一種支持試驗設計的仿真調度系統的制作方法
【專利摘要】本發明一種支持試驗設計的仿真調度系統，包括試驗設計模塊、仿真調度模塊以及數據存儲模塊；試驗設計模塊通過解析模型文件得到試驗基本信息，利用試驗設計算法得到試驗樣本文件；仿真調度模塊利用試驗設計模塊的試驗樣本文件，采用輸入數據激活驅動方法安排各仿真模型的推進，并記錄仿真試驗數據；數據存儲模塊將仿真過程中的仿真試驗數據進行統一的格式轉換后進行儲存。本發明實現了高速局域網內的計算機、實物設備、仿真平臺以及仿真模型等仿真試驗資源的統一調配、狀態監控、數據采集和數據傳輸等功能，形成了統一的仿真實驗體系，保證了仿真過程中的實時性要求，大大提高了資源利用率、仿真試驗的效率及可信度。
【專利說明】一種支持試驗設計的仿真調度系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種支持試驗設計的仿真調度系統，屬于綜合調度管控與集群通信系 統領域。
【背景技術】
[0002] 目前航天系統內大型仿真試驗的仿真資源分散在各個實驗室內，根據仿真規劃需 要搭建高速局域網絡，把各種仿真平臺、仿真模型、試驗設備、試驗樣機等連接起來，開展數 字或半實物、實時或非實時的仿真試驗。局域網內的計算機、實物設備、仿真軟件等仿真試 驗資源種類眾多、使用復雜，并且多種通信協議和時鐘要求并存，存在著統一調配、資源狀 態監控、數據采集、數據傳輸等共性需求。數百個試驗間，數百套仿真設備，其管理調度的復 雜性和難度，早已超出了人工調度的能力范圍，也迫切需要一套試驗調度系統來實現高水 平、高效率的試驗調度管理。另一方面，國內外其它大型仿真試驗系統也對試驗設計技術展 開了一些研究，但僅僅是通過試驗設計算法得出仿真輸入數據，并不涉及實物試驗數據的 選取，即試驗設計中沒有實現虛實結合的理念，這會造成大量的無效仿真試驗，浪費人力、 物力、財力。
【發明內容】
[0003] 本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種支持試驗設計的仿真 調度系統，實現了高速局域網內的計算機、實物設備、仿真平臺以及仿真模型等仿真試驗資 源的統一調配、狀態監控、數據采集和數據傳輸等功能，形成了統一的仿真實驗體系，保證 了仿真過程中的實時性要求，大大提高了資源利用率、仿真試驗的效率及可信度。
[0004] 本發明的技術方案是：一種支持試驗設計的仿真調度系統，包括試驗設計模塊、仿 真調度模塊以及數據存儲模塊；試驗設計模塊通過外部輸入的解析模型文件得到試驗基本 信息，利用試驗設計算法得到試驗樣本文件；仿真調度模塊利用試驗設計模塊的試驗樣本 文件，采用輸入數據激活驅動方法安排各仿真模型的推進，并記錄仿真試驗數據；數據存儲 模塊將仿真過程中的仿真試驗數據進行統一的格式轉換后進行儲存；
[0005] 所述的試驗設計模塊包括試驗信息配置模塊、試驗設計算法配置模塊、試驗樣本 文件生成模塊；試驗信息配置模塊從外部輸入的模型文件中解析出可作為試驗因子的所有 屬性及其初始值，然后從所有屬性中選出試驗因子，設定選出的試驗因子的水平值，并將試 驗因子及其水平值作為試驗信息配置模塊的輸出數據；所述的所有屬性是指虛擬仿真試驗 運行必需的所有輸入參數，所述模型文件是模型開發時，生成的包含所有屬性的文件；試驗 設計算法配置模塊通過調用試驗設計算法的動態鏈接庫，對試驗設計算法進行注冊、更改、 保存、刪除，完成試驗設計算法的配置；試驗樣本文件生成模塊通過試驗信息配置模塊提供 的輸入數據，根據經試驗設計算法配置模塊配置的試驗設計算法生成試驗樣本，連同動態 導入的實物試驗數據，生成初始試驗樣本文件；試驗設計模塊會將未作為試驗因子的屬性 及其初始值和初始試驗樣本文件合并成試驗樣本文件，輸出至仿真調度模塊；所述試驗設 計算法包括：全因子試驗設計算法、正交試驗設計算法、拉丁超立方試驗設計算法、均勻試 驗設計算法；
