基于反射的分布交互仿真软件框架

软件框架需要在领域内不同的应用环境中使用,因此框架的适应性是其非常重要的质量属性.将反射技术引入建模与仿真领域,通过将支持大规模分布交互仿真系统开发的软件框架进行体系结构级的反射,解决了系统结构动态演化和运行时扩展问题;通过对仿真模型进行组件或对象级的反射,解决了模型的动态表示和行为演化问题.通过将反射塔构造为一个数据仓库对反射模型进行集中管理和统一接口访问,使系统在体系结构模式上表现为以数据仓库为中心,改善了反射系统的安全性,同时提出了一种新的基于反射数据库的软件设计模式.利用RTI的服务去维护分布的仿真节点的反射数据库,简化了系统的实现,同时也封装了RTI,从而构造了一个比HLA更高级和友好的分布计算和仿真环境,为仿真应用系统的快速开发提供了强有力的支持.      

基于扩展Petri网的除冰软件安全需求建模和验证

Petri网是形式化的系统建模方法,以严格的数学基础来保证系统的正确构建,但在支持复杂软件建模和自动化验证方面存在不足.扩展了Petri网的形式语义,区别定义了状态型和数值型库所,区别定义了变迁的激发和抑制状态,引入了无前置、一元和组合判断规则,同时根据形式化定义将模型自动转换为检验程序实施安全性验证.最后给出了以上方法在典型安全关键软件-除冰系统上的应用,过程和结果表明扩展的模型和方法增强了Petri网对复杂软件系统的建模能力,提高了软件的安全性,从模型到验证代码的自动转换解决了完善模型时人工修改相应代码的工作量和因此而引入人为错误的重复工作量的问题.     

笔式三维建模系统的隐式映射机制

笔式三维建模系统支持用户基于纸笔隐喻自由勾画以表达三维模型,系统根据用户的交互意图完成相应的三维建模.针对笔式三维建模技术的交互特征,提出一种隐式映射机制.通过分析二维笔划以及交互的上下文,动态建立2个相互垂直的、虚拟的投影平面,从而将二维笔划信息平滑转换成三维空间信息.针对极限位置无法正常映射的情况,提出了一种坐标增量置换法来实现三维映射,不仅解决了极限位置的坐标映射,而且支持用户自由勾画更加复杂的三维模型.隐式映射机制将用户从繁琐、复杂的操作中解脱出来,集中精力关注创作灵感的表达.该方法已经在自主开发的笔式三维建模系统的原型系统PenSketch3D中得到验证,并取得了良好效果.      

数字空间站动力学与控制仿真建模与飞控应用

数字空间站作为真实空间站的数字化映像,将能源、信息、环热控、动力学与控制等多专业模型进行综合集成,建立舱段级、整站级多学科仿真系统,为空间站长期飞控任务提供技术支持.基于Modelica建模语言,结合采用FMI接口标准,完成了数字空间站动力学与控制仿真模型的集成,并成功在空间站飞控中进行了应用.     

飞机结构试验用加载作动器设计与效率分析

针对飞机结构试验尤其是静力试验中加载速度低、系统流量低的特点,设计了一种新型的基于阀控的飞机结构加载试验用的电液一体化作动器,阐述了其系统组成和工作原理,分析了阀控系统的效率问题,提出降低油源压力设计值来提高系统效率的方案,并通过AMESim高级建模仿真平台,对该电液一体化作动器系统进行建模仿真,验证了降低油源压力设计值方案对提高系统效率的有效性.其仿真结果表明所设计的电液一体化作动器能够满足设计要求,在飞机结构加载试验中具有很好的应用前景.     

飞行器动力学虚拟样机技术研究

动力学虚拟原型样机的开发有许多关键技术,如:高等级建模粒度、实时的运行框架、规范的数据结构和共享的仿真资源等等.通过对动力学虚拟样机进行初步研究,提出了一个支持复杂动力学虚拟样机系统的设计/开发/集成环境,并对基于运行时间框架RTI(Run Time Infrastructure)的协同仿真环境做了较深入探讨,提出利用数据网关技术解决实时性能高的仿真子网与协同仿真主干网的互联问题,并总结了动力学虚拟样机的特点和关键技术.      

