基于光纤反射内存网的集成仿真系统动态数据关联方法

刘生东，刘佳琪，赵 政，杨金鹏，伍梅仙

（北京航天长征飞行器研究所，北京，100076）

基于光纤反射内存网的集成仿真系统动态数据关联方法

刘生东，刘佳琪，赵 政，杨金鹏，伍梅仙

（北京航天长征飞行器研究所，北京，100076）

仿真与试验系统集成面临的最主要问题是不同试验与仿真系统之间在时间、数据和结构三方面的异构性。针对系统集成过程中的数据关联问题，提出基于数据关系矩阵的动态数据关联方法，并设计了该方法的应用流程，在综合集成平台的应用中得到良好的应用效果。

光纤反射内存网；集成仿真；动态数据关联

0 引 言

随着航天飞行器越来越复杂，功能越来越多，在研制过程中，除了采用数学仿真进行性能评估外[1,2]，人们越来越多地采用半实物仿真技术进行参数优化、方案优选、性能评估，既节省经费和研制周期也提高了产品设计的可靠性，并同时利用数学仿真与半实物仿真相结合的方法进行性能评估[3]。

在导弹攻防仿真与评估领域，电子对抗环节效能评估的有效性是影响整个导弹攻防过程评估结果的关键[4]。随着美国导弹防御系统的不断发展，在基于网络中心战指导思想的影响下，雷达组网是美国导弹防御系统传感器系统未来发展的方向。在雷达组网条件下，对中国作战系统的有效性评估是需要重点关注的方面。通过建立基于雷达组网的射频半实物试验系统与数学仿真系统的综合集成的试验系统，能够实现雷达组网条件下、导弹全攻防过程、参试电子干扰设备进入回路的攻防对抗效能评估。在构建射频半实物与数学仿真综合集成系统过程中，两类系统之间在时间、数据和结构的差异性是集成所迫切需要解决的问题[5]。

本文在射频半实物仿真试验系统与数学仿真系统分析的基础上，针对异构系统集成面临的数据问题中的接口配置开展了研究，设计了针对动态数据关联的接口配置技术算法，并基于该算法建立了接口配置流程。

1 基于反射内存网的动态数据关联方法

1.1 反射内存网数据交互方式

基于光纤反射内存网的数据交互是通过网络中共享内存的地址进行接口标识的，当系统内部具有交互的模块在明确两者交互数据在反射内存网中的地址之后，即可通过向确定地址写入数据和读取数据实现数据交互，如图1所示。

1.2 仿真系统内部模块之间数据关系

由于通过反射内存网进行数据交互是基于共享内存中的地址进行操作的，因此若要实现基于反射内存网的动态实时数据关联，需要系统内部数据交互的模块双方能够在系统动态运行过程中实时变更交互数据在光纤反射内存网上的存放地址。从系统的角度出发，一个集成仿真试验系统可以看成由多个模块组成的集合系统，系统内部的模块数据输出端口、数据输入端口和数据处理器组成如图2所示。

系统内部的动态数据交互，可以表现为系统内部模块输入/输出端口之间的对应关系下的各模块端口之间的数据传输过程。由图1可知，在基于光纤反射内存网的集成系统中，端口之间的对应关系通过光纤反射内存网中的地址实现。集成仿真试验系统内部各个模块（用mi表示）的数据交互关系如图3所示。

将系统中各子模块的数据端口依照输出、输入属性分为两组：

系统内部各个数据端口之间的映射关系如表1所示。

表1 系统内部数据端口映射关系

表1中rij表示仿真系统中模块mi,mj之间的输入、输出端口关联关系，表1可由数据关系矩阵R表示：

集成系统内部数据映射关系表示为

2 基于反射内存网的动态数据关联方法

2.1 基于反射内存网的数据接口地址解算

基于光纤反射内存网的动态数据交互需要面临两方面的问题：a）系统模块的数据接收端口从何处接收数据；b）数据输出端口将数据发往何。这两方面的问题可基于式（2）结合光纤反射内存网共享内存中交互数据存放地址的标示实现系统内部数据关系的动态关联，具体关联方法如下：

集成仿真试验系统中各模块具有输出数据端口在光纤反射内存网中的数据存放地址分布如图4所示。

将其中输出端口对应的在共享内存上的地址构建为端口地址序列：

输入端口对应的地址序列为：

数据端口的输出数据的大小构建为一个序列：

由式（5）～（7），结合式（4）中的数据关系矩阵，可以实现系统中各模型的输入输出端口之间的接口关联，如图5所示。如图5所示的接口关联，在确定集成仿真试验系统交互数据在反射内存网上进行数据交互的首地址addr0之后，即可依据端口输出数据大小序列得到连续的端口数据地址分布序列Addout，计算过程如图6所示。

在确定输出端口数据地址分布序列Addout后，可以由集成仿真系统内部各模块之间的数据关联关系表述，可由式（8）获取集成仿真系统内部各模块的输入端口的地址Addin，在动态数据关联过程中，通过数据关系矩阵可以实现集成仿真试验系统内部各模块输入输出端口在反射内存网上的数据关联，通过动态变更数据关系矩阵，由式（8）自主计算输入端口的地址变化，实现系统内部各模块之间的动态实时数据关联。

