[发明专利]一种适用于姿轨控系统多机容错架构的多机时标仿真方法

说明书

本发明一种适用于姿轨控系统多机容错架构的多机时标仿真方法，在多机的共享内存中设计了独立互斥的数据空间，为时标的统一管理提供数据基础，采用多次时标同步的方式，将多机共享内存中数据交换和传输的过程进行阶段划分，保证多机在不同的数据处理阶段均为同步状态，避免将非同步的数据引入计算，实现了任务级的多机时标统一，然后设计了同步控制器，使用同步控制器与各机通信，以仿真时间为控制基准进行同步，设计了高优先级的同步参数，让单机调试过程与多机的时标统一不再矛盾，实现了系统级的多机时标统一。最终解决了容错架构下多机时标统一问题，该仿真方法不仅实现了任务级的时标统一，也实现了系统级的时标统一，目前已在空间站仿真环境中成功运用。

技术领域

本发明是一种适用于姿轨控系统多机容错架构的多机时标仿真方法，属航天姿态轨道控制系统仿真领域。

背景技术

对于载人航天器姿轨控系统而言，可靠性要求极高，需具备应对多重故障的能力，因此，采用基于“拜占庭”容错架构，根据容错算法进行仲裁判断，找到故障机，进而将其排除于系统外。基于该考虑，设计了基于拜占庭的多机容错构型，保证系统出现多重故障后仍能安全稳定运行。与此对应，仿真环境也应具备多机全数字仿真能力，那么如何实现多机容错架构下的多机时标统一就是必须解决的问题，基于容错架构的多机时标统一与现有的多机时标统一方法不同，现有的多机时标统一方法，其仿真粒度同步能力是以仿真周期为单位的，仅保证各单机的每个单独仿真周期的开端统一，而不对每个仿真周期内部进行统一时标控制。这种时标统一方法无法适用于容错架构下的多机控制。原因如下:

(1)基于容错架构的多机控制系统中，各单机采集的部件数据无法包含GNC计算所需的全部数据，必须获取到其他单机采集的数据后才能为GNC计算提供所需的全部数据。即各单机需将自身数据发送给其他单机，这样才能使所有单机都拥有全包络数据。但发送给其他单机的前提就是自身单机采集工作已经完成，而按现有统一管理时标方式，存在某单机还未采集完自身数据，就被迫向其他单机发送自身数据的可能性，造成数据污染。其次，当每个单机获取到全包络数据后，才进行GNC计算，如果没有统一时标管理，则会造成某单机还未获取到全包络数据时就开始进行GNC计算，出现GNC控制失常现象。

(2)多机并行运行时，当需要进行调试时，必不可少会遇到某单机设置断点停止运行的情况，按照现有的以仿真周期为粒度的时标统一方法，只有设置断点的单机会停止运行，而其他单机会继续运行到本仿真周期结束，这样就会造成多机仿真的混乱，没有实现真正意义上的多机并行运行。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，设计一种适用于姿轨控系统多机容错架构的多机时标仿真方法，设计了多机独立互斥的数据空间，并基于该条件提出并实现一种多机时标仿真方法，圆满的解决了容错架构下多机的时标统一问题。

本发明的技术方案步骤如下：一种适用于姿轨控系统多机容错架构的多机时标仿真方法，步骤如下：

步骤(一)将每一个虚拟单机视为进程，每一个虚拟单机为一机，采用相同的多机组成姿轨控系统进行航天器姿轨控，则多机的时标统一就转化成为多机各自进程间的时标统一；多机具有共享内存，利用多机各自进程间可共享内存的特征，使用共享内存模拟临时交换区和串口，进行数据交换和传输，将交换和传输的数据作为多机共享内存的数据；

步骤(二)对多机共享内存的数据进行空间分配，其空间分配遵循独立原则，使每单机对应共享内存中一个独立空间，用于存放对应单机交换和传输的数据，不同独立空间中的数据互不干扰；

步骤(三)在多机并行运行时，多机各自进程间时标统一；将多机共享内存数据交换和传输的过程进行阶段划分，分为数据采集阶段和数据交换阶段，保证多机在数据交换和传输的过程中均为同步状态，即实现任务级的多机时标的统一；