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船舶导航系统网络监测装置的设计与实现

船舶导航系统网络监测装置的设计与实现

作者：韩华锦哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着网络技术的不断发展，网络化已经深入到社会各个领域，同样建立一个综合性的信息网络平台是现代船舶系统未来发展的趋势和潮流。船舶导航系统逐步实现了网络化，采用的通讯技术越来越先进，上世纪80年代主要运用串口通信，随着性能... 详细信息

随着网络技术的不断发展，网络化已经深入到社会各个领域，同样建立一个综合性的信息网络平台是现代船舶系统未来发展的趋势和潮流。船舶导航系统逐步实现了网络化，采用的通讯技术越来越先进，上世纪80年代主要运用串口通信，随着性能需求的不断提高，CAN网和以太网已运用于船舶导航系统中，并且反射内存技术作为新兴技术也将会运用到导航系统中来。随着船舶导航系统网络规模的不断扩大和复杂度不断提高，实时了解网络运行状况、测试和评估网络性能的需求变得越来越迫切。网络监测系统能够很好的解决这些问题，所以本文针对船舶导航系统网络化发展的需要，提出了船舶导航系统网络监测装置的总体设计方案。首先本文根据对船舶导航系统网络监测功能需求分析，提出网络监测装置所需要实现的功能和性能需求;并对网络监测装置的软硬件平台作了整体设计，采用VxWorks操作系统作为软件开发平台，使用图形开发工具Tilcon进行图形界面开发;同时给出了网络监测装置中CAN网、以太网和反射内存网监测系统的结构设计。然后，根据船舶导航系统网络的特点，设计和实现了捕获系统与存储系统。由于三个网络中只有以太网数据传输需要经过协议栈封装与分解，所以本文捕获系统主要针对以太网数据捕获的设计。通过对VxWorks操作系统下以太网数据包捕获技术的分析，本文选用BPF捕获机制作为以太网捕获系统的主要实现机制，设计并实现了捕获系统，并提出了提高数据捕获性能的方法。本文介绍了VxWorks操作系统下文件存储系统和嵌入式数据库，阐述了存储系统的设计与实现过程，根据网络监测对数据存储的需要，存储系统采用文件存储和数据库存储相结合的方式，且分别采用文件系统dosFs和嵌入式数据库Berkeley DB来实现。其次对网络监测系统中的关键模块进行设计和实现，主要包括以太网协议分析模块，CAN网络接口通讯、故障诊断和数据统计模块，反射内存网节点监测和板卡读写模块。具体分析各模块所要实现的功能，并对各关键模块的设计和实现作了详细的说明。最后，模拟船舶导航系统环境，组成CAN网络、以太网络和反射内存网，对网络监测装置的功能和性能进行测试。性能测试主要对捕获系统的捕获性能和存储系统的读写性能测试。测试结果表明监测装置各项功能已经实现，各项性能也达到了要求。

关键词：网络监测捕获系统存储系统 CAN网络反射内存

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一种新型水下航行器半实物仿真系统的实现

系统仿真学报 2004年第7期16卷 1453-1456页

作者：康凤举高立娥杨惠珍车妍琳褚彦军杜来毅西北工业大学航海学院西安710072

针对水下航行器控制系统高精度仿真的需要,给出了由AD/RTS仿真机、三轴转台、水压仿真器和视景仿真工作站组成的仿真系统的总体设计,完成了由反射内存实时网络互连的三个平台的实时通信程序开发,研究了Simulink和C/C++混合编程技术并建... 详细信息

针对水下航行器控制系统高精度仿真的需要,给出了由AD/RTS仿真机、三轴转台、水压仿真器和视景仿真工作站组成的仿真系统的总体设计,完成了由反射内存实时网络互连的三个平台的实时通信程序开发,研究了Simulink和C/C++混合编程技术并建立了航行器模块化仿真模型,已完成了系统调试。结果表明,该仿真系统满足了仿真实时性要求,对于水下航行器研制具有重要的应用价值。

关键词：水下航行器半实物仿真反射内存 Simulink 仿真模型

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RTX平台下半实物仿真系统实时性能研究

RTX平台下半实物仿真系统实时性能研究

作者：周林雪中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）

学位级别：硕士

半实物仿真是提高激光制导武器性能的重要途径,是激光制导武器研制过程中必不可少的环节。针对半实物仿真实时性与通用性的双重要求,通过对比众多嵌入式操作系统,本文选择了性能优良的Windows实时扩展操作系统RTX。文中对激光制导武器... 详细信息

