一种基于AADL的航空电子系统仿真和验证技术

飞机系统集成化程度的提高增加了对航空电子系统设计和分析的难度,同时也对安全性需求等系统特性的验证提出了更高的技术要求。对基于结构化分析和设计语言(AADL)的系统建模和仿真流程及相应的评估分析能力进行了介绍,并在基于AADL的航空电子系统建模框架下,提出基于AADL的航空电子系统仿真评估和验证方法,利用结构化分析和设计语言AADL构建航空电子系统典型子系统的正常模型和错误模型,并以此建立系统的扩展模型。在此基础上,利用形式化方法对系统模型进行描述并转化为Kripke结构。最后对系统模型进行模型仿真和特性验证,验证所构建的系统架构和设计逻辑是否符合系统设计特性需求。     

基于AADL的机载设备系统可靠性建模

AADL可以描述机栽设备系统的时序需求、任务状态等关键性能特性,已应用于航空、电子自动化、机器人控制等实时系统。提出基于AADL的机载设备系统可靠性建模方法,为该系统模型结构的设计和验证提供了理论依据。采用EMA子语言对AADL描述的机载设备系统进行可靠性建模,给出可靠性模型中的错误模型、错误传播和状态映射规则等子句属性的用法。最后通过一个基于AADL的机载设备可靠性建模实例,验证了所提建模方法的有效性。     

基于NuSMV的AADL模型形式化验证技术

结构分析描述语言(AADL)是一种描述任务关键嵌入式系统架构和行为的建模语言，在航空航天领域广泛被应用。为验证AADL模型的任务关键属性和系统行为的正确性，提出基于NuSMV(新符号模型检查器)的AADL模型形式化验证方法。首先，覆盖AADL模型的所有软件构件和行为特征，提出了AADL模型到NuSMV模型的映射规则和转换算法；其次，采用图同构方法分析了转换算法的正确性；然后，在NuSMV模型中采用时态逻辑公式对AADL模型中待验证属性进行描述，以验证AADL模型中安全性、活性和嵌套模态配置的正确性；最后，以飞行控制系统为例，详细阐释了基于NuSMV的AADL模型形式化验证方法，并给出验证属性的统计信息。     

基于AADL的航空电子系统安全性分析

AADL是一种描述嵌入式实时系统的软硬件结构、安全性、可靠性等关键性能特性的重要手段,目前已广泛应用于基于ARINC653的综合化航电系统。安全性作为综合化航电系统的关键性能之一,已成为需要解决的重要问题。详细阐述了基于AADL的航空电子系统安全性分析的原理,并给出了一种可行的航空电子系统安全性分析的设计和实现方案,为航空电子系统安全性的设计提供了一种验证方法。     

基于机载多核弱序存储模型的共享内存驱动软件设计方法研究

随着航空电子系统承载的应用日趋复杂,飞机对机载计算机的计算力和功耗比要求不断提升,这也推动了嵌入式多核处理器的加速应用和普及。多核处理器在航空电子设备的深入应用,随之而来的是运行其上的软件复杂度急剧上升,面向应用的航电系统设计面临挑战。多核处理器平台由于需要面对并行、指令乱序、资源共享冲突等问题,而目前国内大多数机载嵌入式软件和驱动仍然是基于单核处理器设计和实现的,影响最大的是在机载嵌入式实时操作系统环境下的驱动软件,因此需要充分考虑多核带来的各方面影响,尤其是需要兼顾共享内存等资源的使用冲突和实时高效要求。本文结合机载航电多核处理平台的特点,提出了一种基于机载多核弱序存储模型的共享内存驱动软件设计方法,并基于该方法设计了FC 总线驱动和MBI 总线驱动,项目应用结果表明,设计的驱动程序在多核处理器平台上数据传输正确,验证了方法的正确性和有效性。     

基于小波包分析与多核学习的滚动轴承故障诊断

为了更准确地诊断滚动轴承故障,提出了一种基于小波包分析与多核学习的滚动轴承故障诊断方法.该方法首先对振动信号进行3层小波包分解,将振动信号分解为不同频带的信号,提取各频带的相对能量特征,构建特征向量;然后采用多核学习算法从训练样本集中学习核函数与分类器;最后使用训练出的分类器识别滚动轴承故障类型.为了验证方法的有效性,进行了滚动轴承故障诊断实验,实验结果表明该方法的故障诊断准确率达到98.25%,与传统的基于小波包与支持向量机的滚动轴承故障诊断方法相比,其故障诊断准确率更高,同时由于避免了核函数的选择问题,该方法更便于实际应用.      

