彭 健，趙 雯，章樂(lè)平，賈長(zhǎng)偉，蔡斐華，張麗曄，許 昶

(中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院 研發(fā)中心，北京 100076)

虛擬試驗(yàn)支撐框架VITA研究與實(shí)現(xiàn)

彭 健，趙 雯，章樂(lè)平，賈長(zhǎng)偉，蔡斐華，張麗曄，許 昶

(中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院 研發(fā)中心，北京 100076)

虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)可為復(fù)雜航天產(chǎn)品的試驗(yàn)驗(yàn)證提供有效的技術(shù)支撐。結(jié)合航天產(chǎn)品研制過(guò)程對(duì)虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)的需求，開(kāi)展了虛擬試驗(yàn)支撐框架VITA研究與實(shí)現(xiàn)；VITA系統(tǒng)由運(yùn)行中間件及系列輔助工具集組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬試驗(yàn)應(yīng)用系統(tǒng)“試驗(yàn)設(shè)計(jì)-試驗(yàn)運(yùn)行-試驗(yàn)分析”全生命周期的支持;全面介紹了VITA運(yùn)行中間件、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)調(diào)度管理、試驗(yàn)記錄與回放、試驗(yàn)結(jié)果分析、試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理、異構(gòu)網(wǎng)關(guān)、硬件網(wǎng)關(guān)等各模塊的實(shí)現(xiàn)方案，給出了其在航天復(fù)雜產(chǎn)品試驗(yàn)系統(tǒng)互聯(lián)中的應(yīng)用情況;實(shí)踐表明VITA支持對(duì)產(chǎn)品關(guān)鍵系統(tǒng)的技術(shù)性能驗(yàn)證，有效解決了產(chǎn)品難以開(kāi)展大系統(tǒng)聯(lián)合試驗(yàn)的難題，后續(xù)將完善跨平臺(tái)功能、提升實(shí)時(shí)性指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化推廣。

虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證；VITA；運(yùn)行中間件

0 引言

復(fù)雜航天產(chǎn)品的復(fù)雜程度高、設(shè)計(jì)難度大、研發(fā)周期短、試驗(yàn)次數(shù)尤其是飛行試驗(yàn)次數(shù)少，試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)作為其研制過(guò)程中的重要手段發(fā)揮著關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)的研制模式依賴(lài)大量地面試驗(yàn)的驗(yàn)證，使得研制周期和經(jīng)費(fèi)要求高，且經(jīng)常存在設(shè)計(jì)反復(fù)，在當(dāng)前研制周期和技術(shù)發(fā)展的迫切需求下，存在一定局限?，F(xiàn)有試驗(yàn)驗(yàn)證手段的缺乏和試驗(yàn)驗(yàn)證水平的滯后，無(wú)法為復(fù)雜航天產(chǎn)品研制過(guò)程的順利開(kāi)展提供支持，近年來(lái)提出的虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)研制模式的不足。虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證是一種基于數(shù)字樣機(jī)模型的復(fù)雜產(chǎn)品關(guān)鍵系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生、獲取和分析的系統(tǒng)工程過(guò)程，以建模仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)和知識(shí)工程方法為基礎(chǔ)，在一個(gè)由性能模型、耦合環(huán)境、流程引擎和可視化交互機(jī)制構(gòu)成的數(shù)字化試驗(yàn)平臺(tái)中模擬真實(shí)產(chǎn)品的物理試驗(yàn)過(guò)程。美國(guó)國(guó)防部開(kāi)發(fā)了試驗(yàn)與訓(xùn)練使能體系結(jié)構(gòu)TENA(test and training enabling architecture，TENA)，以提高虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證中的互操作、可重用性和組合性，它可以根據(jù)具體的任務(wù)將分布在各實(shí)驗(yàn)室和靶場(chǎng)設(shè)施中的試驗(yàn)、訓(xùn)練、仿真和高性能計(jì)算資源集成起來(lái)，構(gòu)成多個(gè)聯(lián)合試驗(yàn)驗(yàn)證的“邏輯靶場(chǎng)”。