半实物仿真是提高激光制导武器性能的重要途径,是激光制导武器研制过程中必不可少的环节。针对半实物仿真实时性与通用性的双重要求,通过对比众多嵌入式操作系统,本文选择了性能优良的Windows实时扩展操作系统RTX。文中对激光制导武器半实物仿真系统进行了介绍,仿真系统的硬件平台采用工业控制计算机,软件平台采用Windows XP+RTX的实时环境。首先,以某激光制导武器半实物仿真试验系统为例,介绍了各分系统的功能并对各分系统的实时性要求进行了分析,利用RTI仿真控制网、实时反射内存网以及高速串口搭建了系统的实时通讯平台。其次,分析了Windows操作系统在实时性方面的局限性,并针对Windows在实时性方面的缺陷,引入了强实时软件RTX对其实时性能进行扩展。研究了RTX组成原理、VMIC反射内存卡的工作原理和组网方式以及MAK RTI仿真控制网的特性。然后,研究了RTX下的半实物仿真系统程序设计方法,仿真系统软件由RTSS下的实时进程和Win32下的非实时进程两部分组成。进程间采用共享内存实现数据交互。在研究基于IPC共享内存数据交互技术的基础上,研究了环形共享内存及共享内存块算法,并提出了RTX下设备实时驱动程序开发方法。最后,对仿真系统进行实时性能测试,包括RTX实时性能测试、反射内存网通讯测试以及串口通讯测试,测试表明系统满足了实时性和稳定性的要求,验证了方案的可行性。

关键词：实时性 RTX 反射内存半实物仿真

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双机热备份综合导航显控装置的设计与实现

双机热备份综合导航显控装置的设计与实现

作者：孙福山哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着导航系统的升级，对现有综合导航显控装置的可靠性提出了更高的要求，以防止因为综合导航显控装置的故障造成导航数据无法向外系统发送的情况。本课题通过双机热备份技术来提高现有综合导航显控装置的可靠性，满足现实需要。双... 详细信息

随着导航系统的升级，对现有综合导航显控装置的可靠性提出了更高的要求，以防止因为综合导航显控装置的故障造成导航数据无法向外系统发送的情况。本课题通过双机热备份技术来提高现有综合导航显控装置的可靠性，满足现实需要。双机热备份技术是容错技术的一种，采用双机相同的硬件结构，备份模块与主模块同步工作，随时准备替换主模块进行工作。我国已经设计出具有容错功能的设备，但相对于国际水平仍具有一定差距。本课题在对现有双机容错技术的分析基础之上，总结了双机热备份系统的特点，并且提出了对应用软件独立开发的余度管理系统的需求。同时对余度管理系统的接口功能进行分析，给出了通过余度管理系统设计双机热备份应用软件系统的3种通用结构。双机并联系统的优点是通过双机比较发现相对故障容易，通过N版本技术开发，可以对软件故障进行容错。双机并联方式软件结构对现有系统的软件结构改变最小，即使双机都采用相同的软件结构，也可以形成双机热备份系统，一旦将来第二种版本软件开发成功，可立即投入双机系统中实现新老版本程序共同使用，可降低新版本未经全面测试的潜在故障对系统的影响，非常适合本课题的开发。因此，本课题在最终的实现上，也采用了这种双机并联方式的热备份结构。本课题设计的余度管理系统用于实现双机热备份的功能，可以针对同一类型的双机热备份系统重复使用，还可以根据具体项目开发的需要，对已经实现的余度管理系统进行扩展，使应用范围更加广泛。在余度管理系统的设计上本课题考虑了平台的通用性，只要在VxWorks5.5嵌入式实时操作系统下，拥有反射内存卡的所有硬件环境中皆可以应用，即使用户使用的反射内存卡型号与设计中的不一样，只要对余度管理系统的硬件驱动部分进行修改即可以使用。课题详细地分析了余度管理系统结合应用软件开发过程中的一些通用原理，对应用余度管理系统进行实际项目开发提供了指导思想。在对已有的综合导航显控装置简化的基础之上，设计了双机热备份综合导航显控装置，该装置具备了现有综合导航装置的一般特点，可以在实际开发设备时，把双机热备份功能设计作为一个参考。最后，对实现的双机热备份综合导航显控装置的性能进行了测试，双机系统的性能与单机系统相同，并且在各单机模块出现故障时，可以在一个运行周期之内发现并且屏蔽故障，显著地提高了显控设备的可靠性。