CPU仿真器MCS中存贮结构仿真的实现

仿真器是进行硬件设计评估,系统软件设计开发和计算机体系结构研究的有力工具,而对内存的仿真是系统级仿真器的重要组成部分,其仿真效率直接影响整个仿真器的性能.以一款基于VLIW(超长指令字)结构的CPU仿真器——MCS为例,研究了高效内存仿真的实现方法.MCS为目标应用程序提供了一个仿真运行平台,从而达到评估CPU设计,分析指令效率,支持编译系统调试的目的.      

Java卡的可信代码装载机制设计

对满足可信计算平台(TCP,Trusted Computing Platform)需求的代码管理问题,提出了以Java卡为核心,以代码签名技术为主要手段,以卡内的安全域(security domain)作为各个软件权威(Java卡设备发行方和应用提供方)安全策略执行者的可信代码管理框架.新机制支持设备发行方软件的装载和更新,完善了应用提供方安全域的装载和更新流程,并对下载命令数据结构进行了扩充.解决了在复杂应用环境中,多个软件权威相互独立的限制条件下,代码的免人工广播式发布问题,扩展了传统Java卡软件装载模式,提高了系统的安全性,为使用Java卡平台进行可信计算提供保障.     

基于组态建模的航天器姿轨控数学仿真系统

数学仿真是研究航天器姿态轨道控制系统常用的手段,目前常用人工编程的方式建模,花费时间长且软件的可读性、可维护性较差.提出一套基于组态建模的航天器姿态轨道控制仿真系统,该系统通用性强、可支持自动建模及代码生成.仿真实例表明,该系统模块化、自动化程度较高,大大提高了研究人员的工作效率.     

基于多维多层立体指标PNT优选策略与评估方法

复杂场景下,无人系统需要快速、可靠、精准决策的导航定位和授时(Positioning, Navigation, and Timing, PNT)手段。目前,PNT手段的优选大多依赖指挥员的经验,其任务繁重。为了将指挥员从决策任务中解放出来,进而专注于对战,需构建基于多维多层立体指标的PNT服务手段,以及设计PNT优选策略,并对优选策略进行评估。本文在无人系统可用的导航手段基础上,从系统工程思想出发,基于能评估思想体系和常规评估流程,建立无人系统PNT导航手段优选策略体系,通过模糊层次的分析方法,对体系指标进行量化。通过无人机的典型应用案例表明,本文所提的方法可以获得不同维度的综合效能定量数值,在多任务多场景下供指挥员参考并进行决策,该方法可为我国的PNT体系建设提供支撑。     

仿真网格下的节点选择

仿真网格是一个将网格技术和建模与仿真技术相结合的网络化仿真平台,节点选择是提高仿真网格下仿真执行性能的重要手段.根据仿真网格下资源异构性的特点,提出一套形式化的节点性能评价标准,以此标准为依据建立节点选择的数学模型,并给出选择最优节点集合的节点选择算法.算法实验表明,该算法以节点的计算能力为优先考虑,同时顾及节点之间的通信性能,并能够回避通信性能参差不齐时好的通信性能掩盖住差的通信性能的情况,能够起到提高仿真执行效率目的.     

面向装备RUL预测的平行仿真技术

装备平行仿真是系统建模与仿真领域的新兴仿真技术,已经成为研究热点。在装备维修保障领域中,分析了装备剩余寿命（RUL）预测存在的突出问题,即模型参数固定、不具备自适应演化能力,成为阻碍实现装备剩余寿命自适应预测的首要因素。结合装备平行仿真理论,在建模分析的基础上提出了面向装备剩余寿命预测的平行仿真框架,该框架以Wiener状态空间模型为基础仿真模型,在动态注入的装备退化观测数据驱动下,利用期望最大化（EM）算法在线更新模型参数,并利用卡尔曼滤波（KF）算法实现仿真输出数据与观测数据的同化（DA）,从而实现仿真模型动态演化,使得仿真输出不断逼近装备真实退化状态,为准确预测剩余寿命提供高逼真度仿真模型和数据输出。以某轴承性能退化数据为数据驱动源,对该框架进行了验证,仿真结果表明平行仿真方法能准确仿真装备性能退化过程,在提高预测精度的基础上实现了装备剩余寿命的自适应预测,有力证明了平行仿真方法的可行性和有效性。      