結(jié)合我國(guó)航天產(chǎn)品的研制過(guò)程對(duì)虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)的需求，航天一院提出了一套完整的虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證使能體系框架VITA(virtual test and evaluation enabling architecture)[1-2]。本文對(duì)虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證使能體系框架VITA進(jìn)行了技術(shù)實(shí)現(xiàn)，主要介紹VITA支撐框架研究與實(shí)現(xiàn)情況，包括其系統(tǒng)組成及主要技術(shù)特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案及其在飛行器研制過(guò)程中的應(yīng)用情況。

1 虛擬試驗(yàn)支撐框架VITA

1.1 系統(tǒng)組成

虛擬試驗(yàn)支撐框架VITA作為虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證的共性技術(shù)支撐平臺(tái)，主要用于解決復(fù)雜航天產(chǎn)品研制試驗(yàn)過(guò)程中的異構(gòu)性、實(shí)時(shí)性、可交互性等問(wèn)題，對(duì)試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程進(jìn)行規(guī)范化，并具有靈活性、通用性、實(shí)時(shí)性及可擴(kuò)展性的特點(diǎn)，能滿(mǎn)足工程應(yīng)用或跨行業(yè)應(yīng)用中的擴(kuò)展需求。

VITA采用對(duì)象化、層次化思想描述了試驗(yàn)運(yùn)行支撐、試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬試驗(yàn)應(yīng)用系統(tǒng)“試驗(yàn)設(shè)計(jì)-試驗(yàn)運(yùn)行-試驗(yàn)分析”全生命周期的支持。其核心是VITA運(yùn)行中間件，以及集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)調(diào)度管理、試驗(yàn)記錄與回放、試驗(yàn)結(jié)果分析、試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理、異構(gòu)網(wǎng)關(guān)、硬件網(wǎng)關(guān)等系列輔助工具集，系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 虛擬試驗(yàn)支撐框架VITA系統(tǒng)組成

1.1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段

VITA提供了虛擬試驗(yàn)規(guī)劃工具完成試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷呐渲?，利用VOM生成工具和VIDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境完成對(duì)象模型的生成和試驗(yàn)流程的構(gòu)建，提供的試驗(yàn)分析工具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

1.1.2 試驗(yàn)運(yùn)行階段

VITA為虛擬試驗(yàn)應(yīng)用提供全程的試驗(yàn)控制和信息收集和監(jiān)控功能。包括：自動(dòng)集成分布在網(wǎng)絡(luò)上的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?；通信管理工具和試?yàn)過(guò)程監(jiān)控；試驗(yàn)過(guò)程記錄回放；異構(gòu)系統(tǒng)的接入；硬件系統(tǒng)的實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)；動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)等。

1.1.3 試驗(yàn)分析階段

VITA為虛擬試驗(yàn)應(yīng)用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)提供了進(jìn)行分析的工具。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析工具可以對(duì)單次試驗(yàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的比對(duì)分析，如曲線(xiàn)、圖表、均值、方差、實(shí)物試驗(yàn)數(shù)據(jù)和虛擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)分析等；對(duì)多次運(yùn)行的試驗(yàn)過(guò)程，可在試驗(yàn)設(shè)計(jì)工具中進(jìn)行參數(shù)靈敏度、近似模型分析和模型參數(shù)趨勢(shì)分析等。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

在VITA基礎(chǔ)上可以進(jìn)行航天復(fù)雜產(chǎn)品的單機(jī)虛擬試驗(yàn)和全系統(tǒng)集成虛擬試驗(yàn)，從產(chǎn)品整體性能的角度考核各系統(tǒng)協(xié)同工作的能力，為分系統(tǒng)及總體的設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證提供支撐。其主要技術(shù)特點(diǎn)包括：

1)VITA運(yùn)行中間件采用安全可靠的應(yīng)用程序接口構(gòu)建虛擬試驗(yàn)應(yīng)用，提供分布式對(duì)象通信能力，實(shí)現(xiàn)了虛擬試驗(yàn)應(yīng)用邏輯和通信解耦、互操作，提高虛擬試驗(yàn)的開(kāi)發(fā)效率，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低試驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本。

