一种先进综合式航空电子仿真系统及其仿真方法技术方案

本发明专利技术提供一种先进综合式航空电子仿真系统及其仿真方法，该系统中的综合射频系统仿真器、综合光电系统仿真器、综合飞行器管理系统仿真器、外挂系统仿真器模拟机载设备的工作过程，产生系统的激励信息；而该系统中的航空电子统一网络仿真器负责传输系统中的信息流，综合核心处理仿真器实现对接收数据的融合、接收任务的计算，座舱仿真器实现对飞机状态的综合显示，并接收飞行员的控制指令，监控显示设备以图形化的形式对仿真过程进行显示。通过把这些分系统有机地组合在一起来模拟航电系统的运行过程，从而完成对航电系统的定量仿真分析。通过本发明专利技术可以仿真不同的机载网络拓扑结构，因此本发明专利技术有很好的通用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于先进综合式航空电子系统结构下信息处理的仿真
，具体涉及一种航空电子仿真系统及其仿真方法，用于模拟航空电子系统信息流的产生、传输、处理、显示过程。
技术介绍
航空电子系统结构的发展经历了分离式、联合式、综合式，现在已发展到先进综合式。美国的联合先进攻击计划(JAST)被认为是先进综合航空电子系统的研究计划。JAST的主要特点是采用了航空电子统一网络代替第三代结构多种单一的互联网，采用具有超高计算、处理能力的综合核心处理器实现数据融合、任务计算和综合信号处理，与之前的系统相比，在信息传输和任务处理能力上都有很大提高。然而联合式的航电系统结构是我国目前航电系统结构的主流，离高度综合化系统目标还有很远。我国正面临着航电综合系统研究的战略性转变，对先进综合航电系统的性能进行评价分析，对确立我国航空电子技术的发展重点和发展方向具有重要的指导意义。美国在第一代航空电子综合化结构设计中就采用了计算机仿真建模的方法，并开发了相应的软件工具，如针对1553B总线的BusTools/1553TM，国内利用计算机对航空电子综合化系统进行辅助设计的工作是从GJB289A在老机改型和新机研制中大量应用开始的。机载电子设备种类繁多，航空电子系统是一个结构和功能都十分复杂的大系统，用真实系统投资极大，又有相当的风险，而仿真技术可以用较小的投资换取风险上的大幅度降低，得到很高的效费比。真实系统的研究不仅费时费钱，并且很难做到，用计算机仿真技术则可化繁为简，大大节省人力物力。目前，国内外针对航空电子系统结构的仿真研究有对射频系统综合性的模拟，机载总线网络的模拟，有综合核心处理器实时调度算法的模拟计算，这些仿真研究大多是针对先进综合航空电子系统结构数据流传输或处理的某一阶段，只针对系统信息交互的某一方面，对先进综合航电系统的性能进行系统、全面的评价分析有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种先进综合式航空电子仿真系统及其仿真方法，模拟机载信息流的产生和先进综合式航电系统的运行过程，反应了各个分系统之间的相互协作与信息交互。专利技术主要对综合核心处理器和航空电子统一网络进行建模，实现了仿真系统的通用-->性。该系统不仅可以仿真各种复杂的网络拓扑形式，还可以测试不同处理能力的综合核心处理器采用不同实时调度策略的效果。仿真过程能够跟踪任一信息在任何阶段的数据延迟，计算系统的信息处理能力和系统实时性，从而对先进综合航电系统进行性能评价。本专利技术是一种先进综合航空电子仿真系统，包括：综合核心处理仿真器、航空电子统一网络仿真器、综合射频系统仿真器、综合光电系统仿真器、综合飞行器管理系统仿真器、外挂系统仿真器、座舱仿真器、监控显示设备。