面向航电系统容错特征的任务可靠性建模方法研究

基于AADL语言和GSPN模型面向DIMA系统开展任务可靠性建模研究,考虑系统的容错特征及其模式转移逻辑,建立AADL系统建模语言与GSPN模型的转化规则,进行系统可靠性定量分析,并以典型航电产品为例进行了方法应用和仿真。本文提出的方法和规则可实施性强,为存在重构或备份等容错技术的航电产品进行多模式转移 的系统任务可靠性建模提供参考。     

一种高效OpenGL多线程文本绘制方法

OpenGL库没有提供直接的文本显示和处理函数,文献[4]给出一种基于GDI的OpenGL文本绘制方法,但该方法效率低,CPU占用量大。考虑到Windows多线程机制,对上述方法做出改进,提出了一种基于多线程的OpenGL文本绘制方法。该方法可有效利用多核处理器的优势,在对实时性要求较高或进行大批量文本数据绘制等方面有明显优势。实验结果表明,使用此方法能够有效提高文本绘制效率,改善用户体验。     

IMA系统管理功能的逻辑建模及性能分析

为保证IMA系统管理设计的正确性、高可靠性和实时性,本文使用AADL对IMA系统管理进行建模,通过对模型功能和性能的正确性分析,并在模型的基础上进行分析验证,从而保证了IMA系统管理设计的正确性,降低了设计风险。     

基于网络化航空搜潜体系的声纳浮标检查性搜索方法 aa

在分析总结网络化航空搜潜体系的基本构成以及基于网络化航空搜潜体系的搜索方法的基础上,对基于网络化航空搜潜体系的声纳浮标作战使用问题进行了系统研究,提出了以“统一指挥、整体布设、集中监听”为核心的作战方法,并通过建立模型,对所提出的作战使用方法的作战能力进行了分析计算,通过与平台反潜作战条件下作战能力的比较,验证了所提出的作战使用方法的合理性。     

基于多核并行计算的超燃冲压发动机一维模型实时性研究

在发动机控制系统设计中,为了缩短设计周期、降低研发成本,需要建立面向控制的、较为精确的、实时性高的超燃冲压发动机性能计算模型,以保证模型精度、提高计算速度为研究目标,基于多核高性能计算仿真平台,开展了面向控制的超燃冲压发动机一维模型实时性优化工作。运用简化计算流程、改进C语言程序、开拓缓存区等方法有效提高了一维模型计算速度。创新性地尝试了计算流体力学并行化方法,对隔离段和燃烧室一维模型进行结构分解。计算网格平衡分配至多个中央处理器,并借助核间数据通讯实现多核并行计算。与串行模型计算结果对比,七核并行计算模型性能参数偏差不超过0.1%,全工况仿真时间小于30ms,计算耗时较优化前缩短了75%以上。实时性优化后的多核并行模型计算精度高、速度快、收敛性好,可以作为超燃冲压发动机控制系统设计和半实物仿真验证平台。     

基于公理化设计的系统工程方法与MBSE模型体系

对基于模型的系统工程MBSE方法及其建模体系进行了研究.在运用MBSE时,系统工程师所面临的挑战之一是如何对遇到的复杂工程问题进行分析,以及如何定义完整的系统模型.将公理化设计作为MBSE的理论基础,提出基于公理化设计的系统工程方法,同时建立对应的MBSE模型体系,为系统工程师完整定义复杂工程问题提供建模方法和模型框架.根据公理化设计中的设计域、设计公理和“Z”字形映射过程,分别建立复杂系统的设计过程、模型分析和控制过程,以及设计过程中的信息反馈回路;同时建立对应的系统需求模型、功能架构模型和物理实现架构模型,构成MBSE模型体系,从系统的、基于模型的角度为系统工程师提供一个描述工程问题的方法和完整视图.通过卫星电缆网设计验证文中所提出的观点,最后给出对应的结论和未来的研究工作.     

基于关联探测的新型测距方法研究

设计了一种基于关联探测的新型测距方法,将关联探测应用到测距领域,通过分析时间关联符合计数,寻找最大符合计数所对应的延时,完成了实验室条件下短距离计算的实验验证,此外还设计了强度关联代替时间关联,寻找最大对比度所对应的位置信息,同样进行了功能验证,这为将来基于关联探测原理的新型测距仪的设计提供了理论依据和实验基础.     

