[发明专利]基于仿真在回路的平行计算试验系统以及试验方法

权利要求书

1.一种基于仿真在回路的平行计算试验系统，其特征在于，包括：现实系统、仿真模型与知识服务支持系统、人工系统大型计算服务系统以及可视化分析评估系统；其中，所述仿真模型与知识服务支持系统通过TCP协议和光纤与所述人工系统大型计算服务系统连接；所述人工系统大型计算服务系统与所述可视化分析评估系统采用TCP/IP协议和光纤连接；

所述现实系统，包括构成待评估体系的各种设备或子系统，能够提供物理试验的数据输入和状态更新，通过直接数据接收、状态采集和历史数据整理接入的方式，与平行试验人工系统实现数据互通互联；

所述仿真模型与知识服务支持系统，包括构成待评估体系的各种设备或子系统的仿真系统，以及数据资源/试验数据管理服务器，能够为平行试验人工系统提供在线或离线的仿真服务支持，为人工系统Agent提供模型、知识服务，使得人工系统中的Agent具备更为真实的行为能力；

所述人工系统大型计算服务系统，建立在大型计算集群上，利用基于Agent的建模与仿真平台，构建一个计算试验人工环境，平行试验人工系统的核心是建立Agent模型和关系，在外部仿真和数据支持下，完成体系评估的想定计算；计算试验人工环境中包含了构成待评估体系的各种设备或子系统的Agent对象，在计算试验想定的驱动下，开展体系评估的计算试验，形成计算评估样本，为体系效能评估提供输入；

所述可视化分析评估系统，能够提供可视化的信息显示及分析平台，为试验环境的逼真显示提供支持，将试验置于逼真的场景下，为使用者了解试验背景、把握试验态势、分析判断情况提供支撑；能够建立参与试验的设备的三维可视化模型，为使用者建立直观印象、把握试验进程提供支撑；能够以直观的方式显示设备能力，为使用者了解设备能力、合理分析决策提供支撑；能够在仿真数据和时间、事件的驱动下，通过整个试验过程以及试验过程中典型事件的可视化，为使用者掌握试验过程、事后分析总结提供支撑；能够通过图形、表格形式，以及对比分析的方法，展示关键性能参数，为使用者分析试验结果提供支撑；

根据基于仿真在回路的平行计算试验系统，形成用于飞行器探测体系效能评估的平行计算试验原型系统，具体分为4大部分：

1）现实系统

现实系统指的是平行试验对应的真实系统，包括航天支持系统、飞行试验系统；现实系统是开展平行试验中的物理靶场部分，需要提供物理试验的数据输入和状态更新，从而使人工系统能够不断演化发展；

2）仿真模型与知识服务支持环境

Agent行为所需的各种参数状态，通过外部仿真系统服务和数据资源管理服务获得，解决了Agent模型基于知识的行为建模问题；知识服务支持环境包含以下系统：

①导航平行仿真系统

导航平行仿真系统，完整名称为卫星导航信号接收处理平行仿真系统，为平行试验人工航天系统提供导航定位信息及性能评估；其主要任务有：利用BDS/GPS接收机实时获取在轨GNSS卫星真实星历，为平行仿真提供真实的卫星导航系统状态信息；接收平行试验人工航天系统发送的多个用户对象的实时点位信息，依据点位信息和真实星历，构建导航信号仿真环境，仿真产生基于用户对象接收机天线口面的导航信息；对仿真的基于用户对象接收机天线口面的导航信息进行PVT解算和导航定位性能评估，并发送给平行试验人工航天系统，为用户对象提供导航信息支持；

系统由硬件和软件组成，硬件包括BDS/GPS双系统五频点接收机及其配套天线和馈线、PC机和各连接线；软件包括信号模拟仿真软件、接收机模拟仿真软件；

②雷达平行仿真系统

雷达平行仿真系统是为了能够模拟飞行器试验场的雷达测量设备，并且模拟飞行器探测体系的主要雷达设备，而构建的数学仿真软件平台；它的功能包括雷达回波仿真、瞄准式干扰仿真、压制式干扰仿真、相控阵雷达工作模式抗干扰仿真、脉冲多普勒抗干扰仿真、脉冲压缩抗干扰仿真、频率捷变抗干扰仿真、恒虚警目标检测、目标跟踪滤波方面；仿真系统在采用信号功能级仿真，可以全面模拟飞行器探测过程中的干扰和相控阵雷达探测、跟踪功能；