2)虛擬試驗(yàn)分布式對(duì)象描述語(yǔ)言元模型描述了虛擬試驗(yàn)分布式對(duì)象的類(lèi)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及它們之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了虛擬試驗(yàn)分布式對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)化描述，有助于虛擬試驗(yàn)分布式對(duì)象的重用和組合，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)資源的充分利用。

3)虛擬試驗(yàn)對(duì)象模型構(gòu)建過(guò)程中采用框架代碼自動(dòng)生成的方式，完成對(duì)象模型從描述語(yǔ)言文本到標(biāo)準(zhǔn)C++語(yǔ)法格式的對(duì)象模型框架的轉(zhuǎn)變，減少了應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員的工作量，提高了應(yīng)用開(kāi)發(fā)效率。

4)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在虛擬試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)虛擬試驗(yàn)分布式對(duì)象模型、試驗(yàn)資源和試驗(yàn)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，充分實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)資源的共享和可重用。

5)VITA工具集提供了在現(xiàn)有模型資源和中間件基礎(chǔ)上快速對(duì)虛擬試驗(yàn)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和運(yùn)行的工具，便于對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行管理，增強(qiáng)了本平臺(tái)在使用過(guò)程中的友好性。

6)VITA采用了層次化的平臺(tái)結(jié)構(gòu)，通過(guò)分層次設(shè)計(jì)的支撐平臺(tái)，可以充分實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的靈活性、通用性，平臺(tái)中目前已包含了開(kāi)展虛擬試驗(yàn)所需的基本模塊，接口開(kāi)放，可從各個(gè)層次進(jìn)行工具擴(kuò)展。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

2.1 VITA運(yùn)行中間件

VITA運(yùn)行中間件(VITA-RTM)是在試驗(yàn)運(yùn)行期間為試驗(yàn)對(duì)象、試驗(yàn)資源提供實(shí)時(shí)通信的平臺(tái)，用以解決異構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)間的互聯(lián)、互通、互操作問(wèn)題[3]。軟件提供4類(lèi)服務(wù)和4種組件，4類(lèi)服務(wù)為VITA對(duì)象模型管理、VDL編譯服務(wù)、時(shí)間管理服務(wù)及VITA資源動(dòng)態(tài)監(jiān)控服務(wù)，4種組件為VITA發(fā)布訂購(gòu)組件、VITA消息處理組件、VITA實(shí)時(shí)組件及VITA模型運(yùn)行組件，功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 VITA運(yùn)行中間件功能結(jié)構(gòu)

針對(duì)4類(lèi)服務(wù)，虛擬試驗(yàn)運(yùn)行前需要建立虛擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，為?shí)現(xiàn)虛擬試驗(yàn)建模與虛擬試驗(yàn)應(yīng)用運(yùn)行的松耦合，VITA為虛擬試驗(yàn)開(kāi)發(fā)了特定的建模語(yǔ)言VDL(VITA Design Language，VITA定義語(yǔ)言)和應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)配置文件XML。VITA對(duì)象模型管理，負(fù)責(zé)維護(hù)對(duì)象模型元模型定義等信息。VDL編譯服務(wù)，負(fù)責(zé)將試驗(yàn)對(duì)象建模VDL文件，編譯為可在VITA中間件上運(yùn)行的試驗(yàn)對(duì)象C++程序框架。時(shí)間管理服務(wù)，負(fù)責(zé)保證整個(gè)試驗(yàn)?zāi)軌蛘_有序的進(jìn)行，時(shí)間管理服務(wù)的時(shí)間推進(jìn)機(jī)制包括基于反饋的時(shí)間推進(jìn)機(jī)制和保守的時(shí)間推進(jìn)機(jī)制兩種。VITA資源動(dòng)態(tài)監(jiān)控服務(wù)，負(fù)責(zé)為整個(gè)虛擬試驗(yàn)場(chǎng)景提供一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能。

