半实物仿真案例（精选6篇）
半实物仿真案例 篇1
1、系统：系统是指自然界存在的相互联系、相互制约、相互作用且按照一定规律运动的实体组合系统。三要素包括：实体、属性、活动。系统按照人们对其内部特性了解程度分为：白色系统、黑色系统、灰色系统；按照产生原因分为：自然系统、工程系统；按时间分类：连续系统、离散事件系统。
2、仿真：系统仿真是根据相似原理建立系统模型，利用模型试验来研究系统的一种实验方法。它利用一个模型来模拟实际系统内部发生的运动过程，以达到某种实际应用效果或者对系统动态性能的求解。根据物理时钟和仿真时钟分为：实时仿真、亚实时仿真、超实时仿真；根据模型分为物理仿真、数字仿真、半实物仿真。根据计算机：模拟计算机仿真、数字计算机仿真、混合计算机仿真。
3、模型：模型是为了研究系统性能而收集的与该系统有关的信息集合体，是系统某种特定性能的一种抽象形式。分类：物理模型、数学模型。
4、半实物仿真是将物理仿真和数字仿真相结合的一种仿真技术。仿真回路中一部分是数字模型，运行于数字计算机中，一部分是物理模型，直接接入仿真回路。它比数字仿真更接近于真实情况，又能解决一些物理仿真无法模拟的问题。
5、半实物仿真的关键技术：
总体技术：即指仿真系统的总体任务规划。
仿真模型的校核与验证技术：是保证系统仿真的逼真度和置信度的技术基础。接口技术：对系统接口要求如下：实时性、准确性、抗干扰性、可靠性。
目标特性技术：研究在不同探测环境下，目标的电、光、声散射、辐射和传输特性。运动特性仿真技术：模拟对象在空间的运动特性。
其余关键方针技术，包括气动负载特性仿真、视景仿真技术、大气环境仿真、卫星导航特性仿真。
6、程控飞行器主要参试部件：弹载计算机、惯组、舵机。其典型半实物仿真框图如下：
红外制导加红外目标模拟器、导引头、五轴转台（模拟目标和导弹间的相对运动）。射频寻的加天线阵列（雷达目标模拟器）、微波暗室、雷达导引头、三轴转台。
7、仿真计算机是用于系统仿真的计算机，半实物仿真对仿真机的功能要求如下：实时性、计算速度的要求、外设与专用接口的要求、仿真软件的要求。
8、基于Matlab的仿真平台：RTW、dSPACE（功能设计和数学建模、建模并完成数学仿真、在RTI进行设置、完成实时C代码生成、编译、连接和下载、监控实时仿真的结果和运行状态。）、RT-Lab（打开模型、编辑模型、编译模型、分配节点、加载模型、模型运行、重置模型0）。
9、红外目标模拟器主要用于模拟目标本身和周围复杂背景的红外辐射特性、传输特性以及它们之间的对比度，并提供给红外探测系统进行复杂背景中目标的探测和识别。
10、红外目标模拟的分类：信号注入法，红外注入法。
11、红外目标与环境的仿真基于“相对等效”原理：
运动特性：目标-导弹视线角和角速度、接近速度和横向速度；背景、干扰相对目标的运动、目标位置和姿态的运动以及目标的机动；
几何特性：仿真目标与环境和真实目标与环境在红外导引头探测器上的像点或图像的形状、尺寸相同； 辐射特性：在红外导引头的工作波段内，仿真目标与环境和真实目标与环境在红外探测器上的辐射响应相同。
12、红外场景生成设备分类：红外点源模拟器，红外成像模拟器。
13、红外目标模拟设备工作原理：MOS电阻元阵列——电阻通电后温度升高产生红外辐射，辐射强度取决于其电流大小。特点：温度范围宽，适合高温、容易控制、无闪烁，不需同步电路，结构复杂、分辨率较低、较强的非线性非均匀性。IR-CRT——在电子束轰击下红外磷光体材料发射红外辐射。当被视频信号调制的电子束以光栅扫描方式轰击靶屏时，靶屏上就会产生与视频信号相对应的动态红外图像。特点：显示频率高、长波波段高分辨率、长波波段辐射能量较强、适合于凝视和扫描机制的红外探测器，辐射能量较低、荧光材料余辉时间影响。微反射镜目标模拟器——基本原理是接收外部视频信号，通过视频处理电路和DMD驱动电路输入DMD器件；用黑体辐射源均匀照射器件，利用DMD反射调制入射辐射产生红外热图像，生成的红外景像通过准直光学系统投射到被测试导引头的入瞳处，使红外景像与真实目标和背景在探测器上的像斑大小、辐射能量空间分布一致。特点：噪声极低、图像细节分辨率高、中波波段的能量辐射强、图像稳定，亮度均匀、能够达到较大的灰度等级，开关方式的模拟器，只能与凝视型的探测器、需要同步电路、在长波波段 能量低。
