是指接口单元配置的协议。信号类型是指光信号、声信号和电信号等。
本实施例中信号监控单元接收该接收发送的所述汇总数据并将所述汇总数据进行二次解析并重组，形成重组工程值数据具体为：
信号监控单元接收该汇总数据并将该汇总数据解析为工程值，形成解析工程值数据；
按照解析工程值数据的信号阶段对解析工程值数据进行重组，形成重组工程值数据。
本实施例中解析工程值数据的信号阶段与重组工程值数据的信号阶段是对应的。
本实施例中信号监控单元将该解析工程值数据进行显示具体为：
信号监控单元按照重组工程值数据的信号阶段将该重组工程值数据进行实时刷新并显示。
本实施例中半物理仿真试验中所用的上位机包括但不限于地面站软件及半物理仿真综管软件等。
本实施例中半物理仿真试验中所用的下位机包括实时仿真计算机、动力学模型、飞控计算机、半物理仿真试验的综检软件等。
下面以半物理仿真试验中所用的下位机为实时仿真计算机、半物理仿真试验中所用的上位机为半物理仿真系统综管软件为例进行说明：
为半物理仿真系统定义网络端口，用于各接口单元之间传递数据，并定义接口单元之间的数据包传输协议，以确保信息传递的可靠性。具体的，参见图2，为半物理仿真系统综管软件搭建综管软件的输入接口单元，同时将信号监控单元安装在半物理仿真系统综管软件上，具体的，信号监控单元包括二次信号解析器和信号显示器，综管软件的输入接口单元与信号解析器连接；为实时仿真计算机搭建仿真计算机的输入接口单元、仿真计算机的输出接口单元和信号处理单元，信号处理单元包括依次连接的信号采集器、一次信号解析器和信号转发器，其中，信号采集器与仿真计算机的输入接口单元连接，信号转发器与仿真计算机的输出接口单元连接，仿真计算机的输出接口单元与综管软件的输入接口单元连接；仿真计算机的输入接口单元与实时仿真计算机的网口、串口和数据总线连接，用于采集实时仿真计算机的网口数据、串口数据和数据总线的传输数据；综管软件的输入接口单元还通过网络传输协议与半物理仿真系统综管软件连接，用于采集半物理仿真系统综管软件的网络信号数据。
在仿真计算机的输出接口单元内配置需要采集的信号类型、信号内容以及协议。在仿真计算机的输入接口单元内配置需要发往综管软件的输入接口单元的信号内容及协议。在综管软件的输入接口单元内配置需要接收仿真计算机的输入接口单元的信号内容及协议。
信号采集器通过仿真计算机的输入接口单元实时采集仿真计算机的网口数据、串口数据和数据总线的传输数据；综管软件的输入接口单元实时通过传输协议采集半物理仿真系统综管软件的网络信号数据，将仿真计算机的网口数据、串口数据和数据总线的传输数据以及网络信号数据作为仿真信号数据。
一次信号解析器将该仿真信号数据中的各参数按照仿真计算机的输入接口单元以及综管软件的输入接口单元配置的协议解析为实际应用数值，并按照各参数的信号类型（光信号、声信号和电信号等）对实际应用数值进行汇总，形成汇总数据。
信号转发器通过仿真计算机的输出接口单元将该汇总数据发送给综管软件的输入接口单元，综管软件的输入接口单元将该汇总数据发送给二次解析器。
二次解析器接收该汇总数据并将该汇总数据解析为工程值，形成解析工程值数据；并按照解析工程值数据的信号阶段对解析工程值数据进行重组，形成重组工程值数据。
信号显示器按照重组工程值数据的信号阶段将该重组工程值数据进行实时刷新并显示，将重组工程值显示在用户界面上。
本实施例中仿真计算机的输入接口单元配置内容包括：信号名称、信号所处阶段、信号类型、起始位置、位长、数据类型等，并根据信号类型不同，需要配置相应的内容，具体如下表1：
表1：仿真计算机的输入接口单元所需的配置内容
仿真计算机的输入接口单元、仿真计算机的输出接口单元以及综管软件的输入接口单元内置协议配置文件，用来描述信号内容及协议。
