【技术实现步骤摘要】
一种基于SysML的无人机系统建模方法、装置及可读存储介质
本专利技术属于无人机领域，具体涉及一种基于SysML的无人机系统建模方法、装置及可读存储介质。
技术介绍
作为一种信息物理融合系统(CyberPhysicalSystem，CPS)，无人机为用户提供了监控与控制物理世界的能力。随着无人机在各领域的广泛应用，无人机系统的开发受到了广泛关注。由于无人机系统运行平台的多样性以及运行环境的随机性，传统软件开发方法难以高效开发出符合期望的无人机系统。模型驱动架构(ModelDrivenArchitecture，MDA)被引入到无人机系统的开发中。然而，在被应用于无人机系统建模中时，现有技术无法有效对环境不确定性、领域特定线程机制、任务约束以及无人机系统内外部通信进行建模。上述建模能力的缺失，使得在后续的无人机开发与测试过程，无法有针对性的提升无人机系统在不确定环境下的鲁棒性以及跨平台部署能力。华东师范大学在其申请的专利“一种基于SysML/MARTE的信息物理融合系统的建模方法”(申请号：CN201610403225.0，授权...
【技术保护点】
1.一种基于SysML的无人机系统建模方法，其特征在于，包括以下步骤：/n分析系统及任务组成，建立UML profile，扩展UML元模型并定义数据类型；/n使用扩展的UML元模型及定义的数据类型，建立模块定义图、内部模块图和参数图；/n使用扩展的UML元模型及定义的数据类型，建立活动图；/n采用模块定义图、内部模块图和参数图描述无人机系统及任务的结构模型，采用活动图描述无人机系统及任务的行为模型，得到结构视角及行为视角的无人机系统及任务模型。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于SysML的无人机系统建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
分析系统及任务组成，建立UMLprofile，扩展UML元模型并定义数据类型；
使用扩展的UML元模型及定义的数据类型，建立模块定义图、内部模块图和参数图；
使用扩展的UML元模型及定义的数据类型，建立活动图；
采用模块定义图、内部模块图和参数图描述无人机系统及任务的结构模型，采用活动图描述无人机系统及任务的行为模型，得到结构视角及行为视角的无人机系统及任务模型。
2.根据权利要求1所述基于SysML的无人机系统建模方法，其特征在于：通过分析系统及任务组成，确定无人机系统及任务的组成部分，对于路径规划任务，无人机系统包括传感器组件、姿态估计组件、模式控制组件、通信组件、位置控制组件、姿态控制组件以及行动机构；路径规划任务影响因素包括地面控制站和环境，其中环境包括障碍物和噪声。
3.根据权利要求1所述基于SysML的无人机系统建模方法，其特征在于，使用<<DataType>>对无人机系统及任务中所需的数据类型进行定义，建立profile如下表所示：
在数据类型profile、线程profile和噪声profile中，扩展Class元模型；
在通信profile中，扩展port和connector元模型；
在操作profile中，扩展CallBehaviorAction元模型。
4.根据权利要求3所述基于SysML的无人机系统建模方法，其特征在于：
profile数据类型包含6种数据类型以及1种构造型，具体如下表所示：
上表中的Real、String和Integer为SysML内建数据类型，分别表示实数类型、字符串类型以及整数类型；[1..*]、[1]、[*]为SysML内建的变量数量表示方法，分别表示变量数量至少1个、变量数量只能为1个、变量数量无限制；
Vec表示向量，其属性value表示向量内的值；
Timer_callback_vec表示回调函数属性向量，其属性thrd_name表示线程名称，属性thrd_ops表示线程操作列表；
AP_Scheduler_vec表示AP_Scheduler属性向量，其属性thrd_name表示线程名称，属性thrd_ops表示线程操作列表，属性scheduled_freq表示线程被调用的频率，属性max_exec_time表示线程的最大运行时间；
HAL_specific_thrd_vec表示HAP_specific_thrd_vec属性向量，其属性thrd_name表示线程名称，属性thrd_ops表示线程操作列表，属性platform_name表示无人机系统运行平台的名称，属性thrd_priority表示线程的优先级，属性scheduled_policy表示线程被调用的频率；