其中综合射频系统仿真器、综合光电系统仿真器、综合飞行器管理系统仿真器、外挂系统仿真器实现对先进综合航空电子系统设备的仿真，模拟机载设备的工作过程，产生系统的激励信息；航空电子统一网络仿真器与所述综合射频系统仿真器、综合光电系统仿真器、综合飞行器管理系统仿真器、外挂系统仿真器相连接，负责传输系统中的信息流，是各个设备之间通信的桥梁；综合核心处理仿真器与所述航空电子统一网络仿真器相连接，是一多处理器系统，实现对接收数据的融合、接收任务的计算；座舱仿真器与所述航空电子统一网络仿真器相连接，实现对飞机状态的综合显示，并接收飞行员的控制指令；监控显示设备与所述航空电子统一网络仿真器相连接，以图形化的形式对仿真过程进行显示。从功能上讲，本专利技术模拟综合射频系统、综合光电系统、综合飞行器管理系统、外挂系统等机载电子系统产生飞机各种状态信息，通过高速、大容量的航空电子统一网络传输给综合核心处理器，综合核心处理器按照某种划分和调度策略对这些信息进行处理。处理完成之后，将处理结果通过航空电子统一网络发送给座舱，在座舱进行综合显示，飞行员根据显示信息，输入相应的控制指令。这些指令通过航空电子统一网络再传输给综合核心处理器，综合核心处理器处理之后，把信息传给相应的综合射频系统，综合光电系统，综合飞行器管理系统，外挂系统，改变其相应的状态。整个系统由此形成一个有机的整体。综合射频系统仿真器主要包括通信、导航、识别、雷达、电子战等系统仿真。模拟产生航空通信中传输的语言和数据信息，导航所依赖的飞机位置信息，雷达探测所获取的目标反射回波信号，电子战使用的电磁能和电磁频谱等信息的产生和对其变化的跟踪和管理；综合光电系统仿真器模拟产生不同光电环境参数下，侦查、探测到的目标图像信息并对其状态变化进行跟踪和管理；综合飞行器管理系统仿真器模拟产生各飞行阶段即起飞、爬高、改平、巡航、下降和进近各阶段，飞机导航、动力、气动力等参数并对各阶段状态变化进行跟踪和管理；外挂系统仿真器模拟产生攻击目标和本机飞行姿态的参数并对其状态变化进行跟踪和管理。航空电子统一网络仿真器模拟了数据的网络传输，包括网络配置模块、发送处理模块、缓冲队列模块、路由转发模块、接收处理模块。用户根据实际需要，通过网络配置模块设-->定或选择数据库已有的网络设备数量种类、网络的拓扑结构和系统参数。发送处理模块对需要发送的应用数据进行封装处理。缓冲队列模块模拟到达数据交换设备内缓冲的数据包排队情况，缓冲队列模块中待发出的数据包通过查询路由转发模块中的路由表进行转发。路由转发模块根据用户提供的路由转发策略或者直接加载已有的路由转发算法动态库，实现数据包的路由转发。数据包到达目的地后，接收处理模块对接收到的数据包进行拆封处理，得到应用数据。综合核心处理仿真器是一多处理器系统，模拟对航空电子统一网络仿真器传输过来的数据和信号的调度、处理，完成数据融合、任务计算和综合信号处理。包括：处理器设备参数模块、划分算法模型库、任务属性参数模块、任务管理模块、调度算法模型库、调度器。用户可根据实际需要，通过处理器设备参数模块设定或选择数据库已有的处理器设备参数和处理器设备个数，将设备参数和个数信息传给调度器。划分算法模型库保存了各种划分算法，该模型库对各种算法模型进行统一管理，模型可灵活替换，任务属性参数可以根据不同的情况使用不同的算法模型，将所有任务划分成适当的任务集。任务属性参数模块定义所有任务的属性，选择划分算法模型库中合适的划分算法将所有任务划分成适当的任务集，并将定义好的任务属性传给调度器。任务管理模块以任务集为单位，对任务集中的等待任务、就绪任务、运行任务和完成任务分别进行排队，并将任务的执行状态传输给调度器。