一种无人潜航器任务规划系统的虚拟试验平台及试验方法技术方案

一种无人潜航器任务规划系统的虚拟试验平台及试验方法，该试验平台包括虚拟试验场景显示终端、虚拟试验用户操作终端、桌面式工作站、上位机控制模块以及无人潜航器模拟系统模块；桌面式工作站包括了PCIExpress高性能图形加速处理卡、PCIExpress磁盘阵列卡和多块PCIExpress数据加速处理卡；上位机控制模块集成并运行于桌面式工作站中，无人潜航器模拟系统模块集成并运行于桌面式工作站内的PCIExpress数据加速处理卡中。该试验方法包括了在上述虚拟试验平台的基础上进行“全数字虚拟试验”和“半实物虚拟试验”时的试验方法。本发明专利技术具有结构简单、操作简便、功能集成度高、适用范围广、试验效率高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到水下自主航行器虚拟试验设备领域，特指一种无人潜航器任务规划系统的虚拟试验平台及其试验方法。
技术介绍
“任务规划系统”是无人潜航器的核心子系统，是无人潜航器进行水下作业时的智能决策机构，在很大程度上决定了无人潜航器执行任务的效能以及在复杂海洋环境条件下的生存概率。在无人潜航器水下航行过程中，“任务规划系统”是无人潜航器的信息处理中心，需实时采集并综合处理无人潜航器所有其它子系统输出的状态信息，求解无人潜航器在任务执行过程中应对所遇情况的最优解决方法，并将解算的最终决策结果发送给无人潜航器的执行机构。“无人潜航器任务规划系统的虚拟试验”是无人潜航器研制过程中的重要环节，作为实航试验的一种辅助试验手段，其主要目的是通过地面上的虚拟试验，查找出系统在软件编码上的缺陷，验证系统在设计上的合理性和可行性，检验系统性能在各种异常情况下的可靠性，从而进一步修正系统的数学模型，在实航试验前完善系统的设计与实现。根据任务规划系统的运行机制，目前无人潜航器任务规划系统的地面虚拟试验以半实物试验为主，需要利用三轴转台、对接阵、激励源、数据采集设备、地面测试计算机以及无人潜航器其它的子系统构建分布式的虚拟试验环境。虽然虚拟试验结果的置信度非常高，但其规模庞大、信息流复杂、组织协调困难，无法通过地面上的虚拟试验在短时间内高效率的完成无人潜航器任务规划系统全面的虚拟测试。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构简单、操作简便、功能集成度高、适用范围广、试验效率高的无人潜航器任务规划系统的虚拟试验平台及试验方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案一种无人潜航器任务规划系统的虚拟试验平台，包括虚拟试验场景显示终端、虚拟试验用户操作终端、桌面式工作站、上位机控制模块以及无人潜航器模拟系统模块；所述桌面式工作站包括了用于提供细腻清晰画面的PCI Express高性能图形加速处理卡、用于高速大容量试验数据存储的PCI Express磁盘阵列卡和多块用于模拟无人潜航器系统的PCI Express数据加速处理卡,所述PCI Express数据加速处理卡基于多核处理器并模拟了无人潜航器中任务规划系统与其它子系统的运行模式和各个子系统间的运行规程；所述上位机控制模块集成并运行于桌面式工作站中，所述无人潜航器模拟系统模块集成并运行于桌面式工作站内的PCI Express数据加速处理卡中。作为虚拟试验平台的进一步改进，上位机控制模块具有多线程结构，包含了虚拟试验平台总调度线程模块、虚拟试验平台用户操作接口线程模块、高层体系结构HLA接口4线程模块以及虚拟试验视景生成线程模块；当上位机控制模块初始化完毕后，虚拟试验平台总调度线程模块与其它线程模块分别创建相对独立的共享内存空间，采用异步通信方式进行线程间的数据交互；所述虚拟试验平台总调度线程模块在每一个工作周期，综合处理共享内存空间中各线程提供的状态信息，同时创建服务请求队列与无人潜航器模拟系统模块以PCI Express总线协议进行数据交互。