关键词：双机热备份余度管理综合导航反射内存

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航电中继系统实时调度方法研究与实现

航电中继系统实时调度方法研究与实现

作者：鲁彦中国民航大学

学位级别：硕士

在大型民用客机航电系统设计方案的集成验证过程中,由于航电组件或半实物仿真器数量众多、信号交联复杂、且往往位于不同的物理空间,各系统组件之间的数据实时交互就成为所要解决的关键问题。本文设计一套航电中继系统,可实现有效通信... 详细信息

在大型民用客机航电系统设计方案的集成验证过程中,由于航电组件或半实物仿真器数量众多、信号交联复杂、且往往位于不同的物理空间,各系统组件之间的数据实时交互就成为所要解决的关键问题。本文设计一套航电中继系统,可实现有效通信距离达千米的远程异地航电设备的互联互通,并且适配多种航电数据的低延时高速转发。首先,通过需求分析拟定设计目标,设计航电中继系统的整体架构。其次,研究终端采集激励软件开发的实时调度方法,将截止期单调调度算法的优先级分配思想和基于优先级的抢占式调度算法结合,应用在VxWorks操作系统应用开发过程中,提出截止期单调优先级分配的航电中继任务抢占调度方法。利用该方法为航电中继系统终端任务集分配优先级,并利用该方法对应的可调度性分析理论判定该任务集是可调度的,再利用该方法对该任务集进行调度设计。对该调度设计进行调度逻辑分析,结果也表明该任务集是可调度的。然后,研究反射内存网络技术得到具体的反射内存分配方案,完成配置管理系统软件的设计与实现,在调度设计的基础上完成采集激励软件的设计与实现。最后,根据设计目标进行航电中继系统的测试与验证实验,主要对航电中继系统转发数据的正确性和延迟时间进行测试,对航电中继系统的数据集中监控进行验证。实验结果表明,航电中继系统运行稳定、可靠,能够同时远程转发4种类型航电数据,每种数据均实现了多并发通道转发,转发的数据量满足要求。系统的最大延迟时间在毫秒量级,满足系统设计的实时性要求。系统所转发数据的集中监控显示正常,满足集中监控要求。

关键词：航电系统实时调度反射内存数据交互

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YFK-1仿真控制台的开发与研制

YFK-1仿真控制台的开发与研制

作者：王彦恺西北工业大学

学位级别：硕士

本文主要完成与AD/RTS620仿真工作站、三轴转台、水压仿真器、水下航行器舵角输出设备等连接的YFK-1水下航行器半实物仿真控制台的研制与开发。论文以水下航行器半实物仿真系统为应用对象,以工业控制计算机和数据采集卡为硬件平台,采用L... 详细信息

本文主要完成与AD/RTS620仿真工作站、三轴转台、水压仿真器、水下航行器舵角输出设备等连接的YFK-1水下航行器半实物仿真控制台的研制与开发。论文以水下航行器半实物仿真系统为应用对象,以工业控制计算机和数据采集卡为硬件平台,采用LabVIEW丌发工具,开发完成YFK-1仿真试验控制台。该控制台接收来自ADI仿真计算机的仿真信号及外部设备驱动信号,采用A/D、D/A、TTL、光隔离、VMIC反射内存实时网络等接口,实现了多路模拟量、数字量的检测和显示,并具有控制、检测、监测和报警功能。同时,本文还基于反射内存网络技术,开发完成了高速、实吋的水下航行器控制半实物仿真系统。最后,基于UDP网络通信技术,完成了水下航行器半实物仿真控制系统的三维虚拟显示。本仿真控制台开发系统将虚拟仪器平台应用于半实物仿真系统中,其强大的人机交互功能可直观、高效、实时地完成仿真信号的检测和监测,能够智能化地实现半实物仿真系统的数据测量与控制。另外,通过运用故障诊断与故障检测技术,实现了该仿真控制台系统运行稳定可靠。YFK-1仿真试验控制台在水下航行器控制系统半实物仿真试验中,已经得到了成功的应用,该控制台对于水下航行器型号研制及半实物仿真系统科学研究都具有重要的应用价值。