[0006] 仿真調度模塊根據試驗設計模塊的試驗樣本文件輸出獨立運行多次仿真試驗，調 度半實物模型或數學模型在輸入數據的激活驅動方法下并行運行；具體過程如下：設仿真 想定中涉及到多個模型，即數學模型Ml、數學模型M2、半實物模型B1、半實物模型B2 ;仿真 想定中第一個運行的Ml，它的輸出傳遞給B1和B2，B1和B2的輸出傳遞給M2 ;仿真開始后， Ml運行計算，當Ml產生輸出數據時，隨即激活B1和B2開始運行，當B1和B2產生輸出數據 時，隨即激活M2開始運行，依此類推；在多次仿真運行中，針對單個模型，運行完一次則檢 索上一級模型有無輸出數據，若有則立即進入該單個模型的下一次仿真運行流程，若無，則 繼續等待直至有輸出數據產生；仿真過程中將每個模型每一次的運行輸出數據結果進行記 錄，以便為下一級仿真模型的啟動提供檢索；
[0007] 數據存儲模塊接收仿真調度模塊輸出的仿真數據，并將仿真數據統一轉換為DTF 格式并儲存；所述的DTF格式包括一個根文件和多個其它目標文件；所述根文件記錄了傳 輸格式的信息，包括被存儲數據的屬性，各目標文件的內容；所述其它目標文件包括仿真調 度模塊產生的所有仿真試驗數據，包括存儲圖像數據信息、網格劃分數據信息、目標數據信 肩、。
[0008] 本發明與現有技術相比有益效果為：
[0009] 復雜產品設計過程中，涉及到大量的參數及方案選取，如何選取關鍵參數，如何從 多個方案中選取最優方案是設計人員重點關注的問題，通過虛實結合的試驗設計方法生成 的試驗樣本，充分考慮了實物試驗的輸入數據，為通過分析仿真試驗運行結果，最終選取出 最優試驗方案提供準確的試驗設計樣本輸入。
[0010] 針對航天系統大型仿真試驗的特殊需求，本發明提供了一套面向大型分布式虛擬 仿真試驗的試驗設計與調度管控系統，支持虛實數據結合設計試驗樣本輸入，可采用多種 試驗設計方法完成仿真前的分析；構建了一套具備航天系統大型仿真試驗設計特點的仿真 優先級配置模板，以支持試驗資源與仿真資源的統一管理和有效調度，以保證仿真過程的 實時性要求并提高資源利用率，同時，該系統利用分布式存儲技術成功解決了仿真試驗產 生的多重數據的存儲記錄問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發明的組成結構圖；
[0012] 圖2為本發明試驗設計模塊軟件序列圖；
[0013] 圖3為本發明仿真想定邏輯關系圖；
[0014] 圖4為本發明仿真推進時序圖；
[0015] 圖5為本發明數據存儲模塊DTF文件編碼內容結構。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。
[0017] 如圖1所示，本發明各模塊的實現原理為：
