嵌入式软件仿真测试环境软件体系结构研究

利用嵌入式软件仿真测试环境(ESSTE,Embedded Software Simulation Testing Environment)对实时嵌入式软件进行系统测试是国内外公认的、行之有效的方法.基于UML和"4+1"视图模型,系统地对ESSTE的软件体系结构进行了描述.各个视图之间保持了良好的一致性,特别地,在设计视图中将ESSTE软件分为两大组件-实时组件和非实时组件,并按照"管道-过滤器"的软件体系结构模式组织,分别给出了它们的关键类.非实时组件的关键类是配置工具类,实时组件的关键类是模型类、实时变量类和调度器类.据此设计和实现的ESSTE-Basic体现了较好的质量特性,如可更改性、可移植性等,其成功地对多个软件进行了系统测试,高效地发现了大量潜藏的软件错误,验证了ESSTE软件体系结构的正确性和有效性.     

实时嵌入式软件测试执行引擎的设计与实现

自动化的实时嵌入式软件测试中,测试描述执行系统的设计与实现是需要解决的关键问题之一.基于面向对象的思想,设计和实现了实时嵌入式软件测试描述语言的执行引擎.介绍了测试描述驱动的实时嵌入式软件自动化测试过程,并在此基础上提出了测试描述执行引擎的总体设计方案,阐述了编译过程和执行过程的实现方法,给出了符号表管理中哈希函数及其冲突的解决方法和基于SBRMS(Segment-Based Rate Monotonic Scheduling)调度策略的测试描述执行过程.对引擎的执行效率进行了评估和分析,结果表明,通过合理控制测试描述的规模和并发执行个数,测试描述执行引擎能够满足实时嵌入式软件自动化测试对实时、并发特性的要求,并具有良好的可移植性.     

航空电子WDM网络多信道强实时调度设计

对航空电子强实时网络,提出了一种广播选择型和波长路由型混合波分复用体系结构和其调度结构模型.针对航电多信道强实时消息,提出了多信道负载比例轮转调度方法,以消息的负载比例在多信道上分配权值.分析了子系统内部消息和子系统外部消息在体系结构中调度模式的不同,推导了经过单次调度的子系统内部消息和经多次调度的子系统外部消息的多信道强实时调度约束条件,从而满足了航电系统所有消息的端对端的实时传输.针对航电实际系统,从系统资源和稳定性等角度提出了关键性参数的设计优化方法.最后用一个航电消息集实例进行具体说明.     

无人战斗机实时数据处理延迟模型研究

无人战斗机日益成为航空界研究发展的方向和目标,其有效性和先进性取决于其实时管理和控制所采用的方法.通过分析无人战斗机系统数据处理的闭环回路过程,提出了无人战斗机实时任务规划和控制的通讯延迟模型,并将模型用在无人战斗机实时任务规划系统中.仿真结果表明:延迟模型可以为无人战斗机的姿态和位置等飞行状态提供有效的预测和补偿.      

BP网络实时图像自动选取算法研究

实时图像的自动选取是景像匹配自动化的关键技术.提出了一种基于神经网络的实时图像自动选取算法.仿真研究表明,引入Sobel算子的3层BP网络实时图像自动选取算法结构简单、训练时间短和分类准确性高,其并行处理能力能满足景像匹配技术的实时性要求.经最小二乘和Bayes精匹配算法检验,实时图经此网络选取、粗匹配和精匹配,可达到高于0.5像素的定位精度.     

基于CP FODT实时数据处理技术稳健性研究

为改善飞行器实时数据处理中端点附近数据解算精度差、状态预估不准确的问题,提出并证明三次多项式一阶导数定理(CP FODT),对基于该定理的一阶导数解算方法的实时数据处理性能进行了研究.通过仿真计算研究了拟合区间长度、测量误差限及采样间隔对于计算结果的影响,对解算误差进行了分析,给出参数选取的基本原则,并采用实测数据对解算效果进行了验证.验证表明该算法对于实时数据处理具有较高的稳健性和可靠性,可提高端点附近数据的解算精度和预测的准确度,并可衍生为插值算法,能够为实时数据处理提供高精度的数据源.     

