[發(fā)明專利]一種無人潛航器任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的虛擬試驗平臺及試驗方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210007904.8
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102592025A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙德鑫;李婷;黃芝平;劉純武;蘇紹璟;唐貴林;張羿猛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所 43008
• 代理人: 趙洪;周長清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及到水下自主航行器虛擬試驗設(shè)備領(lǐng)域，特指一種無人潛航器任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的虛擬試驗平臺及其試驗方法。

背景技術(shù)

“任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)”是無人潛航器的核心子系統(tǒng)，是無人潛航器進行水下作業(yè)時的智能決策機構(gòu)，在很大程度上決定了無人潛航器執(zhí)行任務(wù)的效能以及在復(fù)雜海洋環(huán)境條件下的生存概率。在無人潛航器水下航行過程中，“任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)”是無人潛航器的信息處理中心，需實時采集并綜合處理無人潛航器所有其它子系統(tǒng)輸出的狀態(tài)信息，求解無人潛航器在任務(wù)執(zhí)行過程中應(yīng)對所遇情況的最優(yōu)解決方法，并將解算的最終決策結(jié)果發(fā)送給無人潛航器的執(zhí)行機構(gòu)。

“無人潛航器任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的虛擬試驗”是無人潛航器研制過程中的重要環(huán)節(jié)，作為實航試驗的一種輔助試驗手段，其主要目的是通過地面上的虛擬試驗，查找出系統(tǒng)在軟件編碼上的缺陷，驗證系統(tǒng)在設(shè)計上的合理性和可行性，檢驗系統(tǒng)性能在各種異常情況下的可靠性，從而進一步修正系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在實航試驗前完善系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。

根據(jù)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的運行機制，目前無人潛航器任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的地面虛擬試驗以半實物試驗為主，需要利用三軸轉(zhuǎn)臺、對接陣、激勵源、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、地面測試計算機以及無人潛航器其它的子系統(tǒng)構(gòu)建分布式的虛擬試驗環(huán)境。雖然虛擬試驗結(jié)果的置信度非常高，但其規(guī)模龐大、信息流復(fù)雜、組織協(xié)調(diào)困難，無法通過地面上的虛擬試驗在短時間內(nèi)高效率的完成無人潛航器任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)全面的虛擬測試。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、功能集成度高、適用范圍廣、試驗效率高的無人潛航器任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的虛擬試驗平臺及試驗方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種無人潛航器任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的虛擬試驗平臺，包括虛擬試驗場景顯示終端、虛擬試驗用戶操作終端、桌面式工作站、上位機控制模塊以及無人潛航器模擬系統(tǒng)模塊；所述桌面式工作站包括了用于提供細膩清晰畫面的PCI?Express高性能圖形加速處理卡、用于高速大容量試驗數(shù)據(jù)存儲的PCI?Express磁盤陣列卡和多塊用于模擬無人潛航器系統(tǒng)的PCI?Express數(shù)據(jù)加速處理卡，所述PCI?Express數(shù)據(jù)加速處理卡基于多核處理器并模擬了無人潛航器中任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)與其它子系統(tǒng)的運行模式和各個子系統(tǒng)間的運行規(guī)程；所述上位機控制模塊集成并運行于桌面式工作站中，所述無人潛航器模擬系統(tǒng)模塊集成并運行于桌面式工作站內(nèi)的PCI?Express數(shù)據(jù)加速處理卡中。

作為虛擬試驗平臺的進一步改進，上位機控制模塊具有多線程結(jié)構(gòu)，包含了虛擬試驗平臺總調(diào)度線程模塊、虛擬試驗平臺用戶操作接口線程模塊、高層體系結(jié)構(gòu)HLA接口線程模塊以及虛擬試驗視景生成線程模塊；當上位機控制模塊初始化完畢后，虛擬試驗平臺總調(diào)度線程模塊與其它線程模塊分別創(chuàng)建相對獨立的共享內(nèi)存空間，采用異步通信方式進行線程間的數(shù)據(jù)交互；所述虛擬試驗平臺總調(diào)度線程模塊在每一個工作周期，綜合處理共享內(nèi)存空間中各線程提供的狀態(tài)信息，同時創(chuàng)建服務(wù)請求隊列與無人潛航器模擬系統(tǒng)模塊以PCI?Express總線協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互。

作為虛擬試驗平臺的進一步改進，所述無人潛航器模擬系統(tǒng)模塊具有多進程結(jié)構(gòu)，包含虛擬試驗平臺劇情規(guī)劃進程模塊、無人潛航器任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)進程模塊、動力學(xué)運動學(xué)解算系統(tǒng)進程模塊、無人潛航器自導(dǎo)系統(tǒng)進程模塊和目標模擬系統(tǒng)進程模塊；在無人潛航器模擬系統(tǒng)模塊加載并初始化完畢后，所述虛擬試驗平臺劇情規(guī)劃進程模塊在每一個工作周期，綜合處理來自上位機控制模塊的服務(wù)請求隊列，接收無人潛航器任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)進程模塊的狀態(tài)信息并提供虛擬試驗流程信息給目標模擬系統(tǒng)進程模塊，同時通過PCI?Express總線將虛擬試驗結(jié)果發(fā)送給上位機控制模塊；所述無人潛航器任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)進程模塊、動力學(xué)運動學(xué)解算系統(tǒng)進程模塊和無人潛航器自導(dǎo)系統(tǒng)進程模塊之間以統(tǒng)一的虛擬試驗周期同步運行，由無人潛航器任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)進程模塊控制虛擬試驗過程的時間與空間一致性；所述無人潛航器自導(dǎo)系統(tǒng)進程模塊需要在每一個工作周期讀取目標模擬系統(tǒng)進程模塊提供的狀態(tài)信息。

本發(fā)明進一步提供一種在上述虛擬試驗平臺的基礎(chǔ)上進行“全數(shù)字虛擬試驗”時的試驗方法，其流程為：