【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于宇航类单机的建模与仿真领域，具体而言涉及一种宇航类单机星载计算机数字化模型。
技术介绍
1、面对航天领域重大型号任务所提出的高质量、短周期、低成本的更高要求，数字航天建设成为必由之路。模型驱动、数据驱动的研发模式成为提高生产率、降低生产成本、提高创新水平的重要手段。基于模型的系统工程(mbse)在探月工程、空间站、运载火箭、卫星等体系级、系统级复杂工程的功能闭环验证中多次应用，有效促进了任务的高质量和高效率。但是，考虑到系统模型的规模和复杂性，宇航领域分系统、子系统、单机层的mbse建模及研究尚未深入。
2、星载计算机是卫星综合电子分系统的重要组成部分，为星务软件和姿轨控软件提供运行环境和硬件平台，承担整星及各分系统遥测遥控处理、数据管理、数据采集、数据分发、程序控制等任务，并提供整星时统，可以类比为卫星平台的“大脑”，对于卫星平台具有重要的意义。只有实现星载计算机的高保真、高精度建模，才能建立真正意义上的卫星平台数字样机系统。但由于星载计算机接口类型及数目众多，含多个fpga及处理器等控制类芯片，信息流控制流复杂，建模难度高，目前国内对该类型单机的数字化建模研究尚处于空白。
3、mbse建模方法论和sysml系统建模语言为复杂产品的数字化建模提供了全流程的指导方案和有效的建模工具。为此，基于mbse建模方法论和sysml系统建模语言，提出了星载计算机的数字化建模方法。
技术实现思路
1、为实现星载计算机的数字化建模，一种宇航类单机星载计算机数
2、本专利技术所采用的技术方案是：
3、星载计算机数字化模型分为五个部分：面向样机的需求模型、面向对象的结构模型、半物理混合行为模型、功能性能的需求确认、单机模型的测试环境。
4、星载计算机单机需求模型的建模首先面向于单机的原型物理样机，并伴随型号研制的始终，主要通过需求导入方式运用sysml语言的需求建模元素进行建模。由单机任务书提炼单机系统需求，以格式化的文本存储到excel需求表格中。使用sysml语言的建模软件绑定需求表格，需求自动导入生成《requirement table》。随着样机研制由模样向初样、正样的推进，excel需求表格和sysml语言模型元素《requirement table》同步实现动态更新。
5、星载计算机单机面向对象的结构建模，自上而下分为单机结构建模、模块结构建模、单元结构建模三个层次；分别对应于星载计算机整机，星载计算机各功能模块电路板，星载计算机各模块电路板中相对独立的组成单元。运用分层的组成关系描述单机结构，并通过块定义图(bdd图)可视化表达这种关系。
6、优选地，对于包含《parts》的模型元素，建立描述同一模型内部结构的多个ibd图，表达模型内部组成的不同视角。以星载计算机单机为例，建立星载计算机内部模块能源流ibd图和星载计算机组成模块内外信息流ibd图。
7、特别地，在描述星载计算机内部能源流的ibd图中，利用legend模型定义供电接口间connector的不同样式，对星载计算机各模块的冷热备份进行建模。图形化表达模块不同工作状态下的供电能量流：即信道关口及jjm模块a、b机，导航接收模块a、b机，可分别实现开a开b、开a关b、开b关a能力；处理器模块a、b机，时基&串行io模块i型1、2、综合接口模块i型1、2和功率驱动模块1、2的a、b机(或1、2模块)各形成独立的一组，具备每组开a开b、开a关b、开b关a能力。利用legend模型元素设定不同组connector不同状态属性的方式，可多层次、动态更新地描述星载计算机内部各模块的供电能源流建模及分组供电的可视化。
8、特别地，星载计算机内外信息流ibd图中，将单机的外部接口分配至模块的外部接口，对模块间的接口互联关系进行可视化建模，并通过流项模型元素明确接口的输入输出信息流。
9、将星载计算机物理层结构建模延伸至元器件层，建立单元结构模型与元器件的映射关联。根据具体情况，单元结构模型可以对应于若干分立元器件组成的功能电路、集成芯片的最小功能电路、控制芯片的独立功能模块等。
10、特别地，建立单机元器件模型库，block模型元素对元器件建模。block的值属性可用于定义元器件重要性能指标及参数，如重量、工作电压、功耗、质量等级、精度等级、温度适用范围、抗辐照等级等。元器件性能指标的布尔运算(与、或)及简单代数运算形成单元结构模型的性能指标。
11、特别地，通过《generalization》关系实现同类元器件的建模。抽象某类元器件的通用特性，定义父类模型block，如电阻类、晶振类、反熔丝fpga类等；通过对特定属性值的redefinition，定义子类或具体元器件或芯片的特性。
12、特别地，面向对象的结构建模中，星载计算机处理器模块硬件与cpu应用软件(如星务管理软件)的建模具有以下两种模式：
13、(1)处理器模块的cpu未安装操作系统。为实现处理器模块硬件与cpu应用软件(如星务管理软件)交互的结构建模，主要借助于port的《behavioral features》建模元素。星务管理软件通过直接访问处理器特定物理地址空间，处理星载计算机整机的信息流与控制流。为此，采用如下的建模方法：
14、a)处理器模块block提供可访问其内存地址的《prov operation》，同时提供若干由《interface》定义的《behavior port》。
15、b)《interface》包含若干《operations》属性，由处理器模块block提供的《provoperation》实现，将《interface》转化为《provided interface》，以供给星务管理软件调用。