附加先验轨道约束的LEO几何法实时精密定轨验证分析

低轨卫星的实时精密定轨能够极大拓展其完成复杂科学任务的能力,例如实时环境监测、机动控制和卫星自主导航等.本文根据几何法实时精密定轨模型,提出了附加LEO先验轨道约束从而改善实时定轨的精度、收敛速度和稳定性的构想.分别采用广播星历、超快速星历预报部分和实时精密星历,设计了6种实时定轨方案,并利用Swarm-A,B,C星7天的观测数据进行方案验证与分析.结果表明,使用广播星历、IGU和IGC星历的方案精度递增,附加先验轨道约束能够进一步提升精度.使用IGC星历并附加标准差为1m的先验轨道约束后,在径向、切向和法向的定轨精度分别达到6.12cm,5.55cm和4.98cm.此外,附加先验轨道约束能够显著提升收敛速度,使用IGC星历平均收敛时间约为31min,附加标准差为1m的先验轨道约束后收敛仅需约4min.      

基于机场探鸟雷达数据的鸟击风险评估

提出一种实时鸟击风险评估方法.该方法利用机场探鸟雷达获取的实时鸟情信息,通过估计鸟击概率和严重程度实时评估鸟击风险.以飞鸟和跑道位置为自变量建立预估方程,计算鸟击概率.将德尔菲法和层次分析法（AHP,Analytic Hierarchy Process）相结合,建立鸟击严重程度估计模型;该模型充分利用了专家知识和定量计算的优点,称为DAHP模型.为减少该模型中同一层次上参数的个数,将影响评估结果的因素置于一个双层模型中,避免由于同一层次上参数过多造成比较矩阵不满足一致性的问题.本评估方法经过了三跑道的北京首都国际机场仿真数据和单跑道的北海福城机场实测数据的测试.     

基于CAN总线的虚拟仪器在多电机控制中的应用

将虚拟仪器的概念应用到多电机控制系统中,对电机的运动轨迹、电流特性进行实时监控以达到最优控制.采用基于CAN(Controller Area Network)总线的主从式分布结构,在产品研发过程中虚拟仪器取代电机控制中心成为主节点,完成对各个电机控制单元的调试和测量.利用CAN卡和Visual Basic完成了虚拟仪器系统的开发,实现了电机控制算法的实时调节、控制效果的数字化和图形化评估、DSP(Digital Signal Processor)和FPGA(Field Programmable Gate Array)程序的在系统升级以及各种测试环境的模拟,显著提高了某型号X光机的研发效率和产品质量.     

机载UMS分布式容错计算机系统设计

综合控制管理是机载机电设备发展的趋势.针对航空机电设备综合控制管理预研项目,利用分布式容错技术、高可靠航空电子总线技术和嵌入式实时多任务操作系统应用技术,设计并实现了一个分布式容错计算机系统.讨论了系统的工作特点、系统结构、通信网络、冗余管理和实时容错分布执行软件.      

天地一体化网络地面软网关技术及其应用

对天地一体化网络进行研究,重点对基于IP over CCSDS 协议的天地网关技术进行了分析,在此基础上提出了地面网关软件化技术。文章提出并实现了网关软件化实现过程中关键技术“数据链路层协议解析”和“网络层IP 数据包透明穿越”。与传统地面网关硬件实现相比,该技术具有成本低廉,使用配置灵活,可移植性强的特点,同时,该技术对使用环境和用户数量的变化具有高适应性,具有良好的应用前景。通过视频天地通信实例验证了地面软网关技术的有效性。     

航空电子系统的光纤网络结构与技术

针对先进航空电子系统对数据网络的高速和混合通信的需求,基于分布式控制、实时存取和故障容忍的设计思想,进行了分布式光纤网络的结构设计和协议选择.重点分析了光纤链路、介质访问控制协议、拓扑、容错技术和网络管理软件.分析结果表明,基于1394b总线的分布式容错光纤网络能提供确定和可靠的通信,同时该吉比特光纤链路满足误码率要求且功率余量达13dB.因此它是具有高带宽、低延迟和易扩展优势的高综合网络结构.      

一个DIS实时通讯网络的设计与实现

以一个ＤＩＳ（分布交互仿真）实时网络的设计和开发过程为背景,研究了ＤＩＳ实时网络开发中的几个问题。在进行实时ＤＩＳ网络规划时,采用了多点传送的通讯服务方式,保证每个仿真应用只发送变化的信息,只处理与自身相关的信息。指出了进行数据的实时传输格式定义时应注意的几个问题,这些数据定义必须支持多种不同的操作系统和平台。最后给出了开发ＤＩＳ实时通讯软件的方法,包括通讯协议和应用编程接口的选择。     

基于脉冲超宽带的星载高速无线数据网络设计

针对卫星内高速数据通信现有的点对点LVDS线缆通信带来的线缆束缚、布局困难、成本增加的难题，提出一种基于脉冲超宽带的星载高速无线数据网络设计方案，介绍了脉冲超宽带收发机、高速无线网络协议和无线网络节点软硬件设计的关键技术.发射机采用阶跃恢复二级管（SRD）产生皮秒级脉冲信号；超宽带脉冲接收采用幅度检测方法；无线高速网络协议设计参考美国军用数据总线标准MIL-STD-1553B协议，采用时分制指令响应机制，对1553B标准的许多指标进行扩展以适应UWB无线信道和高速传输特点，并通过FPGA成功实现.测试显示，地面演示系统应用层数据传输误码率小于10-9，表明了基于脉冲超宽带的星载高速数据网络设计的可行性和可靠性.      

