反射内存下导弹半实物仿真实时数据采集系统设计

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[size=14.6667px]1引言

[size=14.6667px]半实物仿真是评价反舰导弹抗干扰性能的一种有效技术手段，在导弹武器系统作战效能评估的整个过程中占有重要地位。在导弹半实物仿真中，实时数据采集系统发挥着重要作用，一方面，在仿真运行过程中需要实时采集导引头及各仿真设备的输出数据用于解算弹道模型，实现闭环仿真另一方面，在实验结果分析过程中，需要丰富、详实的实验过程数据作为支撑，以保证实验结论的准确、可靠。鉴于导弹半实物仿真数据采集的实际需求，需要综合考虑体系结构、软硬件组成及技术实现细节等多个方面的因素，设计实时数据采集系统以满足数据采集的准确性、实时性和灵活性要求。本文以主动式雷达制导反舰导弹半实物仿真系统为应用背景，分析数据采集任务特点，通过软硬件体系结构设计和实时性优化设计，实现对实验数据的实时采集，以满足反舰导弹半实物仿真的数据采集需求。

[size=14.6667px]2实时数据采集任务分析

[size=14.6667px]2．1数据采集的内容

[size=14.6667px]反舰导弹半实物仿真系统采用分布式体系结构，利用通信网络将被试雷达导引头、三轴飞行转台、射频环境模拟器和仿真主机相连，基于通用计算机和通用操作系统实现导弹闭环仿真，系统组成结构见图1。在半实物仿真中，依据信息的来源不同，可将待采集的信息分为以下几类l2I【：被试雷达导引头工作状态信息及目标检测信息；三轴飞行转台角位置反馈信息；射频环境模拟器目标信号及干扰信号控制信息；模型解算所得弹道及控制信息；以及实验过程状态信息。可见，本系统的采集数据具有来源分散、形式多样、实时性要求高、记录内容多变等特点。

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[size=14.6667px]图1反舰导弹半实物仿真系统结构图

[size=14.6667px]2．2数据采集实时性分析

[size=14.6667px]数据的实时采集、处理和交互，是实现闭环仿真实验的必要前提。而在仿真系统中由于实物(导引头)的引入，要求仿真的推进应该与实时的外部事件相适应…。因此，数据的采集与处理应该在仿真模型解算要求的时限内完成，从而对数据采集系统的实时性提出了很高的要求。在仿真运行过程中，仿真系统在每一个帧周期内需要完成数据的采集、处理、交互和保存等工作，于是可将仿真运行帧周期大致划分为六个部分，如图2所示。

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[size=14.6667px]图2仿真运行帧周期组成图

[size=14.6667px]在图2所示的帧周期中，有效工作内容包括：以A／D转换为核心的数据采集、节点的数据处理、数据传输与交互、数据保存等。如果系统采用非实时操作系统，会因为任务调度及资源分配等因素导致进程挂起，形成操作系统打断时间。为了弥补操作系统打断时间等不确定性，结合系统实时性需求，一般设置帧周期稍大于有效工作时间，形成帧等待时间。半实物仿真中的实时性问题，可以从快速性、稳定性和同步性三个方面进行考虑：

[size=14.6667px]1)在快速性方面，数据的采集和传输部分可通过高性能硬件提高A／D转换效率，减少数据传输时间；在数据保存部分，写人数据库一般耗时较多，需要在软件设计与实现中进行优化设计，提高数据保存效率。

[size=14.6667px]2)数据采集时间的稳定性，主要是指数据采集、传输和存储过程所用时间的稳定性。在本系统中，由于采用通用计算机平台和非实时操作系统(WindowsNT)，必然带来操作系统打断问题，影响数据采集时间的稳定性。

[size=14.6667px]3)数据采集的同步性，是指各仿真节点所采集数据在时间上的一致性。导弹半实物仿真实验采用固定帧周期控制，为数据采集的同步性提供了实现基础。针对系统分布式结构特征，分解数据采集任务，并可通过帧周期内部的时间片划分可以实现时间同步的数据采集。

[size=14.6667px]3系统体系结构设计

[size=14.6667px]3．1系统体系结构

[size=14.6667px]导弹半实物仿真按工作时序可划分为实验准备、仿真运行和实验后结果分析三个阶段，在实验准备和实验后结果分析两个阶段，要求数据交互形式灵活，但实时性要求较低；在仿真运行阶段，数据交互内容可事先确定，但需要严格按照系统工作帧周期进行，对实时性要求严格。鉴于此，实时数据采集系统的通信网络采用以太网和实时网，以太网用于实验准备和实验后结果分析两个非实时工作阶段，满足数据传输灵活的需求；实时网用于仿真运行阶段，满足数据传输的强实时要求。系统其它硬件主要包括：数据库服务器、数据采集上位机及I／O接口子系统，其中，数据库服务器为实验数据存储及管理的平台；数据采集上位机通过I／O接口子系统与导引头进行信息的实时交互，系统硬件组成如图3所示。

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[size=14.6667px]图3采集系统硬件组成示意图

[size=14.6667px]3．2硬件选型

[size=14.6667px]为满足系统数据采集准确性和实时性指标要求，选取系统主要硬件配置如下：

[size=14.6667px]1)数据库服务器和数据采集上位机均采用工控机，其CPU为PD一3．2G，内存为DDR2—1G，和160G硬盘存储器高配置工控机强大的运算能力可以有效缩短数据处理时间提高数据采集的快速性。

[size=14.6667px]2)I／O接口子系统利用32路D／A、32路A／D高速接口进行模拟量处理，32路DI、32路DO高速接口进行开关量处理，8路串行接口进行数字量传输。其中，模拟量采集通过

[size=14.6667px]l2位的ADS7805完成，其A／D转换时间不超过lO微秒，实现了对数据的快速采集。

[size=14.6667px]3)实时网由美国VMIC公司生产的5565系列反射内存卡组成。利用该反射内存卡加上光纤传输介质，可实现174M字节／秒的数据传输速率，同时保证网络传输延迟不超过400纳秒，使得网络传输时间主要取决于共享内存读写时间，保证了数据传输的快速性。

[size=14.6667px]4数据采集流程设计

[size=14.6667px]在本系统中，物理设备的分布式特征决定了数据采集任务的分布实现；数据的时间一致性、管理使用的复杂性又要求集中、统一的综合数据管理。因此，系统软件结构在设计上呈现分布采集与集中管理相结合的特征。基于数据采集系统的数据源分散特征，可将数据采集任务分解为各仿真节点的数据采集和数据库服务器的数据存储两个部分，采集数据通过反射内存网络送至数据库进行存储。为保证数据采集的实时性，在流程主要进行了以下优化设计：

[size=14.6667px]1)利用反射内存网络中断机制实现精确的帧同步。