16、c)星务管理软件block拥有相对应的由若干《required interface》定义的port，通过与处理器模块block中《provided interface》定义的port相连接，调用处理器模块block提供的《prov operation》，实现对硬件中特定地址空间的访问。
17、(2)处理器模块的cpu安装操作系统。为实现处理器模块硬件与cpu应用软件(如星务管理软件)交互的结构建模，主要借助sysml语言的《reference property》元素。此时，操作系统提供的硬件api函数可直接对星载计算机单机的模块(如时基&串行io模块1block)进行访问。定义硬件api函数block、cpu应用软件(如星务软件)block作为cpu软件block的组成。硬件api函数block包含若干operation属性，由单机各个功能模块block提供operation实现的方法。星载计算机单机的其他功能模块作为cpu软件模块的《referenceproperty》，并采用bond connector连接，从而实现应用软件对硬件模块的访本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种宇航类单机星载计算机数字化模型，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的宇航类单机星载计算机数字化模型，其特征在于，所述面向样机的需求模型，首先面向单机的原型物理样机，并伴随产品研制的始终，通过需求导入方式运用SysmL语言的需求建模元素进行建模；由单机任务书提炼单机系统需求，以格式化的文本存储到Excel需求表格中；使用SysML语言的建模软件绑定需求表格，需求自动导入生成《Requirement Table》。随着样机研制由模样向初样、正样的推进，Excel需求表格和SysML语言模型元素《Requirement Table》同步实现动态更新。
3.如权利要求1所述的宇航类单机星载计算机数字化模型，其特征在于，所述面向对象的结构模型，自上而下分为单机结构模型、模块结构模型、单元结构模型、元器件结构模型四个层次；对应于星载计算机整机，星载计算机各功能模块电路板，星载计算机各模块电路板中相对独立的组成单元和电子元器件；
4.如权利要求3所述的宇航类单机星载计算机数字化模型，其特征在于，所述面向对象的结构模型中，将星载计算机物理层结构模
5.如权利要求3所述的宇航类单机星载计算机数字化模型，其特征在于，面向对象的结构模型中，针对不同的情况，星载计算机处理器模块中CPU硬件与CPU应用软件的建模具有以下两种模式：
6.如权利要求3所述的宇航类单机星载计算机数字化模型，其特征在于，所述半物理混合行为模型中，状态机行为作为星载计算机单机的classifier behavior，描述单机在轨全生命周期内的行为模式，包含：初始工作模式、正常飞行模式、应急工作模式和长期自主运行模式；通过设定状态机中各个状态的entry、exit以及do activity，转入具体活动的建模；
7.如权利要求3所述的宇航类单机星载计算机数字化模型，其特征在于，功能性能的需求确认中，需求的确认方式分三类：功能需求的确认，导出类性能指标的确认，和属性类性能指标和的确认；
8.如权利要求3所述的宇航类单机星载计算机数字化模型，其特征在于，所述单机模型的测试环境中，构建基于UI界面的星载计算机多任务场景闭环测试系统；测试系统中建立测试上下文block，包含星载计算机单机、模拟应答机、星载计算机测试模块。模拟应答机可产生上行遥控指令，并转发下行遥测数据；星载计算机测试模块模拟星上与星载计算机发生信息交互的其他单机，可用于响应星载计算机发出的遥控指令，并返回单机的遥测信息；
...【技术特征摘要】
1.一种宇航类单机星载计算机数字化模型，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的宇航类单机星载计算机数字化模型，其特征在于，所述面向样机的需求模型，首先面向单机的原型物理样机，并伴随产品研制的始终，通过需求导入方式运用sysml语言的需求建模元素进行建模；由单机任务书提炼单机系统需求，以格式化的文本存储到excel需求表格中；使用sysml语言的建模软件绑定需求表格，需求自动导入生成《requirement table》。随着样机研制由模样向初样、正样的推进，excel需求表格和sysml语言模型元素《requirement table》同步实现动态更新。
3.如权利要求1所述的宇航类单机星载计算机数字化模型，其特征在于，所述面向对象的结构模型，自上而下分为单机结构模型、模块结构模型、单元结构模型、元器件结构模型四个层次；对应于星载计算机整机，星载计算机各功能模块电路板，星载计算机各模块电路板中相对独立的组成单元和电子元器件；
4.如权利要求3所述的宇航类单机星载计算机数字化模型，其特征在于，所述面向对象的结构模型中，将星载计算机物理层结构模型延伸至元器件层，将模块结构层内部的单元结构模型与元器件映射关联；根据具体情况，单元结构模型对应于若干分立元器件组成的功能电路、集成芯片的最小功能电路、大规模集成电路的独立功能模...
【专利技术属性】
技术研发人员：霍卫杰，朱新忠，贺伟国，章斌，段欣欣，方轶，刘攀，李毅，
申请(专利权)人：上海航天计算机技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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