2.2 集成仿真试验系统动态实时数据关联

集成仿真试验系统动态实时数据关联，需要实现在系统运行过程中，模型各个输入端口实时变更数据输入源，体现在反射内存网上就是模块输入端口对应的地址需要在运行过程中由当前地址变更为另外一个模型输出端口的地址，进而使得模块对应输入数据发生变更。接口配置分为：接口关系变更申请、接口关系变更确认和接口关系变更3个步骤。

a）接口关系变更申请：在系统仿真过程中，接口关系变更需要在单帧数据传输完毕之后才能完成，否则容易导致帧数据在传输过程中出错，因此需要向各子模块提出变更申请。接口关系变更申请发起子模块向其它模块发送变更后的系统接口数据关联关系矩阵。

b）接口关系变更确认：各子模块在接受接口关系变更申请之后，首先判断当前帧数据是否传输完毕，然后依据接收到的新的接口数据关系举证判断变更后的接口端口的数据类型标识与对应输出端口的数据类型标识是否一致，一致则表明数据类型一致，无数据异构情况，可以接受新数据。最后向接口关系变更申请发送变更确认信息。

c）接口关系变更：在各子模块均完成接口关系变更确认后，由申请方发送接口关系变更完成信息，全系统完成接口关系变更。

动态接口配置是通过动态变更系统内部数据接口关系矩阵R实现的。数据关系变更方和申请方的工作流程如图7、图8所示。

3 配置技术的应用

采用集成仿真试验系统可以通过构建和变更数据关系矩阵实现对整个系统内部的数据交互关系的实时动态关联，而不需以文件或者数据库形式进行接口关系的描述，以避免采用文件或者数据库形式带来的非实时性。使得基于不同操作系统（VxWorks、Windows、RTX等）构建的仿真、试验集成系统，通过遍历数据接口映射关系矩阵和端口数据表示矩阵即可自动获取内部各子模块的数据输出到何处、接收来自何处的数据，从而分析出整个系统的数据链路走向。

本文所述技术方法，在射频半实物仿真试验系统与数学仿真系统的集成系统构建中获得了应用，两系统之间通过反射内存网实现系统集成。数学仿真系统与射频半实物仿真系统内部各模块之间的输入、输出之间的关联关系可以通过数据关系配置界面自由配置，并在系统后台自动生成全系统的数据关系矩阵，为后续系统的地址分配计算提供参数。除通过界面进行数据关系矩阵设定之后，还可以通过动态实时数据关联的3个步骤，由系统模块依据运行需求修改数据关系矩阵，实现数据关联的动态修改，内部状态如图9和图10所示。

4 结 论

本文基于光纤反射内存网，提出基于数据关系矩阵的动态数据关联方法，通过数据端口数据类型标识矩阵和数据接口映射关系矩阵将仿真、试验集成系统内部各数据端口之间的关联关系、数据端口对应的物理传输介质地址和数据端口的数据类型一一对应起来，不需要通过复杂的数据库管理技术即可实现对系统内部各数据端口的管理，从而使系统内部各个子模块可以实时关联各自的数据接口的关联关系和数据端口的传输地址，避免采用数据库管理技术带来的非实时性。在射频半实物试验系统与数学仿真系统的集成系统构建应用中，基于该方法的数据关系配置模块运行稳定、高效，5 ms步长条件下，能够实时运行。

[1] 廖瑛, 冯向军, 文援兰, 等. 卫星星座导航数学仿真系统及其关键技术研究[J]. 系统仿真学报, 2008, 20(18): 4862-4866.

[2] 胡海霞, 涂俊峰, 曾海波, 等. 基于组态建模的航天器姿轨控数学仿真系统[J]. 空间控制技术与应用, 2011, 37(01): 11-15.

[3] 赵政, 吕级三, 刘佳琪, 王鹿受. 射频仿真系统与数学仿真系统的集成架构[J]. 导弹与航天运载技术, 2009(03): 43-49.

[4] 肖卫国, 尔联洁. 雷达制导半实物仿真误差分析[J]. 系统仿真学报, 2007, 19(11): 2461-2463.

[5] 向龙, 丁建江, 吕金建. 雷达组网系统抗复合干扰效果动态评估研究 [J].现代雷达, 2010, 32(10): 22-24.

[6] 赵政, 刘佳琪. 集成仿真系统中时间一致性问题分析[J]. 中国电子科学研究院学报, 2010,5(02): 199-203.

Research of Integration System Interface Configuration Based on Reflect Memory Net

Liu Sheng-dong, Liu Jia-qi, Zhao Zheng, Yang Jin-peng, Wu Mei-xian
(Beijing Institute of Space Long March Vehicle, Beijing, 100076)

The primal problem of integration test simulation system is the different scheme in time, data and structure. To solve the problem of different data relationship, the interface configuration method is researched, based on data relation matrix, and the interface configuration process is established by the method. By using the method，the integration platform succeed realizes the interface dynamic configuration.

Reflect memory net; Integration simulation; Dynamic interface relation

TP333

A

1004-7182(2017)02-0087-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20170219

2016-03-31；

2016-05-10

刘生东（1977-），男，博士，高级工程师，主要研究方向为飞行器设计与效能评估以及图像处理