虚拟维修仿真建模与控制实现

现有的建模技术在描述维修过程及其相关信息资源等方面存在很大不足,同时缺乏将抽象的维修任务描述与底层维修活动仿真相结合的研究,针对此问题提出并建立了维修任务仿真管理模型 MTN(Maintenance Task Net).构建MTN模型框架并建立基本功能模块,同时阐述了MTN建模的3个要素:状态、活动和条件.基于状态描述各种维修资源,基于活动定义维修动作行为,基于条件建立资源与活动间约束关系.进一步阐述MTN驱动虚拟场景进行维修仿真,同时控制管理整个维修仿真过程.最后给出了应用实例,该模型对实际工程中维修工作分析评价的开展具有一定的实用价值.      

泵阀协调控制电动静液作动器方案分析

针对典型的EHA (Electro-Hydrostatic Actuator)系统存在的频响较低的问题,为了兼顾作动系统的效率和频响,将控制阀引入了EHA系统,提出了3种泵阀协调控制的EHA方案,分别是:采用EHSV(Electro-Hydraulic Servo Valve)的EHA系统,采用DDV(Direct Drive Valve)的EHA系统以及采用TPCV(Total Pressure Control Valve)的EHA系统.阐述了这3种方案的系统组成及工作原理,采用AMESim对这3种方案及典型的EHA进行了仿真对比分析.从仿真结果可以看出:泵阀协调控制的EHA系统可以大大提高系统的频响,同时还具有较高的效率.作为3种过渡方案,将对目前机载电动静液作动系统的研制具有实际指导意义.      

星载软件可测试性设计方法

随着星载软件复杂度的增加,提高软件测试效率对保证软件质量越来越重要,软件的可测试性设计成为提高软件测试效率的关键手段。文中针对星载软件的可测试性设计提出了四种方法:设计可测试的分层体系结构可将软件故障限制在层次范围内;合约式任务模板可规范任务的输入输出,降低任务间的耦合性;状态序列编码可用于动态指示软件的切换与流向;多任务调度记录与堆栈使用记录可用于静态复现一段时间内软件的详细工作过程。可测试性设计方法应用在某项目的软件研制中,软件测试效率有明显提高,证明方法可行有效。     

轻量级门户单点登录服务机制

信息门户的建设过程中需要容易实施且灵活高效的整合模式.为克服传统单点登录机制无法满足在动态松耦合环境下实现快速整合的缺陷,结合面向服务架构思想,提出一种轻量级门户单点登录服务机制(LSSO-Service,Lightweight Single Sign-on Service),可为门户整合提供结构简单、完善通用、松散耦合、快速机动的单点登录服务.LSSO-Service基于高于对象层的分布式服务集成模式进行功能划分,可实现采用不同技术的应用系统在门户中的快速动态整合.阐述了LSSO-Service的设计思想和工作原理,并通过在国内某大型水利信息门户中的应用实践,说明该研究结果对于门户建设具有较高的理论意义和参考价值.      

基于分层介质模型的HF雷达高度计火星回波仿真研究

火星次表层中的水探测是当前深空探测领域中的热门问题之一. 高频(HF)雷达高度计具有较强的穿透能力, 且能同时实现距离和功率测量, 是火星次表层探测的重要手段. 介绍了高频雷达高度计系统的原理和设计, 通过分析高度计电磁脉冲与多层光滑介质之间的相互作用, 得出其回波功 率随时间变化的模型, 并考虑了表面粗糙度对表面回波功率的影响. 选用典型的火星分层介质模型, 对其介电常数特性和高度计回波波形 进行了仿真. 仿真结果表明, 采用高频雷达高度计系统可实现对火星次表 层介电特性垂直廓线的反演, 对火星中水的识别具有重要 作用.