关键词：半实物仿真反射内存虚拟仪器故障诊断 UDP

混合实时测试平台下LTE下行物理层干扰方案设计

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混合实时测试平台下LTE下行物理层干扰方案设计

作者：蔡婉玉安徽大学

学位级别：硕士

随着通信技术的不断演进,对于算法仿真和测试验证越来越需要放到更接近实际应用的场景中进行评估,传统的算法验证只能在纯软件的仿真平台下进行,其存在的问题是不能模拟真实的链路场景,验证时间长,接收数据长度有限,处理时间太长等。如... 详细信息

随着通信技术的不断演进,对于算法仿真和测试验证越来越需要放到更接近实际应用的场景中进行评估,传统的算法验证只能在纯软件的仿真平台下进行,其存在的问题是不能模拟真实的链路场景,验证时间长,接收数据长度有限,处理时间太长等。如果需要考虑实际场景中的实时测试验证,传统的测试无法支持。论文结合系统级多小区多终端技术验证能力的试验验证平台的项目,以通用软件无线电外设可配置输入输出(Universal Software Radio Peripheral-Reconfigurable Input/Output, USRP-RIO)及反射内存卡为硬件平台,实现长期演进(Long Term Evolution, LTE)下行链路物理层干扰用户在混合实时测试平台上的设计。论文完成了混合实时测试平台的部分设计,并完成了基于该平台添加了干扰用户的设计。论文主要包括以下三个部分。第一部分介绍了LTE物理层及软硬件关键技术,实时平台基于LTE的协议架构进行设计,分析了LTE下行链路物理层系统结构及LTE帧结构、时频资源。LTE协议架构主要包括介质访问控制(Medium Access Control, MAC)层、物理层等,其运行于底层软硬件平台上。第二部分研究了混合实时测试平台的模块,结合传输控制协议／因特网互联协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol, TCP/IP),反射内存技术,用户数据报协议(User Datagram Protocol, UDP)进行设计。该混合实时测试方案增加了实际的多小区多用户调度场景,对测试的收发设备的硬件在环性能进行了验证,从而模拟了真实的链路场景下MAC层与物理层的调度信息的交互过程。其中通用处理器服务器与现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)异构平台采用反射内存的方式进行连接。并对上述测试平台性能得以验证,采用该平台,数据交互的吞吐量和时延都能满足工业级要求。第三部分设计了小区干扰用户模块,包括干扰数据的产生及其在物理层收发端的添加。首先,基于LTE物理层算法在硬件USRP-RIO上实现的一发一收过程的底层框架,根据从混合实时平台传递的MAC层调度的资源块(Resource Block, RB)级干扰功率信息,在物理层接收端对目标用户添加小区间六个RB级干扰用户。其次,根据混合实时平台传递的功率偏执信息,在物理层发送端,针对目标用户添加了九个小区内干扰用户及设计其调制映射过程。最后,在成功添加小区干扰的基础上,对目标用户干扰前后,在发射功率谱、物理层下行共享信道(Physical Downlink Shared Channel, PDSCH)星座图、吞吐量、信干燥比(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)及误块率(Block Error Rate, BLER)性能的变化做出对比分析。

关键词：通用软件无线电外设可配置输入输出现场可编程门阵列小区干扰反射内存物理层下行共享信道

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JMASE在分布实时仿真系统中的应用研究

JMASE在分布实时仿真系统中的应用研究

作者：许怀阳国防科学技术大学

学位级别：硕士

分布实时仿真是当前实时仿真领域的研究热点，主要用于平台级系统(如飞机、导弹、潜艇等武器系统)的人在回路和/或硬件在回路的实时仿真。它可以大大增加实时仿真系统中计算机的数目，并提高实时仿真系统解决更复杂问题的能力。KDRTSS... 详细信息

