飛行模擬機實時仿真管理系統(tǒng)的研究.pdf

1、飛行模擬機是一種能夠逼真模擬真實飛機在地面和空中運動的航空試驗設備，它是系統(tǒng)仿真技術的典型應用。飛行模擬機以經(jīng)濟、安全、高效和環(huán)保等優(yōu)點在新機研制、飛行理論研究、飛行控制研究和飛行訓練等領域獲得了廣泛應用。隨著我國航空事業(yè)的快速發(fā)展和近期大飛機研制計劃的啟動，圍繞飛行模擬機關鍵技術開展研究，不僅有助于加速和完善大飛機的研制進程，而且對于縮短我國同國外同行在飛行仿真研究領域的差距，培養(yǎng)獨立的飛行模擬機研發(fā)隊伍，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的高逼真

2、度飛行模擬機，真正地實現(xiàn)我國從民航大國向民航強國的轉(zhuǎn)變具有重要意義。
　　作為飛行模擬機的調(diào)度控制中心，實時仿真管理系統(tǒng)(Real-Time simulation Management System, RTMS)通過實時調(diào)度機制和實時通信技術，控制和管理各分系統(tǒng)仿真軟件的實時運行和數(shù)據(jù)交互，使它們能夠最大程度地發(fā)揮出預定的功能和性能，產(chǎn)生出協(xié)調(diào)一致的仿真運算結果。它對飛行仿真結果的正確性產(chǎn)生重要影響，是飛行模擬機研制中的關鍵技術之

3、一。本文通過對飛行模擬機軟件構架、實時調(diào)度理論、實時通信技術和飛行仿真軟件集成等技術的深入研究，研制出了一套高效、靈活的實時仿真管理系統(tǒng)。
　　通過對飛行模擬機軟件功能的需求分析，即應滿足進行飛行訓練、環(huán)境模擬和故障模擬的基本要求，給出了飛行模擬機實時仿真管理系統(tǒng)的功能需求和系統(tǒng)組成。運用質(zhì)量屬性分析的觀點對飛行模擬機軟件系統(tǒng)進行了質(zhì)量屬性需求分析，基于模型-視圖-控制器（Model-View-Controller，MVC）設計模

4、式設計出了具有良好平臺獨立性、可移植性和可擴展性飛行模擬機軟件構架，并對實時仿真管理系統(tǒng)的軟件構架元素進行了詳細分析。
　　在軟件構架基礎上，根據(jù)飛行仿真任務具有周期性任務、偶發(fā)任務和后臺任務并存，仿真任務間存在較強順序相關性的特點，為飛行模擬機設計出了一種改進型層次式的仿真任務調(diào)度結構。在對實時調(diào)度算法深入分析的基礎上，為周期性任務、偶發(fā)任務和后臺任務建立起了一種具有二叉樹結構的循環(huán)調(diào)度算法；在對最早時限優(yōu)先（Earliest

5、Deadline First, EDF）和后臺調(diào)度算法深入研究的基礎上，設計了基于優(yōu)先級和時鐘驅(qū)動的混合任務集調(diào)度算法。這不僅能夠高效地完成對飛行模擬機復雜任務集的實時調(diào)度，而且能夠方便靈活地對復雜任務集進行修改與擴充。
　　數(shù)據(jù)交互在飛行模擬機中占有重要的地位，以對飛行模擬機公共數(shù)據(jù)區(qū)與參數(shù)分布服務的研究為中心，重點對參數(shù)分布技術，公共數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)共享的完整性和一致性問題進行了深入、系統(tǒng)的研究。通過對參數(shù)分布技術的研究，基于發(fā)布/

6、訂購概念，提出了仿真計算節(jié)點間參數(shù)共享的方法。給出了最小參數(shù)發(fā)布區(qū)原理，并利用該原理設計了共享參數(shù)訂購區(qū)和發(fā)布區(qū)的構造算法。采用自底向上的方法依次在仿真模型、仿真子系統(tǒng)和仿真計算節(jié)點三個層次上對共享參數(shù)的訪問進行了完整性控制，滿足了公共數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)共享的完整性要求。設計了具有雙緩沖數(shù)據(jù)結構的參數(shù)共享方法，滿足了仿真子系統(tǒng)對共享參數(shù)輸入的一致性要求。隨后運用通信類工廠機制設計了配置靈活的數(shù)據(jù)通訊模塊，以滿足分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信要求。這些方法

7、的應用有效保證了數(shù)據(jù)的一致性和完整性要求，提高了分布式飛行仿真網(wǎng)絡的通信效率。
　　為了驗證實時仿真管理系統(tǒng)的有效性和靈活性，縮短軟件系統(tǒng)的開發(fā)周期，提高開發(fā)效率，基于商用貨架產(chǎn)品COTS（Commercial Off-The-Shelf）進行了飛行模擬機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的開發(fā)。組建了基于以太網(wǎng)、IEEE1394火線和CAN總線技術的混合實時網(wǎng)絡分布式仿真平臺。采用COTS軟件完成了飛行模擬機仿真軟件的開發(fā)，并在該平臺上進行了仿