以无人机飞控半物理仿真系统下的舵机试验为例，完整的舵机试验信号流向如附图4所示，其过程为：综检软件（半物理仿真系统的一个上位机）设置舵机指令值，通过UDP传输给飞控计算机，然后通过CAN总线传输给仿真计算机，再通过模型接口传入动力学模型，在动力学模型内部，根据舵机指令模拟运算出实际舵机的运动角度位置，再通过模型接口传回仿真管理计算机，仿真管理计算机将舵机位置信息分别通过CAN总线传回给飞控计算机、通过UDP传输给综管软件，同时飞控计算机将舵机位置信息通过遥测链路传输给地面站软件。
在此过程中，仿真计算机、飞控计算机、动力学模型都属于黑盒设备，无法监控数据在其内部及其之间的传输和转换情况。这就导致一方面试验人员无法直观感受数据的完整转换传输过程；另一方面，一旦数据出现故障，需要对每个节点每条通路进行故障排除，极大的增加了试验成本和周期。引入本发明的仿真试验信号监测方法，具体步骤如下：
定义该系统的网络端口为：8100，用于各接口单元之间传递数据；并定义接口单元之间的数据包传输协议，如下表2：
表2：接口单元之间的数据包传输协议
信号采集器通过仿真计算机的输入接口单元实时采集舵机指令和位置各阶段信号数据，作为仿真信号数据，并将该仿真信号数据发送给一次信号解析器；
一次信号解析器接收该仿真信号数据，将该仿真信号数据解析为实际应用数值（舵机指令和位置信号数据），并根据仿真计算机的输入接口单元配置的协议按照实际应用数值（舵机指令和位置信号数据）的各参数对应的信号类型（光信号、声信号和电信号等）将实际应用数值进行汇总，形成汇总数据。
信号转发器通过仿真计算机的输出接口单元通过网口8100将该汇总数据发送至综管软件的输入接口单元，综管软件的输入接口单元将该汇总数据发送给二次解析器；
二次解析器接收该汇总数据并将该汇总数据解析为工程值，形成解析工程值数据，解析工程值数据一部分是由综检软件通过网口发送的舵机指令信息；另一部分是由仿真计算机信号处理单元处理的其他阶段舵机指令及位置；并按照解析工程值数据的信号阶段对解析工程值数据进行重组，形成重组工程值数据。
参见图3，信号显示器按照重组工程值数据的信号阶段将该重组工程值数据进行实时刷新并显示，将重组工程值显示在用户界面上。
表3：用户界面结果显示
信号显示器将舵机指令和位置阶段信息实时显示在用户界面上。
实施例2
参见图3，本实施例仿真试验信号监测系统，其是基于实施例1的仿真试验信号监测方法所形成的，包括：
监测模块：用于实时采集各对象的仿真信号数据；其中，各对象包括半物理仿真试验中所用的下位机和半物理仿真试验中所用的上位机。仿真信号数据包括半物理仿真试验中所用的下位机的网口数据、串口数据和数据总线的传输数据以及半物理仿真试验中所用的上位机的网络信号数据。
汇总模块：用于将仿真信号数据进行一次解析并汇总，形成汇总数据；
发送模块：用于将汇总数据发送给信号监控单元；
工程值数据处理模块：用于通过信号监控单元接收发送的汇总数据并将汇总数据进行二次解析及重组，形成重组工程值数据；
以及显示模块：用于将该重组工程值数据进行显示，根据显示的重组工程值数据进行监测。
本实施例中将仿真信号数据进行一次解析并汇总，形成汇总数据具体为：
将仿真信号数据中的各参数按照配置的协议解析为实际应用数值，并按照各参数的信号类型对实际应用数值进行汇总，形成汇总数据。其中，仿真信号数据中的各参数包括数据信号、工程信号、电磁信号以及脉冲信号等。配置的协议是指接口单元配置的协议。信号类型是指光信号、声信号和电信号等。
本实施例中信号监控单元接收该汇总数据并将该汇总数据进行二次解析，形成解析工程值数据具体为：
信号监控单元接收该汇总数据并将该汇总数据解析为工程值，形成解析工程值数据；
按照解析工程值数据的信号阶段对解析工程值数据进行重组，形成重组工程值数据。
本实施例中解析工程值数据的信号阶段与重组工程值数据的信号阶段是对应的。
