试验数据快速后处理多线程架构设计及应用

在试验数据后处理中,原有的单线程数据后处理解析方式容易导致主线程阻塞,效率不高。为了改善单线程模式效率低下的问题,提出了一种基于数据分解的多线程处理方法,通过采取数据分解方式实现并行化,将要处理的数据分为多个独立的数据块,然后每个核处理不同的数据块,分别进行格式处理及文件写入。本设计充分利用多核硬件的潜能完成数据后处理,缩短后处理时间,提升计算机资源利用率,更快给出数据详细结果,支撑试验成功判读。

分布式飞行器测控数据实时解析系统设计研究

传统飞行器测控数据解析系统无法同时满足数据解析的实时性和完整性要求。针对此问题,研究了一种分布式飞行器测控数据实时解析系统,分布式系统由多个处理机耦合,具有资源共享、高可靠性,可进行高速并行计算等优点,满足了数据解析的实时性和完整性的要求,并通过了试验验证。

VITA定义语言及其编译器的设计与实现

虚拟试验验证使能支撑框架(Virtual Test and evaluation enabling Architecture,VITA)是国内具有自主知识产权的虚拟试验核心框架,具有良好的互联互通互操作性能。为了统一描述和定义VITA对象模型,从而促进试验资源的重用和组合,提出一种VITA定义语言,采用UML风格定义了VITA对象模型的元模型,并为语言规定了严格的语法定义。基于VITA定义语言,设计相应的编译器实现对语法的正确性、一致性检查,并自动编译生成VITA对象模型的框架代码,对应用开发人员屏蔽了大量结构复杂的底层接口代码开发工作,提高了应用的开发效率和可靠性,同时也降低了应用开发人员的门槛,为跨地域、跨平台、跨专业的大型虚拟试验应用搭建奠定基础。

通用实物设备接入技术研究与实现

综合试验验证技术正朝着"虚实融合"的方向发展,将实物试验设备接入虚拟试验的支撑平台进行统一试验,成为综合试验验证的一大关键技术;文章提出一种通用的实物设备接入技术,一方面通过用户界面配置,自动生成与实物设备传输协议相匹配的接入网关,解决传输协议异构性问题;另一方面,通过采用嵌入式的硬件协议转换器,实现高效率的实时设备接入;实验证明,该技术具有良好的实时性,协议转换耗时不到1 ms,同时提高了开发效率,节省了应用开发的人力和时间成本,降低了应用人员的技术门槛,为高效可靠地实现"虚实融合"的综合试验验证奠定了基础。

VITA/HLA异构网关自动生成技术研究与实现

虚拟试验验证使能支撑框架(virtual test and evaluation enabling architecture,VITA)是国内具有自主知识产权的虚拟试验核心框架,具有良好的互联互通互操作性能;为充分利用现有高层体系结构(high level architecture,HLA)模型和仿真系统的积累成果,开展VITA支撑框架对异构试验系统资源集成技术的研究;提出一种可配置的异构网关自动生成技术,并实现了异构网关自动生成器,一方面实现了跨平台应用快速构建,促进了HLA异构系统资源的重用;另一方面,突破了传统网关针对某一特定应用开发的局限性,提高了开发效率,节省了应用开发的人力和时间,降低了应用人员的技术门槛,为大系统虚拟试验应用搭建奠定基础。

试验训练使能体系结构(TENA)的研究与应用

未来的作战与训练概念高度依赖于以网络为中心的作战能力,美国国防部认为迫切需要在试验与训练领域建立一种能克服当前"烟囱式"设计、实现靶场资源之间互操作、重用和可组合的新技术;美军借鉴了多种体系结构的研究和应用成果,构建了试验训练使能体系结构(TENA);对TENA的进展、在美军靶场中的最新应用情况及未来发展方向进行阐述,并描述了针对我国靶场资源现状所带来的启示;该体系结构将为未来开发精细强大的试验和训练系统提供必要的支撑。