針對(duì)4種組件，VITA發(fā)布訂購(gòu)組件，負(fù)責(zé)為試驗(yàn)對(duì)象提供交換數(shù)據(jù)的發(fā)布訂購(gòu)模式，保證對(duì)象的正確交互和基于類(lèi)型等形式的興趣管理，并提供遠(yuǎn)程方法調(diào)用功能。VITA消息處理組件，負(fù)責(zé)試驗(yàn)對(duì)象進(jìn)程、代理進(jìn)程和監(jiān)控進(jìn)程等各種進(jìn)程之間的信息傳遞、交互和管理。包括：通知通道管理，負(fù)責(zé)創(chuàng)建與維護(hù)通知通道，供試驗(yàn)應(yīng)用程序傳輸數(shù)據(jù)使用；事件通道管理，負(fù)責(zé)創(chuàng)建與維護(hù)事件通道，供試驗(yàn)應(yīng)用程序傳輸數(shù)據(jù)使用。VITA可以提供通知通道和多事件通道兩種傳輸數(shù)據(jù)的傳輸方式，為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性，VITA實(shí)時(shí)組件為通知通道和多事件通道提供可靠QoS傳輸服務(wù)。VITA模型運(yùn)行組件，負(fù)責(zé)加載試驗(yàn)對(duì)象，并對(duì)試驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。包括：命名服務(wù)，負(fù)責(zé)為VITA對(duì)象模型實(shí)例提供透明定位，用于劃分不同的試驗(yàn)域及試驗(yàn)域內(nèi)部結(jié)構(gòu)；試驗(yàn)域管理，負(fù)責(zé)試驗(yàn)域的創(chuàng)建、銷(xiāo)毀，試驗(yàn)域內(nèi)應(yīng)用的注冊(cè)、加入和退出。

2.2 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境

集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(VITA-IDE)是虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，集模型編輯、模型代碼自動(dòng)生成、模型測(cè)試、想定編輯、應(yīng)用框架代碼自動(dòng)生成、應(yīng)用測(cè)試等功能于一體，以提高模型構(gòu)建效率，提供模型測(cè)試手段和模型復(fù)用基礎(chǔ)[4-5]。以在應(yīng)用構(gòu)建和執(zhí)行過(guò)程減少用戶(hù)編碼為目標(biāo)，為中間件提供工具支撐，提高應(yīng)用的可靠性和開(kāi)發(fā)效率。

圖3 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境功能結(jié)構(gòu)

如圖所示，集成開(kāi)發(fā)環(huán)境主要分為VITA試驗(yàn)系統(tǒng)建模、VITA應(yīng)用倉(cāng)庫(kù)瀏覽、VITA應(yīng)用開(kāi)發(fā)和VITA開(kāi)發(fā)工具框架等模塊，其中VITA應(yīng)用開(kāi)發(fā)又具體分為對(duì)象模型實(shí)現(xiàn)、VITA應(yīng)用建模、VITA應(yīng)用框架代碼生成、代碼測(cè)試4個(gè)子模塊。

2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)工具

試驗(yàn)設(shè)計(jì)工具通過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法生成虛擬試驗(yàn)樣本，在VITA平臺(tái)上運(yùn)行，對(duì)得到的多種試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析處理，通過(guò)試驗(yàn)分析獲取對(duì)試驗(yàn)因子與性能指標(biāo)之間影響關(guān)系，通過(guò)評(píng)估方法給出試驗(yàn)方案的綜合定量評(píng)價(jià)，給出虛擬試驗(yàn)方案優(yōu)劣的綜合判據(jù)，輔助系統(tǒng)用戶(hù)做出合理決策。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是：首先，完成試驗(yàn)的整體規(guī)劃，形成試驗(yàn)方案；然后，通過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法生成試驗(yàn)樣本，并依據(jù)試驗(yàn)樣本運(yùn)行試驗(yàn)方案。系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖所示。

圖4 VITA試驗(yàn)設(shè)計(jì)工具結(jié)構(gòu)

VITA試驗(yàn)設(shè)計(jì)工具主要由試驗(yàn)方案編輯器、試驗(yàn)樣本生成工具、試驗(yàn)運(yùn)行控制器三部分組成，以及與VITA對(duì)象模型庫(kù)、VITA試驗(yàn)設(shè)計(jì)庫(kù)、VITA中間件的接口。其中，試驗(yàn)運(yùn)行控制器負(fù)責(zé)將試驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)與集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、試驗(yàn)調(diào)度管理系統(tǒng)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與回放系統(tǒng)連接起來(lái)，完成完整的虛擬試驗(yàn)。