调度算法模型库保存了各种调度算法，该模型库对各种调度算法模型进行统一管理，模型的可替换性可使系统方便地使用第三方提供的模型来提高系统实时性。调度器可以根据不同的情况使用不同的算法模型，模拟不同的调度过程。调度器接收处理器设备参数模块、任务属性参数模块、任务管理模块提供的信息，并选择调度算法模型库中的调度算法实现任务的调度和抢占切换。处理完成之后，把计算的数据结果发送到航空电子统一网络仿真器。座舱仿真器模拟实现飞行员与机上各类设备进行交互的界面接口。它包括：综合信息显示模块和指令发布模块。综合信息显示模块模拟了对综合核心处理仿真器处理完成传输过来的数据的图形化显示，综合了大量信息显示输出。指令发布模块模拟飞行员通过驾驶杆、油门杆、中央控制面板、触敏显示键盘等装置输入控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种先进综合式航空电子仿真系统，其特征在于，该仿真系统包括：综合核心处理仿真器、航空电子统一网络仿真器、综合射频系统仿真器、综合光电系统仿真器、综合飞行器管理系统仿真器、外挂系统仿真器、座舱仿真器、监控显示设备；其中综合射频系统仿真器、综合光电系统仿真器、综合飞行器管理系统仿真器、外挂系统仿真器实现对先进综合航空电子系统设备的仿真，模拟机载设备的工作过程，产生系统的激励信息；航空电子统一网络仿真器与所述综合射频系统仿真器、综合光电系统仿真器、综合飞行器管理系统仿真器、外挂系统仿真器相连接，负责传输系统中的信息流，是各个设备之间通信的桥梁；综合核心处理仿真器与所述航空电子统一网络仿真器相连接，是一个多处理器系统，实现对接收数据的融合、接收任务的计算；座舱仿真器与所述航空电子统一网络仿真器相连接，实现对飞机状态的综合显示，并接收飞行员的控制指令；监控显示设备与所述航空电子统一网络仿真器相连接，以图形化的形式对仿真过程进行显示。

【技术特征摘要】
1、一种先进综合式航空电子仿真系统，其特征在于，该仿真系统包括：综合核心处理仿真器、航空电子统一网络仿真器、综合射频系统仿真器、综合光电系统仿真器、综合飞行器管理系统仿真器、外挂系统仿真器、座舱仿真器、监控显示设备；其中综合射频系统仿真器、综合光电系统仿真器、综合飞行器管理系统仿真器、外挂系统仿真器实现对先进综合航空电子系统设备的仿真，模拟机载设备的工作过程，产生系统的激励信息；航空电子统一网络仿真器与所述综合射频系统仿真器、综合光电系统仿真器、综合飞行器管理系统仿真器、外挂系统仿真器相连接，负责传输系统中的信息流，是各个设备之间通信的桥梁；综合核心处理仿真器与所述航空电子统一网络仿真器相连接，是一个多处理器系统，实现对接收数据的融合、接收任务的计算；座舱仿真器与所述航空电子统一网络仿真器相连接，实现对飞机状态的综合显示，并接收飞行员的控制指令；监控显示设备与所述航空电子统一网络仿真器相连接，以图形化的形式对仿真过程进行显示。2、根据权利要求1所述的一种先进综合航空电子仿真系统，其特征在于，所述的航空电子统一网络仿真器包括：网络配置模块、发送处理模块、缓冲队列模块、路由转发模块、接收处理模块；航空电子统一网络仿真器模拟了数据的网络传输，即数据的封装、缓存、路由、转发和拆装过程；其中，所述网络配置模块，设定或选择数据库已有的网络设备数量种类、网络的拓扑结构和系统参数，系统参数包括各设备的地址及路由策略，使已选定的设备按一定形式的计算机网络相连；所述发送处理模块是将需要转发的应用数据按航空电子统一网络协议分成一定长度的数据段，并加上含有目的地址和源地址信息的帧头、校验码、帧尾；所述缓冲队列模块在模拟到达数据交换设备内缓冲的数据包排队情况时，对时延敏感的流量制定较高的优先级，对没有服务质量要求的流量制定较低的优先级，按优先级的高低来排队；所述的路由转发模块根据用户提供的路由转发策略或者直接加载已有的路由转发算法动态库，通过检查帧头信息和查询路由表，决定数据包的输出链路；数据包达到目的地后，接收处理模块对数据包进行拆装、排序和拼接，对拼接后的数据进行校验，从而得到最终的应用数据。