③复杂电磁环境仿真系统

复杂电磁环境仿真系统的软件包含进程控制、飞行器系统模拟、探测系统模拟、电磁环境构建、视景演示、数据综合处理、对典型雷达干扰效果及突防结果评估多项功能，由场景编辑、电磁环境构建、指挥控制系统模块组成；

④飞行器飞行在回路的计算试验服务系统

飞行器飞行在回路的计算试验系统主要完成试验场多传感器数据采集与融合、试验场试验数据的存储、管理、分析、处理和共享、实时进行飞行数据的采集、传输、处理和存储功能，为飞行器飞行在回路的平行试验提供试验场接口，使平行试验能够实现虚实结合；系统功能包括：多传感器数据采集与融合、数据管理、实时飞行数据接入；

⑤数据资源/试验数据管理系统

外场试验数据、试验方案、设备参数数据、性能评估报告，都是计算试验人工系统对象反映真实对象能力的基础资源；大部分存储在计算机中的信息都是以事实、观测和测量原始形式存在的，这些事实、观测和测量构成了数据；为了得到人工对象得以应用的知识，采用数据挖掘的方法从数据中提取知识；

3）人工系统大型计算服务环境

4）可视化分析评估系统

为设备的能力反映提供支持，包括卫星有覆盖能力、定位能力，测量测控设备有探测范围；

为平行试验系统支持的飞行器试验过程的可视化提供支持；

为关键性能参数的分析展示提供支持；

可视化分析评估环境主要由大型显示系统硬件、分布式显示计算设备和平行试验可视化系统组成；平行试验可视化系统软件分为三维可视化、二维态势可视化、设备状态可视化、仿真状态监控及公共支持四类软件类型；

其中，所述仿真模型与知识服务支持系统包括硬件和软件；其中，硬件包括物理试验数据接收机及其配套天线和馈线、PC机和各连接线；软件包括信号模拟仿真软件、接收机模拟仿真软件；

其中，所述人工系统大型计算服务系统包括计算集群和基于Agent的人工系统软件，基于Agent的人工系统软件，是在Linux操作系统上采用多Agent仿真工具编程环境开发；

其中，所述大型显示系统硬件采用LED光源立体拼墙显示系统，包括6台LED显示单元；所述分布式显示计算设备采用多窗口处理器，可对6台LED显示单元进行窗口划分，将显示图像分割并映射到各显示单元；

基于仿真在回路的平行计算试验系统的平行计算试验方法，包括以下步骤：

步骤1：利用现实系统进行实际物理试验，获得物理试验数据；其中，所述物理试验数据，通过直接数据接收、状态采集和历史数据整理接入的方式获取；

步骤2：将步骤1所得到的物理试验数据，输入到仿真模型与知识服务支持系统中，利于仿真模型与知识服务支持系统中的各种仿真系统，结合步骤1所得的物理试验数据进行数值仿真计算，获得仿真试验数据；其中，所述数值仿真计算可采用离线或在线仿真的方式进行；所述仿真试验数据存储于数据资源/试验数据管理服务器；

步骤3：在计算试验想定的驱动下，从数据资源/试验数据管理服务器中读取出步骤2所得的仿真试验数据，输入到所述人工系统大型计算服务系统中，为部署于所述人工系统大型计算服务系统中的大型计算集群中的Agent模型行为提供所需的各种状态参数，开展基于Agent模型的计算试验，获得计算评估样本数据；

步骤4：将步骤3中所得到的计算评估样本数据输入到可视化分析评估系统中，可视化分析评估系统在计算评估样本数据的驱动下，显示试验场景、试验设备影像、以及各类设备的空间几何关系，并以图形、表格方式显示各试验设备的关键性能参数。