2.4 試驗(yàn)調(diào)度管理工具

試驗(yàn)調(diào)度管理工具對(duì)多次和單次運(yùn)行的綜合試驗(yàn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，管理實(shí)體對(duì)象、控制和驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程推進(jìn)，使試驗(yàn)的分發(fā)、部署和運(yùn)行控制更為方便，有效提高試驗(yàn)運(yùn)行效率。

圖5 VITA試驗(yàn)調(diào)度管理工具模塊交互圖

VITA試驗(yàn)調(diào)度管理工具主要包括3個(gè)模塊：

1)試驗(yàn)分發(fā)與調(diào)度模塊。試驗(yàn)分發(fā)與調(diào)度模塊主要負(fù)責(zé)VITA試驗(yàn)應(yīng)用的下載、分發(fā)、部署、運(yùn)行控制、管理等；

2)試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊。試驗(yàn)動(dòng)態(tài)與靜態(tài)信息監(jiān)控模塊主要負(fù)責(zé)從VITA運(yùn)行中間件獲取靜態(tài)信息以及實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)信息，然后顯示與工具界面上供用戶(hù)瀏覽，達(dá)到數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)的目的；

3)服務(wù)及應(yīng)用管理模塊。試驗(yàn)服務(wù)管理模塊主要負(fù)責(zé)中間件服務(wù)的封裝，服務(wù)的啟動(dòng)配置、控制以及域、應(yīng)用的運(yùn)行管理。

2.5 試驗(yàn)記錄與回放工具

數(shù)據(jù)記錄與回放工具主要用于對(duì)VITA中間件上產(chǎn)生的虛擬試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、保存和回放，并為下一步的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與挖掘以及可視化展示提供數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)記錄回放系統(tǒng)比照集中式記錄回放工具M(jìn)AK DataLogger設(shè)計(jì)，采用全收全發(fā)模式，其總體結(jié)構(gòu)如圖所示。

圖6 數(shù)據(jù)記錄回放系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)記錄回放系統(tǒng)由數(shù)據(jù)記錄回放工具生成器及數(shù)據(jù)記錄回放工具組成，其中數(shù)據(jù)記錄回放工具由數(shù)據(jù)記錄回放工具生成器根據(jù)VITA應(yīng)用自動(dòng)生成。

數(shù)據(jù)記錄與回放工具生成器由5個(gè)模塊組成，分別為數(shù)據(jù)記錄回放設(shè)置模塊(含用戶(hù)界面)、數(shù)據(jù)記錄代碼生成模塊、數(shù)據(jù)回放代碼生成模塊、數(shù)據(jù)處理代碼生成模塊及數(shù)據(jù)上傳/下載代碼生成模塊。其中數(shù)據(jù)記錄回放設(shè)置模塊為用戶(hù)設(shè)置需要記錄的VITA應(yīng)用系統(tǒng)信息提供可視化的編輯手段；各代碼生成模塊根據(jù)用戶(hù)的配置生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄回放工具代碼。

數(shù)據(jù)記錄回放工具由試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄節(jié)點(diǎn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)回放節(jié)點(diǎn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理工具和數(shù)據(jù)上傳下載共4個(gè)模塊組成。試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄節(jié)點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄；試驗(yàn)數(shù)據(jù)回放節(jié)點(diǎn)依據(jù)記錄的數(shù)據(jù)文件對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行回放；試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理工具支持將記錄數(shù)據(jù)文件導(dǎo)出并按需求轉(zhuǎn)換格式；數(shù)據(jù)上傳下載模塊調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)文件到數(shù)據(jù)庫(kù)的上傳下載。

2.6 試驗(yàn)結(jié)果分析工具

試驗(yàn)結(jié)果分析工具從VITA試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)束后對(duì)應(yīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)文件，采用結(jié)果分析算法庫(kù)中提供的處理方法從靈敏度、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性等方面進(jìn)行分析，最終得出分析結(jié)果報(bào)告。

VITA試驗(yàn)結(jié)果分析工具包括試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)管理、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析方法配置、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析方法等功能模塊，總體框圖如圖7所示。

