一种面向协同制导仿真系统的时间一致性控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种面向协同制导仿真系统的时间一致性控制方法，是在现有时间系统基础上增加高精度中断驱动、数据传输时延反馈补偿、时延累积误差反馈补偿等技术。首先利用高精度中断驱动技术将高精度时钟信号和中断脉冲引入至协同制导仿真系统内，驱动系统中节点同步运行；其次考虑指令在光纤传输网络中的非预期延迟，引入数据传输时延反馈补偿实现传输延迟和波动的一次性补偿；最后针对残留时间误差问题提出动态时延累积误差反馈补偿，利用间隔测量、多帧补偿的方式，完成系统运行过程中状态的弹性推进。该方法完成现有协同制导仿真系统的增强，可以实现仿真系统节点间纳秒级的时间控制精度，解决了协同制导仿真系统中的时间一致性控制问题。

【技术实现步骤摘要】
一种面向协同制导仿真系统的时间一致性控制方法
本专利技术属于半实物仿真
，尤其涉及一种面向协同制导仿真系统的时间一致性控制方法。
技术介绍
多飞行器协同制导仿真系统由分布在不同试验场所的参试设备、仿真模型、物理效应仿真设备构建，具有试验节点多、部署范围广等特点。为了真实再现作战过程逻辑时序，需对系统内节点进行时间一致性控制，利用时间一致性控制设备为节点提供高精度时间信息，同时通过监测系统中传输信息时间戳计算时延误差，对系统内的传输时延和时延积累误差进行动态校准补偿，从而保障各节点上仿真时间的同步推进。目前尚未有成熟的面向协同制导半实物仿真试验的时间一致性控制方法，原因在于：(一)一部分半实物仿真环境中，仅将仿真环境作为一个整体，不考虑仿真环境中子系统之间的时间差异，或考虑子系统之间的时间的差异，但认为子系统守时的精度在允许误差内，因而不进行特定时间一致性控制；(二)即使有些半实物仿真环境考虑了子系统间的同步问题，但是由于不存在飞行器间协同交互的需求，因此现有半实物仿真环境中子系统之间的时间差异裕度较大，时间一致性控制方法过于简单，无法实现微秒级别及以下的时间控制。然而在协同仿真环境中，更由于实物设备的参试，不仅同一仿真环境中的子系统之间存在时间差异，同时不同仿真环境之间同样存在时间差异，该时间差异或差异在时间推移的累积过程中，均会对协同环境产生极大的影响，形成子系统对整个协同仿真环境状态的感知的差异，如时序先后错误对系统判定逻辑的影响(目标被摧毁的反馈信息由于时间差异被滞后于导弹打击指令，导致目标被错误的重复打击)。因此，需要一种面向协同制导仿真系统的时间一致性控制方法。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种面向协同制导仿真系统的时间一致性控制方法，能够实现仿真系统各节点的时间一致性达到纳秒级。本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案如下：一种面向协同制导仿真系统的时间一致性控制方法，包括如下步骤：中断驱动步骤：在仿真系统运行过程中，按照预期启动时间和运行周期进行多次中断驱动；传输时延反馈补偿步骤：在仿真系统到达预期启动时间前，利用数据链路传输过程中指令周期间隔来计算传输误差，对不同节点开展传输时延反馈补偿；时延累积误差反馈补偿步骤：在仿真系统到达预期启动时间后，采用间隔测量、多帧补偿的方式开展动态时延累积误差反馈补偿。进一步的，所述中断驱动步骤具体如下：S1.1、在中断驱动系统中装订多飞行器协同制导仿真系统预期启动时间Trun和运行周期Prun；S1.2、中断驱动系统获取时间系统时间信息Tsys和中断脉冲周期Ppalse；S1.3、中断驱动系统根据时间系统中断脉冲周期进行分频或者倍频，得到Prun＝Ndis×Ppalse或其中Ndis为分频或倍频倍数；S1.4、仿真系统到达预期启动时间，即Tsys＝Trun，发布启动信号至相关节点，并配合同步中断脉冲，完成多飞行器协同制导仿真系统的中断驱动，然后根据步骤S1.3获得的运行周期Prun，进行相关节点周期性中断驱动。进一步的，所述传输时延反馈补偿步骤具体如下：S2.1、由指令发布系统产生时间延迟测试指令Ctest，将测试指令与发送时间戳Tsend(Ctest)组包，广播至数据链路总线；S2.2、节点接收测试指令，生成接收时间戳Trecv(Ctest)；S2.3、节点生成测试指令反馈指令，与反馈指令发送时间戳组包，广播至数据链路总线；S2.4、指令发布系统接收反馈指令，生成反馈指令接收时间戳S2.5、计算每次指令往返的时间间隔：计算指令Nrep次重复测量时间间隔均值：其中Nrep取值范围为102×Ndis～104×Ndis；S2.6、计算不同节点i∈(1,2,…,)的指令时间延迟结果S2.7、将指令时间延迟结果反馈至指令发布系统，并将不同节点指令发送时刻调整为S2.8、对不同节点多次迭代计算指令时间延迟结果，直至满足时间约束同时累计得到确定不同节点i∈(1,2,…,)的时间延迟补偿参数S2.9、在每次指令发布系统进行指令发送过程中，引入各个节点的ΔTtotal进行时间延迟修正。