本实施例中信号监控单元将该解析工程值数据进行显示具体为：
信号监控单元按照重组工程值数据的信号阶段将该重组工程值数据进行实时刷新并显示。
本实施例中半物理仿真试验中所用的上位机包括但不限于地面站软件及半物理仿真综管软件等。
本实施例中半物理仿真试验中所用的下位机包括实时仿真计算机、动力学模型、飞控计算机、半物理仿真试验的综检软件等。
为半物理仿真系统定义网络端口，用于各接口单元之间传递数据，并定义接口单元之间的数据包传输协议，以确保信息传递的可靠性。具体的，参见图2，为半物理仿真系统综管软件搭建综管软件的输入接口单元，同时将信号监控单元安装在半物理仿真系统综管软件上，具体的，信号监控单元包括二次信号解析器和信号显示器，综管软件的输入接口单元与信号解析器连接；为实时仿真计算机搭建仿真计算机的输入接口单元、仿真计算机的输出接口单元和信号处理单元，信号处理单元包括依次连接的信号采集器、一次信号解析器和信号转发器，其中，信号采集器与仿真计算机的输入接口单元连接，信号转发器与仿真计算机的输出接口单元连接，仿真计算机的输出接口单元与综管软件的输入接口单元连接；仿真计算机的输入接口单元与实时仿真计算机的网口、串口和数据总线连接，用于采集实时仿真计算机的网口数据、串口数据和数据总线的传输数据；综管软件的输入接口单元还通过网络传输协议与半物理仿真系统综管软件连接，用于采集半物理仿真系统综管软件的网络信号数据。
在仿真计算机的输出接口单元内配置需要采集的信号类型、信号内容以及协议。在仿真计算机的输入接口单元内配置需要发往综管软件的输入接口单元的信号内容及协议。在综管软件的输入接口单元内配置需要接收仿真计算机的输入接口单元的信号内容及协议。
具体的，本实施例仿真试验信号监测系统包括：
监测模块：用于信号采集器通过仿真计算机的输入接口单元实时采集仿真计算机的网口数据、串口数据和数据总线的传输数据；综管软件的输入接口单元实时通过传输协议采集半物理仿真系统综管软件的网络信号数据，将仿真计算机的网口数据、串口数据和数据总线的传输数据以及网络信号数据作为仿真信号数据。
汇总模块：用于通过一次信号解析器将该仿真信号数据中的各参数按照仿真计算机的输入接口单元以及综管软件的输入接口单元配置的协议解析为实际应用数值，并按照各参数的信号类型（光信号、声信号和电信号等）对实际应用数值进行汇总，形成汇总数据。
发送模块： 用于信号转发器通过仿真计算机的输出接口单元将该汇总数据发送给综管软件的输入接口单元，综管软件的输入接口单元将该汇总数据发送给二次解析器。
工程值数据处理模块：用于通过二次解析器接收该汇总数据并将该汇总数据解析为工程值，形成解析工程值数据；并按照解析工程值数据的信号阶段对解析工程值数据进行重组，形成重组工程值数据。
以及显示模块：用于通过信号显示器按照重组工程值数据的信号阶段将该重组工程值数据进行实时刷新并显示，将重组工程值显示在用户界面上，用户根据显示的重组工程值数据进行监测。
实施例3
本实施例一种计算机可读存储介质，存储有程序文件，所述程序文件被执行实现实施例1的仿真试验信号监测方法。
实施例4
本实施例一种电子设备，包括相互耦接的处理器以及存储器，其中，
所述存储器：用于存储实现实施例1的仿真试验信号监测方法；
所述处理器：用于执行所述存储器存储的程序指令。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种仿真试验信号监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
实时采集各对象的仿真信号数据；
将所述仿真信号数据进行一次解析并汇总，形成汇总数据；
将所述汇总数据发送；
接收发送的所述汇总数据并将所述汇总数据进行二次解析及重组，形成重组工程值数据；