[0018] 試驗設計模塊，負責分布式虛擬仿真試驗前的試驗準備，生成試驗運行所需的輸 入文件，包括試驗信息配置、試驗設計算法配置、試驗樣本文件生成三個子模塊。試驗信 息配置模塊，從外部輸入的模型文件中解析出可作為試驗因子的所有屬性及其初始取值范 圍，然后從屬性中選出試驗因子，并設定其水平值，為試驗樣本文件生成模塊提供輸入數 據。試驗設計算法配置模塊，通過調用試驗設計算法的動態鏈接庫，對試驗設計算法進行注 冊、更改、保存、刪除，完成試驗設計算法的配置。本發明涉及的試驗設計算法包括全因子試 驗設計算法、正交試驗設計算法、拉丁超立方試驗設計算法、均勻試驗設計算法四種，后期 還可根據軟件需求，通過試驗設計算法配置模塊動態添加新的試驗設計算法。試驗樣本文 件生成模塊，通過試驗信息配置模塊提供的輸入數據，根據經試驗設計算法配置模塊配置 的試驗設計算法生成試驗樣本，并且，可以動態導入實物試驗數據,使最終生成的XML格式 的試驗樣本文件中包含實物試驗數據和仿真試驗數據。最終，試驗設計模塊會將未作為試 驗因子的屬性及其初始值和試驗樣本文件合并為一個文件，該文件作為仿真調度模塊的輸 入文件。圖2顯示了試驗設計模塊的軟件序列圖，首先，試驗信息配置模塊的試驗樣本文件 操作類通過加載并解析外部輸入的模型文件得到相關的試驗屬性信息，試驗樣本配置類配 置試驗樣本基本信息，并對試驗屬性信息進行篩選和配置，并將有用的試驗屬性信息傳遞 給試驗樣本文件生成模塊的試驗信息配置類；然后，試驗信息配置類配置生成試驗樣本文 件所需的試驗因子及其取值范圍和水平值；隨后，試驗設計算法配置模塊的試驗設計算法 類配置并選擇所需的試驗設計算法，由試驗樣本配置類生成試驗樣本；最后，試驗樣本文件 操作類收集由實物實驗數據類導入的實物試驗數據和試驗樣本，生成XML格式的試驗樣本 文件。仿真調度模塊：針對航天系統的仿真試驗想定，涉及到多個數學模型和半實物仿真設 備。數學模型運行在高性能計算平臺上，一般可以實現超實時計算，半實物設備的運行速度 慢，只能實現實時計算或欠實時計算。如果試驗設計的多次仿真分析獨立運行，將耗費大量 時間。本調度系統采用多模型輸入驅動調度運行模式，一旦仿真想定確定，則各模型間的數 據流邏輯關系就確定了。
[0019] 設仿真想定中涉及到的各模型間邏輯關系如圖3所示，其中Ml、M2、M3為數學模 型，Bl、B2、B3為半實物模塊，箭頭指向表示模型的輸入輸出數據流。仿真開始后，Ml運行 計算，當模型Ml的輸出結果產生即激活模型B1和B2開始運行，當模型B1和B2產生輸出 結果產生即激活模型M2開始運行，依此類推，如圖4所示。針對單個模型，運行完一次立即 進入下一次仿真運行流程，但需要將每一次的運行輸出結果進行記錄，只有當模型檢測到 本次仿真有輸入數據產生后才能進入下一次仿真試驗，這是一種各模型并行的仿真計算調 度流程。
[0020] 數據存儲模塊：通過多次仿真實驗，仿真調度模塊將大量的仿真數據作為輸入傳 送到數據存儲模塊。該模塊包含一套轉換數據標準格式（DTF格式）和一套應用編程接口 標準。數據標準格式定義多種仿真數據，如大氣、海洋、空間和電磁環境等數據的表示和存 儲格式，應用編程接口標準定義仿真數據的查詢接口程序調用語法和語義。
[0021] 抽象傳輸格式DTF (Data Transmittal Format)是一個概念上的文件格式，定義物 理傳輸格式文件的組織方式。DTF包含了一個或多個文件，包括一個根文件和其它目標文 件。當打開傳輸格式時，首先就從根文件獲得傳輸格式的信息，在其他文件中包含了各種對 象和相關信息。傳輸格式編碼內容結構如圖5所示。
[0022] 以電磁目標特性數據的存儲與轉換為例，目標電磁特性數據用于描述目標在不同 電磁頻譜波段的反射、吸收、透射或發射等電磁效應特性，通常與電磁波段、目標材質和形 狀、電磁波束作用方向等有關，一般采用數據表格的方式描述和表示。目標電磁特性數據 的編碼方式主要使用Property Table類表示和組織，通過Table Property Description 類描述屬性表的數據屬性代碼（如雷達后向散射系數等）、單位和取值類型等信息，使用3 個Regular Axis類描述在時間及目標局部二維方位坐標系下的方位角、高低角維度劃分信 息。表1中為常見雷達目標特性和紅外目標特性參數的編碼、定義、數據類型等信息。