作为虚拟试验平台的进一步改进，所述无人潜航器模拟系统模块具有多进程结构，包含虚拟试验平台剧情规划进程模块、无人潜航器任务规划系统进程模块、动力学运动学解算系统进程模块、无人潜航器自导系统进程模块和目标模拟系统进程模块；在无人潜航器模拟系统模块加载并初始化完毕后，所述虚拟试验平台剧情规划进程模块在每一个工作周期，综合处理来自上位机控制模块的服务请求队列，接收无人潜航器任务规划系统进程模块的状态信息并提供虚拟试验流程信息给目标模拟系统进程模块，同时通过PCI Express总线将虚拟试验结果发送给上位机控制模块；所述无人潜航器任务规划系统进程模块、动力学运动学解算系统进程模块和无人潜航器自导系统进程模块之间以统一的虚拟试验周期同步运行，由无人潜航器任务规划系统进程模块控制虚拟试验过程的时间与空间一致性；所述无人潜航器自导系统进程模块需要在每一个工作周期读取目标模拟系统进程模块提供的状态信息。本专利技术进一步提供一种在上述虚拟试验平台的基础上进行“全数字虚拟试验”时的试验方法，其流程为初始化完毕后，加载无人潜航器中实际使用的任务规划系统到数据加速处理卡中并运行；用户身份被确认后，在虚拟试验平台操作界面上填写本次虚拟试验的配置信息，包括虚拟试验报告、虚拟试验的剧情信息以及无人潜航器任务规划系统的配置参数；虚拟试验平台的上位机控制模块检验所有配置信息的有效后，将配置信息通过PCI Express总线发送给无人潜航器模拟系统模块；无人潜航器模拟系统模块根据虚拟试验的配置信息，组织虚拟试验流程、加载无人潜航器任务规划系统模块的配置参数并启动虚拟试验；无人潜航器任务规划系统进程模块、动力学运动学解算系统进程模块以及无人潜航器自导系统进程模块之间以统一的虚拟试验周期同步运行，由无人潜航器任务规划系统进程模块协调与控制虚拟试验时间与空间的一致性；动力学运动学解算系统进程模块在虚拟试验进行过程中， 每个工作周期解算广泛适用的运动方程组，将解算的无人潜航器状态信息在每个虚拟试验周期发送给无人潜航器任务规划系统进程模块；目标模拟系统进程模块根据虚拟试验平台剧情规划进程发送的虚拟试验流程信息，解算出虚拟试验中目标与无人潜航器相对的状态信息，并发送给无人潜航器自导系统进程模块；无人潜航器自导系统进程模块在每个工作周期接收来自目标模拟系统模块的状态信息，根据无人潜航器自导系统的工作流程要求， 发送目标的距离、深度、方位和速度等状态信息给无人潜航器任务规划系统进程模块；无人潜航器自导系统进程模块在其每一个工作周期，读取目标模拟系统进程模块提供的状态信息；虚拟试验平台剧情规划进程模块在每一个工作周期接收无人潜航器任务规划系统进程模块提供的状态信息，并提供虚拟试验流程信息给目标模拟系统进程模块，并通过PCI Express总线将虚拟试验结果发送给上位机控制模块的虚拟试验平台总调度线程模块；虚拟试验平台总调度线程模块存储虚拟试验结果，同时将试验结果共享给虚拟试验视景生成线程模块；虚拟试验视景生成线程模块解析虚拟试验结果，得到虚拟试验二维与三维视景中所有模型与环境特效的参数信息，并产生视景生成数据，以数据驱动视景中无人潜航器模型和目标模型的运动以及各种环境特效的产生；如此循环，直至完成虚拟试验。本专利技术进一步提供一种在上述虚拟试验平台的基础上进行“半实物虚拟试验”时的试验方法，其流程为初始化完毕后，加载无人潜航器中实际使用的任务规划系统到数据加速处理卡中并运行；用户身份被确认后，通过虚拟试验平台操作界面激活无人潜航器任务规划系统的半实物虚拟试验功能；高层体系结构HLA接口线程模块、虚拟试验平台总调度线程模块与无人潜航器任务规划系统进程模块直接连通，屏障其它线程模块与进程模块的运行，由虚拟试验平台总调度线程存储虚拟试验结果；在半实物虚拟试验进行过程中，完全由无人潜航器任务规划系统进程模块控制试验流程，虚拟试验平台相当于无人潜航器分布仿真系统中的任务规划模拟系统；用户通过虚拟试验平台操作界面结束无人潜航器任务规划系统的半实物虚拟试验。与现有技术相比，本专利技术的优点在于本专利技术的虚拟试验平台及其基于该平台的试验方法是基于桌面式计算机系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵德鑫，李婷，黄芝平，刘纯武，苏绍璟，唐贵林，张羿猛，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：