[发明专利]一种实物设备与数学模型联合试验系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将实物设备与数学模型进行联合试验的系统及其实现方法，属于虚拟试验技术领域。

背景技术

随着政治、经济等因素的制约和军事发展的需要，在国防工业领域中，进行虚拟试验技术的研究变得越来越重要。虚拟试验是利用计算机建模仿真技术结合测试技术、通信技术和计算机网络技术，为武器装备的性能试验、技术指标考核、综合效能评估开发的一种试验新技术。虚拟试验正朝着“虚实结合”和“综合集成”的方向发展。将实物设备与数学模型集成起来进行联合试验现已成为虚拟试验中“虚实结合”的有效手段。美国国防部提出的高层体系结构(High Level Architecture，简称HLA)标准很好的解决了虚拟试验中“虚”模型(数学模型)之间的集成问题。而HLA在实时性方面有所欠缺，不能满足实物仿真或半实物仿真的实时性需求。实时共享内存网能很好的解决该问题，很好的满足实时性需求。

秦大国等人的“一种基于双桥接器的分布仿真跨协议互连方法”(系统仿真学报)解决了分布交互仿真(Distributed Interactive Simulation，简称DIS)和HLA的互连互通问题。但DIS和HLA都不能很好的满足实时性需求。袁丹的“分布式实时仿真中网络系统扩展的研究与实现”  (洪都科技)解决了SBS与VMIC互连互通的问题。虽然SBS和VMIC能很好的满足实时性需求，但其可扩展性及互操作性不及HLA。本发明通过实时共享内存网(反射内存网)将实物设备或半实物设备相连；通过HLA将各数学模型进行集成；再将实时共享内存网与HLA互连搭建虚拟试验进行联合试验。本发明既能满足实物或半实物仿真的实时性需求，又具有复用性、可扩展性和互操作性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种将实物设备与数学模型进行联合试验的系统及其实现方法，该系统与方法解决了试验系统中实物设备与数学模型的交互问题，以及数学模型与数学模型和实物设备与数学模型的集成方法与推进问题。

本发明的技术方案：一种实物设备与数学模型联合试验系统，基于HLA/RTI的模型包装器将具有统一接口的各数学模型集成；桥接器将实物设备与各数学模型连通并负责整个试验的实时时间推进。基于实物设备与数学模型的联合试验系统及方法的特征包括：

数学模型、实物设备、模型包装器、桥接器及可视化节点；其中：

所述各数学模型具有统一接口；

所述模型包装器将具有统一接口的各数学模型集成：模型包装器作为一个联邦成员加入到联邦中，公布数学模型需要输出的信息，订购数学模型需要输入的信息，循环调用数学模型的接口传递数学模型的数据；同时调用RTI网的服务接口将数学模型的数据转发到RTI网上与其它数学模型对应的包装器进行交互；

所述桥接器由实物设备代理模块和时间管理模块组成；桥接器的实物设备代理模块和模型包装器将实物设备与数学模型进行互连：桥接器的实物设备代理模块作为联邦成员加入到整个试验的联邦中，公布实物设备需要输出的信息，并读取实时共享内存网(VMIC)上的实物设备数据，通过RTI网的服务接口将数据发送到RTI网上与数学模型进行交互；

所述桥接器的时间管理模块引入优先级队列对试验中的时间进行管理：整个试验的时间按照实物设备的物理时间进行推进；各模型包装器推进时，读取时间管理模块发送的时钟，如果时间达到模型所请求的时间，模型包装器调用数学模型的接口进行推进，推进一步完成后将数学模型下一步的请求时间发送给时间管理模块，时间管理模块读取实物设备的物理时钟并存储在系统时间队列中，同时将收到的各数学模型的请求时间存储在请求优先级队列中；时间管理模块发送时间时，读取物理时钟，并判断优先级队列中是否有请求时间，如果有则当系统时间推进到该时间点时将该请求时间发送给各数学模型；

所述模型包装器和桥接器利用可视化接口将试验数据发送给可视化节点进行显示：模型包装器和桥接器的实物设备代理模块启动时公布相应的对象类和交互类，可视化节点订购对应的对象类和交互类；运行时模型包装器和实物设备代理模块将需要可视化的数据分别以对象类和交互类的形式发送给可视化节点，可视化节点利用二维或三维可视化技术进行显示。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)具有“虚实结合”能力。实物设备与数学模型能进行联合试验，解决了实物设备与数学模型的互连互通问题。实物设备能在虚拟的环境中进行验证，虚拟的数学模型能同实物设备进行交互以验证数学模型的正确性。