基于一维靶标的结构光视觉传感器标定

针对结构光视觉三维测量模型参数的现场标定,提出一种基于自由移动的一维靶标(至少包含3个共线特征点,取其中之一为特征线的原点)的结构光视觉传感器标定方法。根据一维射影变换获取靶标上特征线的消隐点,并与摄像机投影中心确定特征线在摄像机坐标系下的方向矢量;基于特征点的长度约束及方向约束计算特征点的摄像机坐标,得到特征线的直线方程;利用射影变换和特征线的方程获得多个非共线的光条上控制点的摄像机坐标,将控制点拟合成光平面。试验表明,在一般试验条件下,一维靶标结构光参数标定方法可以达到平面靶标法的标定精度。相对于二维靶标,高精度大尺寸一维靶标加工制造容易,维护简单,更重要的是可以用于大尺寸结构光视觉测量的现场在线标定。

基于非量测畸变校正的摄像机标定方法

为了保证镜头畸变系数标定的一致性和简化视觉测量中摄像机的在线标定过程,建立畸变分离的摄像机模型,提出基于非量测畸变校正的摄像机线性标定方法。基于共线点的透视投影不变性,采用大量共线特征点对定焦镜头的畸变参数进行一次标定,摄像机内部参数可以由校正畸变后的特征点进行线性标定。该方法将畸变参数从摄像机模型中分离出来,不需要将畸变参数纳入到摄像机模型中进行多次重复标定。试验结果表明,畸变分离摄像机模型很好地符合了定焦摄像机的成像规律,基于非量测畸变的摄像机参数线性标定方法与传统的非线性优化标定方法的标定精度相当,标定速度提高近3倍,对于简化摄像机标定过程,提高视觉测量的便捷性,拓宽机器视觉的工程应用具有重要意义。

虚拟试验体系结构研究

虚拟试验能够缩短型号研制周期,降低研制费用和风险,能很好的辅助实物试验。首先阐述了虚拟试验技术的优势,提出了虚拟试验体系结构的发展需求。研究了美国国防部开发的虚拟试验体系结构HLA和TENA,并对国内研究现状进行了总结。最后,给出了适合军工复杂产品的虚拟试验验证使能体系结构VITA,并对其内涵进行了详细阐述,为搭建军工复杂产品虚拟试验应用系统提供指导,实现试验资源的互操作、重用和可组合。

基于复杂参数的组态化显示监控系统

随着我国航天飞行器发射频率的不断提高,以及各类预先研究型号的增多,对飞行器的测试效率提出了更高的要求;传统测发控软件由于型号需求差异,人员安排等问题,软件的设计与实现手段不同,一套软件通常只能针对一个型号,需求一旦变更,需要花费大量的人力财力开发与维护软件,同时也对保障软件的可靠性带来难度;为克服现有技术的不足,对组态化设计进行研究,采用了通用化接口设计及显示终端界面加载与数据显示方法关键技术,提出了一种基于复杂参数组态化显控系统,达到一套软件应用于多个型号的通用化目标,极大降低了控件灵活扩展与集成的难度,实现飞行器复杂参数测试数据的实时监控与软件的复用,大大提高了开发效率。

虚拟试验支撑框架VITA研究与实现

虚拟试验验证技术可为复杂航天产品的试验验证提供有效的技术支撑。结合航天产品研制过程对虚拟试验验证技术的需求,开展了虚拟试验支撑框架VITA研究与实现;VITA系统由运行中间件及系列辅助工具集组成,实现对虚拟试验应用系统"试验设计-试验运行-试验分析"全生命周期的支持;全面介绍了VITA运行中间件、集成开发环境、试验设计、试验调度管理、试验记录与回放、试验结果分析、试验数据管理、异构网关、硬件网关等各模块的实现方案,给出了其在航天复杂产品试验系统互联中的应用情况;实践表明VITA支持对产品关键系统的技术性能验证,有效解决了产品难以开展大系统联合试验的难题,后续将完善跨平台功能、提升实时性指标,实现产品化推广。

基于心跳监测机制的中间件监控方法研究

为保证试验的准确性,虚拟试验运行过程中,需要随时查看试验对象的详细信息,文章提出了一种基于心跳监测机制的中间件监控方法,解决了该问题;同时,采用心跳监测机制实现了对试验应用状态的实时监控;文章概述了虚拟试验验证的概念,描述了心跳监测机制及其在中间件监控方法中的关键作用,并对基于心跳监测机制的中间件监控方法的设计和实现进行了详细阐述,最后,通过应用实例验证了该中间件监控方法的实用性。