圖7 VITA試驗(yàn)結(jié)果分析工具總體框圖

2.6.1 文件解析

從VITA試驗(yàn)設(shè)計(jì)庫(kù)加載選定的試驗(yàn)方案文件及對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)樣本文件，解析出參與試驗(yàn)的實(shí)物因子及對(duì)應(yīng)相關(guān)的信息。加載VITA試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)文件，解析出試驗(yàn)后的實(shí)體相關(guān)因子及實(shí)體屬性數(shù)據(jù)以及運(yùn)行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)信息。

2.6.2 處理參數(shù)配置

提供需要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的實(shí)體屬性配置界面，從眾多實(shí)體屬性中選擇出需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的屬性，并自動(dòng)匹配出試驗(yàn)方案、樣本中的試驗(yàn)因子及水平選擇。

2.6.3 分析與處理方法接口

通過(guò)分析與處理方法接口實(shí)現(xiàn)與具體數(shù)據(jù)處理方法軟件的連接。對(duì)于.dll形式的靈敏度分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法，采用直接加載的方式，通過(guò)調(diào)用的方式實(shí)現(xiàn)；對(duì)于餅圖、趨勢(shì)圖等顯示模式，采用調(diào)用Origin接口實(shí)現(xiàn)；對(duì)于相關(guān)性分析具體方法，采用調(diào)用.dll形式文件或通過(guò)調(diào)用Matlab引擎實(shí)現(xiàn)。

2.7 試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理(VITA-TDM)系統(tǒng)是集數(shù)據(jù)管理和流程管理于一體的綜合系統(tǒng)，主要為VITA中間件提供數(shù)據(jù)支撐[6-7]。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)模型、仿真數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)流程的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)共享和分析處理，試驗(yàn)任務(wù)的分發(fā)和進(jìn)度監(jiān)控?；谌龑討?yīng)用服務(wù)體系架構(gòu)，兼容多種實(shí)物試驗(yàn)數(shù)據(jù)和虛擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)格式，并具備SOAP標(biāo)準(zhǔn)接口，提供強(qiáng)大的擴(kuò)展API。

2.8 異構(gòu)網(wǎng)關(guān)工具

異構(gòu)網(wǎng)關(guān)工具是VITA的異構(gòu)仿真系統(tǒng)接入工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)已有HLA對(duì)象資源的集成和重用[8]?？蓱?yīng)用于仿真、試驗(yàn)及虛擬試驗(yàn)領(lǐng)域中各類(lèi)HLA異構(gòu)模型資源的接入，提高大系統(tǒng)跨平臺(tái)應(yīng)用的構(gòu)建效率，促進(jìn)對(duì)象模型資源的重用。VITA/HLA異構(gòu)網(wǎng)關(guān)運(yùn)行在VITA中間件與HLA RTI之間，既作為VITA系統(tǒng)中的一個(gè)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)，同時(shí)又是HLA仿真資源中的一個(gè)聯(lián)邦成員，通過(guò)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)和聯(lián)邦成員間的數(shù)據(jù)映射，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

2.9 硬件網(wǎng)關(guān)工具

硬件網(wǎng)關(guān)是VITA的硬件接入工具，實(shí)現(xiàn)實(shí)物設(shè)備與數(shù)學(xué)模型的聯(lián)合試驗(yàn)。可應(yīng)用于半實(shí)物仿真和虛擬試驗(yàn)領(lǐng)域中實(shí)物設(shè)備接入試驗(yàn)平臺(tái)的場(chǎng)合[9]。支持各種轉(zhuǎn)臺(tái)、舵機(jī)等實(shí)物設(shè)備，及等效器、彈上機(jī)等半實(shí)物設(shè)備。硬件網(wǎng)關(guān)采用通用實(shí)物設(shè)備接入技術(shù)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)協(xié)議的靈活配置，實(shí)現(xiàn)實(shí)物設(shè)備虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)的快速無(wú)縫集成，在解決了多種傳輸協(xié)議異構(gòu)性問(wèn)題的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)“零代碼”編寫(xiě)，縮短了虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證應(yīng)用的開(kāi)發(fā)周期；同時(shí)，由硬件協(xié)議轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)的完成協(xié)議匹配及轉(zhuǎn)換，滿(mǎn)足虛擬試驗(yàn)常用實(shí)物設(shè)備接入的實(shí)時(shí)性要求。