天基网络体系及自适应资源动态管理

随着天基网络应用范围的不断扩大和承担任务重要性的持续提升,天基网络及通信卫星星座建设将在未来网络通信中发挥越来越重要的作用。天基资源管理技术对于天基网络业务负载的实时性和高效性保证具有重要的意义。文章就天基网络的现状和业务特点进行分析,针对天基信息网络的资源管理系统功能和特点,对资源动态管理技术,包括实现场景、功能重构和资源分配进行研究,针对实时的资源分配,基于首价密封（First price sealed bid,FPSB）拍卖博弈提出了一种自适应分布式资源分配方法,并进行了相应的分配方案设计。最后通过对天基网络场景的仿真,证明了该方法在提高天基网络资源利用率和系统运行效率上的优势。     

面向空间通信的DTN一体化传输性能约束研究

相比于地面网络，空间通信链路具有较长的延迟、频繁的中断、较高的误码率及上下行链路非对称等特性，互联网成熟的网络技术并不适用，对网络可靠传输性能的保障提出了挑战。不同于空间IP协议体系方案，针对空间通信链路特性，采用多种传输机制兼容的DTN（delay tolerant networking）协议架构。重点针对链路非对称、和信道误码率等特性，研究对保障可靠传输的TCP和LTP两种传输机制的性能制约，并给出LTP（Licklider transport protocol）机制的跨层包尺寸优化模型。基于半实物仿真平台，构建静止轨道GEO以下的空间通信场景，进行真实数据流仿真，分析链路因素对协议传输性能的影响。仿真结果表明，在近地端误码率和信道非对称比例较小的空间通信场景中，仍可以采用TCP机制保障可靠传输，但对于误码率和信道非对称比例较高的通信场景，应考虑采用LTP传输机制保障通信的有效性和可靠性。     

基于BM3803的1553B总线通信软件设计

在某卫星地面检测设备中使用BM3803处理器来模拟卫星中的总线控制端对远程终端进行检测,构建了比传统的Windows+1553B_PCI板卡方案实时性更强的卫星数据仿真平台。首先向BM3803移植了实时操作系统μC/OS II,设计了适用于BM3803的板级支持包,保证了软件的可在轨更新和任务的实时性,确定了用户任务与硬件高度分离的软件结构。在设计μC/OS II的用户任务时,充分利用BM3803和B61580的校验功能,提高了软件的可靠性。最后令本设计和Windows+1553B_PCI板卡方案完成相同的用户任务,对比可得本设计有更好的实时性,可满足卫星高层通信协议对实时性的要求。     

基于火箭测量系统的无线传感器网络技术研究CSCD

无线传感器网络技术是未来电子测量与数据获取的重要发展方向之一。在简要介绍无线传感器网络技术的基础上,分析归纳了该技术应用于火箭测量系统的技术难点,其中针对环境适应性和通信协议两个关键点进行了深入挖掘和理论建模,为构建一个可靠高效的箭上无线数据获取方式提供了论证和依据。     

航空电子限时令牌太赫兹互连的实时性能分析

在航空电子设备内部采用太赫兹通信技术实现cm级的板间或芯片互连可以减少引脚和接插件，缩小电子设备的体积，并降低维护成本。针对采用全向天线收发和开关键控（OOK）调制的近距离太赫兹通信网络，通过考虑分子吸收噪声和损耗的点到点通信链路分析，给出太赫兹信道容量计算结果；结合节点间的限时令牌多路访问协议，依据信道容量采用服务曲线模型进行最坏情况下总流量分析（TFA）和隔离流量分析（SFA）；充分考虑概率保证下应用层通信任务的突发度，得到限时令牌太赫兹互连的实时性能分析方法。案例研究表明：相较于时分多址（TDMA）方式，基于限时令牌协议的无冲突多路访问机制可以适应物理层容量和应用层负载的随机变化，保证了更小的延迟，有利于实现航空电子芯片间和板间的太赫兹互连组网和实时通信。