空间飞行器在轨自主能源管理系统设计

针对长期在轨飞行器能源系统自主管理的现实需求,开展现状分析和知识获取研究,提出了器上自主管理的实现流程。从能源高效利用管理、能量平衡管理、故障隔离与重构管理三个关键环节,简要介绍了功能的设计方案、实现情况,验证系统状态监测和故障时重构的能力,满足长时间自主安全运行需要,为后续空间运输和深空探测领域的工程实现和应用提供有益参考。

基于CMP+GPU的并行离散事件仿真技术初探

随着应用的不断深入,仿真对计算机综合性能的要求越来越高。异构计算系统的出现为并行离散事件仿真带来了重要的机遇和挑战,如何高效充分利用系统资源,提高仿真运行效率成为当前亟待解决的关键问题。从技术角度介绍了利用CMP和GPU进行并行仿真加速的研究进展,分析了传统高性能仿真技术难以充分利用异构计算系统资源的问题,在此基础上就如何利用异构计算系统进行并行离散事件仿真提出了具体建议和展望。

飞行器性能样机虚拟试验系统研究与实现

为实现航天飞行器研制中性能样机模型的充分利用,提出了飞行器性能样机虚拟试验系统的总体方案,通过试验基础数据库、试验数据管理、验证辅助工具、虚拟试验应用等子系统划分和工作流程设计,提供对虚拟试验的全流程支持;系统突破了试验数据对象化管理、试验流程建模等关键技术,并基于虚拟试验支撑平台VITA完成了相应系统实现,在多个飞行器研制过程中开展了典型应用。

面向飞行器的自主保障寿命管理软件设计

随着型号产品研制对飞行器安全性、可靠性和经济性要求的不断提高,对飞行器设备自主保障信息管理和寿命管理有着迫切的需求;为了减少装备故障引发的严重的安全性和可靠性后果,降低维修费用,提高工作效率,对目前飞行器的自主保障寿面管理方面存在的客观现实问题进行了分析,采用基于B/S的自主保障软件开发框架和实时分布式数据库存储关键技术,设计并实现了一套面向飞行器的自主保障寿命管理软件,实现飞行器试验数据管理、飞行器寿命管理和配置管理、飞行器寿命统计,飞行器产品管理,为飞行器的自主保障与健康管理提供支撑,具有重要的型号应用价值。

数据驱动的飞行器智能故障诊断系统研究

飞行器装备及试验技术的快速发展带来试验数据的指数级增长,传统的试验数据管理与分析手段已经无法满足装备研制与优化设计的需求;提出一种数据驱动的飞行器智能故障诊断技术,通过将人工智能技术与故障诊断技术相融合,能够从飞行器历史测控试验数据库中,自动获取参数的阀值、数据链特征与关联关系,形成准确的飞行器参数知识模型库;通过构建数据驱动的飞行器智能故障诊断系统,将知识模型库中的知识与实时试验数据进行比对分析,实现实时数据的自动化、智能化判读,进而发现航天飞行器可能存在的潜在故障,提前预测,将风险降低到最小。

面向飞行器遥测数据的关联规则挖掘方法研究

飞行器遥测数据是飞行器状态的直接体现,对飞行器遥测数据的不断深入分析和研究,可为飞行器的安全性和稳定性提供有效保障;目前复杂飞行器的遥测数据存在试验数据量大、人工判读效率低、数据间关联关系复杂且不易梳理等问题;同时,数据智能化分析程度低,缺少对海量历史试验数据的有效利用;为克服现有技术不足,通过对飞行器遥测数据的关联规则挖掘方法进行研究,提出基于状态转换提取的关联规则挖掘算法,并与FP-Growth算法进行试验挖掘对比分析,实现对飞行器遥测数据参数的关联规则挖掘分析,有效地解决飞行器遥测数据间关联规则的梳理问题,试验结果准确率高,为飞行器工况与参数的关联规则挖掘提供重要参考意义。