3、根据权利要求1所述的一种先进综合航空电子仿真系统，其特征在于，所述的综合核心处理仿真器包括：处理器设备参数模块、任务属性参数模块、任务管理模块、划分算法模型库、调度算法模型库、调度器；其中，所述处理器设备参数模块，基于用户设定或选择数据库已有的处理器设备参数和处理器设备个数，将设备参数和个数信息传给调度器；划分算法模型库保存了各种划分算法，该模型库对各种算法模型进行统一管理；任务属性参数模块基于用户设定或选择数据库已有的任务，定义任务的属性，并选择划分算法模型库中合适的划分算法将所有任务划分成适当的任务集，并将定义好的任务属性传给调度器；任务管理模块以任务集为单位，对任务集中的任务状态进行排队，并将任务的执行状态传输给调度器；调度算法模型库保存了各种调度算法，该模型库对各种调度算法模型进行统一管理，模型的可替换性使系统方便地使用第三方提供的模型来提高系统实时性；调度器接收处理器设备参数模块、任务属性参数模块、任务管理模块提供的信息，并选择调度算法模型库中的调度算法实现任务的调度和抢占切换，处理完成之后，把计算的数据结果发送到航空电子统一网络仿真器。4、根据权利要求3所述的一种先进综合航空电子仿真系统，其特征在于，所述的任务属性包括：任务的ID号，任务名称，任务所在任务集的ID号，该任务的前驱任务，该任务的后继任务，任务的最大允许延迟，任务的计算量，执行任务所需的内存大小，任务所订购的消息序号。5、根据权利要求1所述的一种先进综合航空电子仿真系统，其特征在于，所述的监控显示设备包括时钟管理模块、日志模块、执行过程跟踪模块；其中，时钟管理模块实现在时间轴上推进系统的运行，维护仿真时钟；日志模块记录各个信息流的开始、结束，及在设备之间的传输情况；执行过程跟踪模块对飞机上信息流的产生、传输、处理、显示各阶段的延迟时间进行统计，记录综合核心处理仿真器CPU、内存的占用率、航空电子统一网络的链路占有率以及网络吞吐率，并将以上统计结果以可视化的图形显示给用户。6、根据权利要求1所述的一种先进综合航空电子仿真系统，其特征在于，所述的座舱仿真器包括综合信息显示模块和指令发布模块；其中，综合信息显示模块实现对综合核心处理仿真器处理完成传输过来的数据的图形化显示；指令发布模块模拟飞行员通过驾驶杆、油门杆、中央控制面板、触敏显示键盘类装置输入控制指令，并抽象这些控制指令，将其封装成不同的消息。7、一种应用权利要求1所述的先进综合式航空电子仿真系统的仿真方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：第一步：仿真系统初始化(1)选择需要仿真的系统仿真器并设定仿真时间：从综合射频系统仿真器、综合光电系统仿真器、综合飞行器管理系统仿真器、外挂系统仿真器中选择仿真所需要的系统仿真器，并设定好整个系统运行的仿真时间，仿真时钟控制仿真时间的推进，一旦设定的仿真时间到，则结束整个仿...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昕颖，宋丽如，周立，熊华钢，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]