3 應(yīng)用情況

虛擬試驗(yàn)支撐框架VITA已在航天復(fù)雜產(chǎn)品關(guān)鍵系統(tǒng)半實(shí)物仿真與實(shí)時(shí)仿真試驗(yàn)系統(tǒng)互聯(lián)中得到應(yīng)用，可應(yīng)用于工業(yè)部門(mén)的多系統(tǒng)聯(lián)合驗(yàn)證、異地試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建、試驗(yàn)場(chǎng)或靶場(chǎng)間跨地域的大系統(tǒng)互聯(lián)等領(lǐng)域[10-11]。

以某飛行器虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程為例，在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段由VITA平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)規(guī)劃，確定試驗(yàn)方案，然后由總體及分系統(tǒng)分別建立虛擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒⒃O(shè)定試驗(yàn)參數(shù)。在試驗(yàn)運(yùn)行階段，各分系統(tǒng)在VITA平臺(tái)的統(tǒng)一調(diào)度和管理下按照飛行時(shí)序開(kāi)展試驗(yàn)，各分系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)接口接收VITA平臺(tái)發(fā)出的指令及數(shù)據(jù)，并將VITA平臺(tái)所需數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋給平臺(tái)。在試驗(yàn)評(píng)估階段，VITA平臺(tái)調(diào)用各分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示和回放，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。分析評(píng)估結(jié)束后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)分析報(bào)告統(tǒng)一上傳至VITA平臺(tái)的統(tǒng)一試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

圖8 基于VITA的系統(tǒng)級(jí)聯(lián)合虛擬試驗(yàn)

實(shí)踐表明VITA支持對(duì)產(chǎn)品總體、控制、力學(xué)環(huán)境等關(guān)鍵系統(tǒng)的技術(shù)性能驗(yàn)證，有效解決了產(chǎn)品難以開(kāi)展大系統(tǒng)聯(lián)合試驗(yàn)的難題。

4 總結(jié)

虛擬試驗(yàn)支撐框架VITA突破了以運(yùn)行中間件為核心的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，作為虛擬試驗(yàn)領(lǐng)域的共性技術(shù)和關(guān)鍵產(chǎn)品，主要功能及技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，與同類(lèi)產(chǎn)品相比具有輔助工具豐富、使用便捷、底層代碼自主可控等突出特點(diǎn)。后續(xù)將大力開(kāi)展系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試，完善跨平臺(tái)功能、提升實(shí)時(shí)性指標(biāo)，并逐步開(kāi)展產(chǎn)品化應(yīng)用推廣相關(guān)工作，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，推動(dòng)軍工行業(yè)虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證水平的提高。

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Research and Implementation of Virtual Test and Evaluation Enabling Architecture

Peng Jian, Zhao Wen,Zhang Leping, Jia Changwei, Cai Feihua, Zhang Liye ,Xu Chang

(China Academy of Launch Vehicle Technology R&D Center, Beijing 100076, China )

Virtual test and evaluation technology can effective support the test validation of complex aerospace products. A research and implementation of VITA(virtual test and evaluation enabling Architecture) is carried out, to meet the technology needs of the development of aerospace products. The VITA system is composed of runtime middleware and a series of auxiliary tools to support the full life cycle of the“test design-test run-test analysis”of the virtual test application system. This paper introduces the implementation of VITA, include runtime middleware, integrated development environment, test design, dispatching management, test data record and playback, test result analysis, test data management, software gateway, hardware gateway and so on. VITA is used in the process of product’s development, application shows that VITA supports the verification of the technical performance for product’s key systems, and effectively solves the product’s large-scale joint test problem.

virtual test and evaluation；VITA；runtime middleware

2017-01-19；

2017-02-16。

彭 健(1983-)，女，湖南常德人，高工，主要從事虛擬試驗(yàn)、系統(tǒng)仿真技術(shù)方向的研究。

1671-4598(2017)08-0289-05

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.08.075

TP391.9

A