高逼真度研究型飛行模擬器的可重構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、高逼真度研究型飛行模擬器（High-fidelity Research Flight Simulator，RFS）是航空技術(shù)和飛行仿真技術(shù)等領(lǐng)域的重要研究設(shè)備，可以用于研發(fā)航空技術(shù)和先進(jìn)仿真技術(shù)。隨著我國(guó)民用航空的發(fā)展以及大飛機(jī)項(xiàng)目的逐步落實(shí)，就迫切的需要一個(gè)能夠?qū)︼w行模擬器關(guān)鍵技術(shù)以及航空技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)的高逼真度研究平臺(tái)，同時(shí)也為我國(guó)的訓(xùn)練型和工程型飛行模擬器的發(fā)展提供相應(yīng)的理論和技術(shù)支持，改變我國(guó)民用飛行模擬器開發(fā)和研制上落后于國(guó)外發(fā)

2、達(dá)國(guó)家的現(xiàn)狀。
　　RFS是復(fù)雜昂貴的試驗(yàn)設(shè)備在其生命周期內(nèi)會(huì)面臨多項(xiàng)研究任務(wù)，而每項(xiàng)新任務(wù)都會(huì)對(duì) RFS提出新的需求，這就要求 RFS能夠快速的重構(gòu)以迅速滿足試驗(yàn)需求。系統(tǒng)的可重構(gòu)性是RFS最重要的品質(zhì)，直接關(guān)系到其應(yīng)用范圍和利用率。因此本文對(duì)RFS可重構(gòu)特性、模型架構(gòu)、實(shí)時(shí)調(diào)度、座艙環(huán)境重構(gòu)和模擬器實(shí)現(xiàn)等理論和方法進(jìn)行深入研究，解決RFS模型重構(gòu)和座艙重構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)問題，用以研制低成本、高靈活性的可重構(gòu)RFS。
　　根據(jù)

3、可重構(gòu)設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)分析了RFS的變更層次，明確了 RFS模型重構(gòu)的核心問題。根據(jù)質(zhì)量屬性驅(qū)動(dòng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方法提出了基于結(jié)構(gòu)化模型風(fēng)格和面向?qū)ο箫L(fēng)格的RFS模型架構(gòu)，采用組合模式構(gòu)建了RFS的基本仿真框架，結(jié)合結(jié)構(gòu)化模型的層次特點(diǎn)對(duì)RFS的模型層次進(jìn)行了規(guī)劃，引入飛機(jī)系統(tǒng)層作為具體飛機(jī)系統(tǒng)物理模型的中介者，采用外觀模式對(duì)飛機(jī)系統(tǒng)模型的接口進(jìn)行了統(tǒng)一的規(guī)劃處理，并運(yùn)用訂閱/發(fā)布思想實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享。該框架減少了系統(tǒng)間的連鎖反應(yīng)和耦合，將

4、飛機(jī)模型劃分為多個(gè)能夠獨(dú)立變更的領(lǐng)域模型，保證提出試驗(yàn)需求的領(lǐng)域?qū)＜夷軌蛟诓涣私馄渌到y(tǒng)運(yùn)行細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)模型的添加和修改。
　　分析了系統(tǒng)進(jìn)行模型重構(gòu)時(shí)向?qū)崟r(shí)模型中添加非實(shí)時(shí)代碼對(duì)實(shí)時(shí)仿真的影響，根據(jù)組合模式的特點(diǎn)將整個(gè)仿真代碼分解為實(shí)時(shí)代碼、通訊代碼和數(shù)據(jù)代碼，并進(jìn)行了統(tǒng)一的規(guī)劃和約束，解決了基于多核多線程進(jìn)行任務(wù)分解時(shí)的數(shù)據(jù)安全問題。利用多核處理器改進(jìn)了現(xiàn)有的二級(jí)調(diào)度策略，采用處理器的一個(gè)獨(dú)立核心作為實(shí)時(shí)任務(wù)的服務(wù)器，有效

5、的降低了二級(jí)調(diào)度算法的實(shí)現(xiàn)難度，并充分利用了多核處理器的特點(diǎn)提升了系統(tǒng)的性能，使得領(lǐng)域?qū)＜铱梢栽谀Ｐ椭貥?gòu)過程中向?qū)崟r(shí)仿真模型中添加大量非實(shí)時(shí)代碼。
　　分析了RFS座艙面板重構(gòu)所面臨的主要困難，提出了基于CAN總線的一對(duì)一采集系統(tǒng)，并采用概念模型使面板模型具有明確的一對(duì)一概念，將面板的重構(gòu)問題分解為多個(gè)面板單元的重構(gòu)。提出了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)采集系統(tǒng)，開發(fā)了組合式采集盒和組合式管理程序，通過采集系統(tǒng)的層次化管理抽取了采集盒模型組織管理的共性，

6、增加了采集盒硬件和軟件的復(fù)用，有效的減少單個(gè)面板單元構(gòu)建和重構(gòu)時(shí)所需要的開發(fā)工作和維護(hù)難度。
　　基于通用PC實(shí)現(xiàn)了低成本RFS，給出了RFS的軟硬件體系結(jié)構(gòu)，分析了COTS技術(shù)的特點(diǎn)，采用層次化方法改進(jìn)了COTS軟件的集成策略，并使用Windows操作系統(tǒng)完成了對(duì)主仿真模型的實(shí)時(shí)調(diào)度，最后探討了RFS的重構(gòu)過程和典型實(shí)現(xiàn)結(jié)果。該異構(gòu)分布式仿真平臺(tái)成本低廉，可以實(shí)現(xiàn)高逼真度的實(shí)時(shí)仿真，具有較強(qiáng)的成本優(yōu)勢(shì)，對(duì)低成本可重構(gòu)RFS實(shí)現(xiàn)方