Row表示矩阵中的行向量，其属性value表示行向量的值；
DataExchange表示矩阵，其属性matrix为一个由若干行及若干列组成的矩阵；
Common_vec表示模块定义图中所需的向量，其属性value表示向量内的值。
5.根据权利要求4所述基于SysML的无人机系统建模方法，其特征在于：
建立线程profile描述无人机系统运行在不同硬件平台下的线程机制，Class元模型被扩展为三个构造型，分别是AP_Scheduler、Timer_callback和HAL_specific_thrd；每个构造型表示一种线程机制；AP_Scheduler的属性由AP_Scheduler_vec表示，HAL_specific_thrd的属性由HAL_specific_thrd_vec表示，Timer_callback的属性由Timer_callback_vec表示；
建立通信profile描述无人机的外部通信与内部的组件间通信，其中Port和Connector元模型被扩展为构造型；Port元模型被扩展为一个构造型，即Port_state，具体如下表所示：
构造型名称
属性名称：类型
Port_state
isOn:Boolean[1]
Port_state表示端口状态，其包含一个属性isOn，表示端口的开闭状态；
当isOn为true时，端口开启，否则，端口关闭；
Connector元模型被扩展为七个构造型，分别为3G_connector、4G_connector、WiFi_connector、Xbee_connector、Bus、Noise_connector、Ranging_connector，如下表所示：
构造型3G_connector表示实体间的3G通信链路，其中实体为确定的无人机系统及任务组成部分；构造型3G_connector的属性分别为rate、frequency、range，分别表示3G通信链路的速率、频段以及通信范围；
构造型4G_connector表示实体间的4G通信链路，其中实体为确定的无人机系统及任务组成部分；构造型4G_connector的属性分别为rate、frequency、range，分别表示4G通信链路的速率、频段以及通信范围；
构造型WiFi_connector表示实体间的WiFi通信链路，其中实体为确定的无人机系统及任务组成部分；构造型WiFi_connector的属性分别为rate、frequency、range，分别表示WiFi通信链路的速率、频段以及通信范围；
构造型Xbee_connector表示实体间的Xbee通信链路，其中实体为确定的无人机系统及任务组成部分；构造型Xbee_connector的属性分别为rate、frequency、range，分别表示Xbee通信链路的速率、频段以及通信范围；
构造型Bus表示实体间的Bus通信链路，其中实体为确定的无人机系统及任务组成部分；构造型Bus的属性分别为bus_type、speed，分别表示Bus通信链路的总线类型以及传输速率；
构造型Noise_connector表示环境及系统内部噪声对无人机系统的干扰，没有属性；
构造型Ranging_connector表示无人机系统传感器对障碍物的探测，构造型Ranging_connector的属性为range，表示无人机系统传感器对障碍物的最大探测距离；
建立噪声profile描述无人机系统运行时环境噪声及系统内部噪声，Class元模型被扩展为两个构造型，分别是Wind_noise和Sensor_noise；
Wind_noise表示环境风速对无人机系统运行的噪声干扰，其包含两个属性，分别是wind_x和wind_y，wind_x和wind_y的作用是描述风速在x坐标轴和y坐标轴上对无人机系统运行的噪声干扰；Sensor_noise表示系统内部噪声对无人机系统传感器精度的噪声干扰，将该噪声干扰定义为高斯函数，构造型Sensor_noise包含两个属性，分别是mu和sigma，mu是高斯函数峰值对应的数值，sigma是高斯函数的标准差；
建立操作profile描述无人系统模型与Simulink等外部仿真工具的关系，其中，CallBehaviorAction元模型被扩展为一个构造型Call_external_mo...
【专利技术属性】
技术研发人员：马建峰，魏大卫，孙聪，习宁，李亚晖，王中华，潘建锋，于博尧，张嘉伟，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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