进一步的，所述时延累积误差反馈补偿步骤具体如下：S3.1、节点装订过程中，节点运行周期仿真系统运行周期Prun上附加时延累积误差补偿参数Kcompen，Kcompen初始值为1；S3.2、每隔M＝Ndis×Prun分钟指令发布系统广播时间戳收集指令，并记录当前广播时间Tbroadcast；S3.3、各个节点i∈(1,2,…,)接收时间戳收集指令，并反馈节点的当前时间S3.4、指令发布系统收集反馈时间戳，计算每个节点的时延累积误差Nrep取值范围为102×Ndis～104×Ndis；S3.5、设定时延累积误差补偿帧数Ncompen∈[5,20]，计算每帧时延累积误差补偿参数S3.6、动态改变节点运行周期重复此过程直至完成补偿帧数Ncompen。进一步的，所述时间间隔为进一步的，所述Nrep＝1000×Ndis。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术采用的中断驱动技术，可以有效保证仿真系统能够在指定时间控制各个子节点同步运行。中断驱动技术中采用启动时间设定，可以有效避免由于应用层与物理层交互而引入的软硬件操作时延，从而提升时间一致性控制中的起始状态一致性；中断驱动技术中运行周期采用分倍频设定，可以有效避免中断脉冲上升沿波动而引入的干扰，从而提升时间一致性控制中的周期状态一致性。(2)本专利技术采用的传输时延反馈补偿，考虑到初始时间延迟不易于进行动态补偿的问题，采用一次性补偿。考虑到节点自身解算过程所引入的时间延迟，可将时间间隔计算方式分为简化模式和精确模式。在精确模式中，在节点运行周期最开始处产生接收时间戳，并在运行周期最末尾产生发送时间戳，从而排除节点中间计算而带来的时间延迟。两种模式可适用于不同的应用场合，对于节点状态已固化，无法规避节点中间计算的情况，采用精确模式，从而提高时间间隔的计算精度。两种计算方式均采用逼近方法可以抑制单次时间间隔计算波动对总体时间补偿值的影响，使得计算的时间补偿结果不会有大范围波动且快速的收敛于真值。(3)本专利技术采用的动态时延累积误差反馈补偿，可以在控制周期或设备周期内完成时间延迟的逐步补偿，既不会因为周期突然跳动而引起系统错误，同时可以实现在最短时间内完成时间延迟补偿，保证被调整节点与整个系统间的认知不发生实质性变化。本专利技术已在多飞行器协同制导仿真系统中完成应用验证，能够为协同仿真系统提供纳秒级的高精度的时间信息，避免仿真设备或仿真节点间的时间歧义，防止指令的因果倒置，保证协同仿真顺利、正确的进行，同时不会增加计算时间开销以及数据链路传输压力，更能够为基于协同仿真系统的协同控制系统性能验证提供良好的试验基础。附图说明所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中提供的面向协同制导仿真系统的时间一致性控制方法原理图；图2为采用本专利技术方法对某型飞行器进行时间一致性控制获得的秒脉冲曲线。具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向协同制导仿真系统的时间一致性控制方法，其特征在于，包括如下步骤：中断驱动步骤：在仿真系统运行过程中，按照预期启动时间和运行周期进行多次中断驱动；传输时延反馈补偿步骤：在仿真系统到达预期启动时间前，利用数据链路传输过程中指令周期间隔来计算传输误差，对不同节点开展传输时延反馈补偿；时延累积误差反馈补偿步骤：在仿真系统到达预期启动时间后，采用间隔测量、多帧补偿的方式开展动态时延累积误差反馈补偿。

【技术特征摘要】
1.一种面向协同制导仿真系统的时间一致性控制方法，其特征在于，包括如下步骤：中断驱动步骤：在仿真系统运行过程中，按照预期启动时间和运行周期进行多次中断驱动；传输时延反馈补偿步骤：在仿真系统到达预期启动时间前，利用数据链路传输过程中指令周期间隔来计算传输误差，对不同节点开展传输时延反馈补偿；时延累积误差反馈补偿步骤：在仿真系统到达预期启动时间后，采用间隔测量、多帧补偿的方式开展动态时延累积误差反馈补偿。2.根据权利要求1所述的时间一致性控制方法，其特征在于，所述中断驱动步骤具体如下：S1.1、在中断驱动系统中装订多飞行器协同制导仿真系统预期启动时间Trun和运行周期Prun；S1.2、中断驱动系统获取时间系统时间信息Tsys和中断脉冲周期Ppalse；S1.3、中断驱动系统根据时间系统中断脉冲周期进行分频或者倍频，得到Prun＝Ndis×Ppalse或其中Ndis为分频或倍频倍数；S1.4、仿真系统到达预期启动时间，即Tsys＝Trun，发布启动信号至相关节点，并配合同步中断脉冲，完成多飞行器协同制导仿真系统的中断驱动，然后根据步骤S1.3获得的运行周期Prun，进行相关节点周期性中断驱动。3.根据权利要求2所述的时间一致性控制方法，其特征在于，所述传输时延反馈补偿步骤具体如下：S2.1、由指令发布系统产生时间延迟测试指令Ctest，将测试指令与发送时间戳Tsend(Ctest)组包，广播至数据链路总线；S2.2、节点接收测试指令，生成接收时间戳Trecv(Ctest)；S2.3、节点生成测试指令反馈指令，与反馈指令发送时间戳组包，广播至数据链路总线；S2.4、指令发布...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩健，李景，李平，郭卓峰，史航，
申请(专利权)人：北京机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11