将所述重组工程值数据进行显示，根据显示的重组工程值数据进行监测；
所述各对象包括半物理仿真试验中所用的下位机和半物理仿真试验中所用的上位机；
半物理仿真试验中所用的下位机为实时仿真计算机，半物理仿真试验中所用的上位机为半物理仿真系统综管软件；
将信号监控单元安装在半物理仿真系统综管软件上，信号监控单元包括二次信号解析器和信号显示器；实时仿真计算机上搭建信号处理单元，信号处理单元包括依次连接的信号采集器、一次信号解析器和信号转发器；
信号采集器通过仿真计算机的输入接口单元实时采集仿真计算机的网口数据、串口数据和数据总线的传输数据；综管软件的输入接口单元实时通过传输协议采集半物理仿真系统综管软件的网络信号数据，将仿真计算机的网口数据、串口数据和数据总线的传输数据以及网络信号数据作为仿真信号数据；
一次信号解析器将该仿真信号数据中的各参数按照仿真计算机的输入接口单元以及综管软件的输入接口单元配置的协议解析为实际应用数值，并按照各参数的信号类型对实际应用数值进行汇总，形成汇总数据；
信号转发器通过仿真计算机的输出接口单元将该汇总数据发送给综管软件的输入接口单元，综管软件的输入接口单元将该汇总数据发送给二次解析器；
二次解析器接收该汇总数据并将该汇总数据解析为工程值，形成解析工程值数据；并按照解析工程值数据的信号阶段对解析工程值数据进行重组，形成重组工程值数据；
信号显示器按照重组工程值数据的信号阶段将该重组工程值数据进行实时刷新并显示，将重组工程值显示在用户界面上。
2.如权利要求1所述的仿真试验信号监测方法，其特征在于，所述将所述仿真信号数据进行一次解析并汇总，形成汇总数据具体为：
将仿真信号数据中的各参数按照配置的协议解析为实际应用数值，并按照各参数的信号类型对实际应用数值进行汇总，形成汇总数据。
3.如权利要求2所述的仿真试验信号监测方法，其特征在于，所述接收发送的所述汇总数据并将所述汇总数据进行二次解析并重组，形成重组工程值数据具体为：
接收发送的所述汇总数据并将所述汇总数据解析为工程值，形成解析工程值数据；
按照所述解析工程值数据的信号阶段对解析工程值数据进行重组，形成重组工程值数据。
4.如权利要求3所述的仿真试验信号监测方法，其特征在于，所述将所述重组工程值数据进行显示具体为：
按照所述重组工程值数据的信号阶段将所述重组工程值数据进行实时刷新并显示。
5.如权利要求1所述的仿真试验信号监测方法，其特征在于，所述仿真信号数据包括半物理仿真试验中所用的下位机的网口数据、串口数据和数据总线的传输数据以及半物理仿真试验中所用的上位机的网络信号数据。
6.如权利要求2所述的仿真试验信号监测方法，其特征在于，所述仿真信号数据中的各参数包括数据信号、工程信号、电磁信号以及脉冲信号。
7.基于权利要求1所述的仿真试验信号监测方法所形成的仿真试验信号监测系统，其特征在于，包括：
监测模块：用于实时采集各对象的仿真信号数据；
汇总模块：用于将所述仿真信号数据进行一次解析并汇总，形成汇总数据；
发送模块：用于发送所述汇总数据；
工程值数据处理模块：用于接收发送的所述汇总数据并将所述汇总数据进行二次解析并重组，形成重组工程值数据；
以及显示模块：用于将所述重组工程值数据进行显示，根据显示的重组工程值数据进行监测。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有程序文件，所述程序文件被执行实现如权利要求1-6任一项所述的仿真试验信号监测方法。
9.一种电子设备，其特征在于，包括相互耦接的处理器以及存储器，其中，
所述存储器：用于存储实现权利要求1-7任一项所述的仿真试验信号监测方法；
所述处理器：用于执行所述存储器存储的程序指令。
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