[0023] 表1常見雷達目標特性和紅外目標特性參數
[0024]
【權利要求】
1. 一種支持試驗設計的仿真調度系統，其特征在于：包括試驗設計模塊、仿真調度模 塊以及數據存儲模塊；試驗設計模塊通過外部輸入的解析模型文件得到試驗基本信息，利 用試驗設計算法得到試驗樣本文件；仿真調度模塊利用試驗設計模塊的試驗樣本文件，采 用輸入數據激活驅動方法安排各仿真模型的推進，并記錄仿真試驗數據；數據存儲模塊將 仿真過程中的仿真試驗數據進行統一的格式轉換后進行儲存； 所述的試驗設計模塊包括試驗信息配置模塊、試驗設計算法配置模塊、試驗樣本文件 生成模塊；試驗信息配置模塊從外部輸入的模型文件中解析出可作為試驗因子的所有屬性 及其初始值，然后從所有屬性中選出試驗因子，設定選出的試驗因子的水平值，并將試驗因 子及其水平值作為試驗信息配置模塊的輸出數據；所述的所有屬性是指虛擬仿真試驗運 行必需的所有輸入參數，所述模型文件是模型開發時，生成的包含所有屬性的文件；試驗設 計算法配置模塊通過調用試驗設計算法的動態鏈接庫，對試驗設計算法進行注冊、更改、保 存、刪除，完成試驗設計算法的配置；試驗樣本文件生成模塊通過試驗信息配置模塊提供的 輸入數據，根據經試驗設計算法配置模塊配置的試驗設計算法生成試驗樣本，連同動態導 入的實物試驗數據，生成初始試驗樣本文件；試驗設計模塊會將未作為試驗因子的屬性及 其初始值和初始試驗樣本文件合并成試驗樣本文件，輸出至仿真調度模塊；所述試驗設計 算法包括：全因子試驗設計算法、正交試驗設計算法、拉丁超立方試驗設計算法、均勻試驗 設計算法； 仿真調度模塊根據試驗設計模塊的試驗樣本文件輸出獨立運行多次仿真試驗，調度半 實物模型或數學模型在輸入數據的激活驅動方法下并行運行；具體過程如下：設仿真想定 中涉及到多個模型，即數學模型Ml、數學模型M2、半實物模型B1、半實物模型B2 ;仿真想定 中第一個運行的M1，它的輸出傳遞給B1和B2, B1和B2的輸出傳遞給M2 ;仿真開始后，Ml 運行計算，當Ml產生輸出數據時，隨即激活B1和B2開始運行，當B1和B2產生輸出數據時， 隨即激活M2開始運行，依此類推；在多次仿真運行中，針對單個模型，運行完一次則檢索上 一級模型有無輸出數據，若有則立即進入該單個模型的下一次仿真運行流程，若無，則繼續 等待直至有輸出數據產生；仿真過程中將每個模型每一次的運行輸出數據結果進行記錄， 以便為下一級仿真模型的啟動提供檢索； 數據存儲模塊接收仿真調度模塊輸出的仿真數據，并將仿真數據統一轉換為DTF格式 并儲存；所述的DTF格式包括一個根文件和多個其它目標文件；所述根文件記錄了傳輸格 式的信息，包括被存儲數據的屬性，各目標文件的內容；所述其它目標文件包括仿真調度模 塊產生的所有仿真試驗數據，包括存儲圖像數據信息、網格劃分數據信息、目標數據信息。
【文檔編號】G06F17/50GK104239630SQ201410459305
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月10日 優先權日:2014年9月10日
【發明者】何漫, 賈長偉, 王曉路, 張恒, 解洪文, 劉佳, 崔毅楠, 董偉, 寧學, 池元成, 陸小兵, 李鑫, 王長慶 申請人:中國運載火箭技術研究院