分布实时仿真是当前实时仿真领域的研究热点，主要用于平台级系统(如飞机、导弹、潜艇等武器系统)的人在回路和/或硬件在回路的实时仿真。它可以大大增加实时仿真系统中计算机的数目，并提高实时仿真系统解决更复杂问题的能力。KDRTSS是国防科技大学军用仿真实验室开发的分布实时仿真系统，它采用反射内存作为实时网络，使用数据库存储并管理仿真模型、仿真试验配置及仿真结果，具有“集中管理，分布运行”等优点。 JMASE(Joint Modeling and Simulation Environment，联合建模与仿真环境)是国防科技大学军用仿真实验室开发的基于面向对象技术的建模与仿真支撑环境，主要用于构建分析和测试领域所需的工程级和交战级的数字系统模型和仿真系统。JMASE提供了一系列标准、服务和工具集，方便了模型的开发与重用。将JMASE作为一个仿真节点加入分布实时仿真系统，可以将二者的优点结合起来，对于实时系统仿真具有重要意义。论文以KDRTSS为平台，研究如何将JMASE作为一个仿真节点应用到分布实时仿真系统中。在深入分析JMASE及KDRTSS的体系结构、调度策略及工作流程的基础上，论文提出了JMASE节点工作流程设计方案，研究如何改造JMASE工作流程以使其与KDRTSS保持一致。基于该方案，确定了JMASE节点程序概要设计方案，即在JMASE节点运行两个程序，节点管理程序及JMASE仿真应用程序，论文对两个程序进行了概要设计。论文重点研究了两个关键技术：第一是JMASE节点调度技术与策略，它研究JMASE节点如何在保证自身离散事件调度的前提下，接受KDRTSS的统一调度。第二是JMASE节点与其它节点间的数据同步技术，这个技术的核心思想是固定演员更新周期以保证数据同步。针对以上方案及关键技术，论文给出了设计与实现细节，并设计了一个测试仿真实例用于验证以上工作。仿真测试结果证明了系统设计及实现是正确、有效的。

关键词：联合建模与仿真环境分布实时仿真离散事件系统仿真反射内存

基于HLA的工程级仿真系统框架关键技术研究

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基于HLA的工程级仿真系统框架关键技术研究

作者：朱诗源国防科学技术大学

学位级别：硕士

高层体系结构(High Level Architecture,HLA)已成为分布式仿真领域公认的标准化体系结构,具有很好的互操作性和可重用性,并广泛应用于武器装备论证和作战训练中。但传统的实现中,HLA的软件支撑平台是基于TCP/IP协议实现的,不能适应像半... 详细信息

高层体系结构(High Level Architecture,HLA)已成为分布式仿真领域公认的标准化体系结构,具有很好的互操作性和可重用性,并广泛应用于武器装备论证和作战训练中。但传统的实现中,HLA的软件支撑平台是基于TCP/IP协议实现的,不能适应像半实物仿真这样要求具有很强实时性能的一类仿真。在HLA的基础上研究一种工程级仿真系统框架,通过对HLA底层通信机制和管理服务机制的改进,达到对像半实物仿真等一类实时仿真的支持,是对HLA应用的一种很好的拓展。论文完成了该系统框架的初步实现,并对所采用的相关技术、算法的实现效果进行测试比较,验证了该框架结构基本满足了实时仿真的要求。具体研究内容和完成的工作包括以下几个方面: (1)结合HLA/RTI框架的特点和优势,对RTI从服务、底层通信和仿真应用三个层次角度分析,找出提高HLA/RTI框架实时性能的途径,进而提出了采用RTX、反射内存和半实物仿真等技术来提高实时性的方法。 (2)分析了传统HLA/RTI框架的局限性和影响实时性能的各种因素,结合半实物仿真中提出的要求和基本流程,提出一种工程级仿真系统框架结构。 (3)结合HLA分布式仿真特点,从硬件平台类型的选择出发,确定了一种层次式实时框架结构,分别从底层通信层和管理服务层两方面给出了具体设计方案。 (4)初步实现了工程级仿真系统框架。验证了对底层所采用技术的有效性;对管理服务的主要方面提出了相应的实现算法;从应用的角度,提供了一个联邦成员运行框架,便于用户使用;特别设计出了实时仿真中一类特殊的成员——代理成员的作用原理和实际操作流程。

关键词： HLA RTI 反射内存 HIL RTX