民用飞机有限元模型的适航符合性验证

在民机结构强度设计及优化中,有限元模型作为一种数值计算方法已被广泛应用,并被业内所认可,但至今仍缺乏一套有效的有限元模型适航验证方法。本文从适航规章角度出发,探讨了有限元模型的验证思路和要求,梳理了验证要素,并给出了验证评价体系,可用于指导后续民机设计有限元模型适航符合性验证。     

基于AADL的航电系统建模技术

新一代航电系统的高度综合化,模块化,采用分布式结构,实现容错/重构等特点,对可靠性,可验证性提出更高的要求。较为全面的介绍了以AADL为基础的航电系统建模的技术,给出具体的实施方案和步骤,开发出结构分析与设计工具创建及管理模型,检查模型的完整性和正确性,并为安全性分析、可靠性分析以及可调度性分析等验证工具提供了良好的接口。     

基于改进Bezier曲线的复合叶轮式离心泵参数化设计及性能仿真

针对复合叶轮式燃油离心泵的高效设计问题,提出一种基于改进Bezier曲线的叶轮参数化设计方法,并进行了试验验证及性能仿真分析研究。通过引入比例系数来约束五点四次贝塞尔样条曲线的控制点参数,进而采用该改进的Bezier曲线方法完成叶轮的轴面轮廓型线设计。结合一级辅助叶片偏置设计方法,完成复合叶轮的参数化设计。基于上述方法,以某型燃油离心泵为例进行设计及三维建模。最后,通过外特性试验验证设计方法和仿真方法的有效性,并对所设计的复合叶轮式离心泵与普通叶轮离心泵进行性能仿真对比分析。结果表明：仿真与试验预测的扬程和效率结果基本吻合,所提出的设计方法和采用的仿真方法能够有效完成复合叶轮式燃油离心泵的参数化设计和性能仿真。此外,相比普通叶轮离心泵,复合叶轮式燃油离心泵压力分布相对均匀,无明显的流动损失,且进口流动有利于抗汽蚀性能。     

一种改进的自适应故障诊断设计方法及其在飞控系统中的应用

基于自适应故障诊断观测器提出一种新的自适应故障估计设计方法。针对传统自适应故障估计设计方法难以满足故障估计性能的要求以及存在严格的等式约束增加了观测器设计的难度等问题,提出新的自适应故障估计设计方法,该方法不仅能够显著地提升故障估计的性能,而且通过运用不等式变化有效地避免了严格的等式约束,基于Lyapunov稳定性理论以矩阵不等式的形式给出了误差动态系统稳定的新的充分条件。最后,对某型飞控系统的仿真实验验证了所提方法的有效性。     

基于能力验证的武装直升机飞行品质试飞设计与评估

依据作战任务和使用要求进行基于能力验证的试飞设计与评估是适应新的军事变革背景下航空武器装备试验工作转型的重要方向。为了探索基于能力的航空装备试验鉴定模式,以某型武装直升机为研究对象,根据其作战使命任务要求和作战能力,开展试飞设计、试飞结果分析及飞行品质等级评定等研究,提出基于作战能力验证的武装直升机飞行品质试飞设计思路和方法,并给出有效的试飞结果评估方式。所获得的试飞结果真实体现了武装直升机贴地突防和机动规避等能力,该试飞设计思路和试飞方法可以指导后续军用直升机的试飞设计工作。     

面向林火持续侦察的多无人机分布式控制方法

为解决目前面向林火持续侦察多无人机（UAV）协同控制实用性与自主性不足的问题，基于蔓延速度诱导元胞自动机（SVICA）林火蔓延算法、无人机与传感器建模，构建了较为真实的三维多无人机火场侦察仿真环境与侦察效能指标，提出了一种面向林火持续侦察的多无人机双层分布式控制架构，在行动层基于强化学习训练的人工神经网络（ANN），实现了有风条件下无人机自主火场环绕与地形跟随功能，在策略层设计通过时域均匀分布算法进行各无人机空速的离散自主调节，最终达到多无人机林火持续侦察时域分布的均匀性与即时性目的。通过一系列数值仿真实验，验证了所提出的无人机分布控制策略在无人机损失和补充突发情况下的自适应性。基于无人机数量与侦察效能指标关系的实验与研究，定义了无人机出动阈值并验证了无人机长时间出动回收策略。最终实验结果表明，针对林火持续侦察任务，所提出的多无人机分布式控制方法具备一定的有效性与实用性。     

基于遥测数据的无人机气动参数辨识方法研究

针对无人机在高空低速飞行时易受风场影响及在数据分析时遥测数据不完备的问题,进行了气动参数辨识方法研究,提出了基于空速管平面矢量三角形的风场估计方法及基于风场信息修正的气动角估计方法。以某型无人机为例,对遥测数据进行了充分分析与信息综合,运用逐步回归方法进行了纵向气动参数辨识,并进行了实验验证。结果表明,模型计算结果与实测数据吻合较好,说明所提方法有效。考虑到辨识模型的数学本质,该方法对其他固定翼无人机同样适用。