14、转台的主要任务是通过转台各运动框架的旋转运动，模拟导弹在空中飞行时的姿态变化，复现飞行器角运动变化的规律。
15、转台按照动力能源分为：电动转台、液压转台、复合驱动转台；按转动自由度分为：单轴、双轴、三轴、五轴转台。组成包括：台体、电子控制机柜、能源系统。
16、转台的指标：负载安装尺寸及安装要求；负载条件、负载运动特性、伺服控制系统的动态范围、伺服控制系统的频率响应、伺服控制系统的静态特性。
17、转台组成：台体（底座、框架、伺服系统）、电子控制机柜（控制计算机、伺服控制系统、逻辑判断部件、电子安全保护）、能源系统。18、19、负载力矩仿真器用于模拟导弹飞行时舵面受到的负载力矩，分为：定点式负载力矩仿真器、随动式负载力矩仿真器。20、负载力矩仿真器组成：台体（底座、力矩电机、私服系统、测量系统）、电子控制柜（控制计算机、伺服控制系统、逻辑判断部件、电子安全保护）、能源系统。
21、负载力矩模拟器的指标：最大负载力矩和力矩加载精度、负载惯量、输出轴的转角范围和角位置精度、负载尺寸、最大速度、跟踪精度、频率响应。
22、虚拟场景建模的步骤：建模资料准备、优化预处理、三维实体模型建立、纹理图片处理、数据结构优化、细节层次划分LOD、调试。杨老师指定必考部分：
23、校核（Verification）保证模型从一种形式高精度地转换为另一种形式。模型校核保证正确的建模。
验证（Validation）保证模型在它的适用范围内以足够精度同建模和仿真对象保持一致。模
型验证保证建模与仿真代表真实对象的正确性。
确认（Accreditation）是指所有仿真工程及相应的可信性评估步骤完成后，接受由各方面专家组成的权威机构对其进行验收。从本质上讲，确认带有一点主观色彩
24、VV&A的一般过程（了解）：确定VV&A需求、确定VV&A需求、概念模型V&V、校核设计、仿真实现V&V、仿真结果验证、确认。
25、VV&A的技术分类：非正式技术(审计、桌面检查、文件检查、外观确认、验收、复查、图灵测试、预排)、静态技术、动态技术、正式技术。
26、随机过程概念：是一连串随机事件动态关系的定量描述。
视场仿真和半实物仿真框架部分缺失
半实物仿真案例 篇2
半实物仿真阶段是民机飞控系统研制的一个重要阶段, 此时通过主飞行仿真计算机对飞机的六自由度运动、发动机推力、起落架系统、液压燃油等系统进行计算模拟, 但对驾驶舱操纵器件、飞控计算机、传感器、仪表显示等与飞行控制相关设备采取真实硬件, 一方面可以在初期对控制策略进行原理性试验;另一方面是在系统集成阶段对飞控系统机载设备进行测试验证。由于各种机载设备在飞机上是通过模拟信号或者各种总线数字信号连接在一起, 因此, 在地面半实物仿真需要硬件接口系统对各种模拟信号、数字信号、ARINC429总线、以太网等进行分配、管理。
硬件接口系统主要功能是实现主飞行仿真计算机内部数据与驾驶舱仿真设备以及之后的飞机机载设备所需电气物理量之间的变换和传输功能。硬件接口系统接收主飞行仿真计算机内部的数据, 并将这些数据传送给仿真驾驶舱的显示屏、指示灯, 同时接口系统采集驾驶舱设备的开关、按钮、旋钮等操控设备的状态, 并将这些状态转换成各仿真软件内部需要的变量数据发送给仿真计算机。对于需要通过航空总线进行激励的设备, 例如ARINC429或者ARINC 664的航电设备, 接口需要搭建相应的航空总线通道, 这样接口系统接收各仿真软件内部的模型数据, 转化成总线信号, 通过航空总线向设备发送激励信号, 同时接收设备发出的总线反馈信号并解析转化成各仿真软件内部需要的数据信息。
1 系统架构
硬件接口系统由接口计算机、各种信号和总线的接口板、接口配线箱、接口子系统和连接电缆组成硬件接口系统组成原理如图 1所示。
2 系统组成
(1) 接口计算机
接口计算机为高性能工业接口PC, 具备10个以上的PCI插槽, 每个插槽上可以安装各种信号和总线接口板。
接口计算机上安装有操作系统。接口计算机中安装的各种信号和总线接口板, 通过运行在接口计算机中的接口控制软件进行驱动。接口软件通过以太网 (UDP/IP) 与实时仿真主机交换数据, 通过对接口板的读写实现与设备的通讯。
其中航空总线信号的板卡也可以根据需要安装在航电仿真计算机上, 将对应板卡的接口驱动模块在航电仿真计算机上调用运行。
(2) 接口配线箱
接口配线箱中实现信号、工作电源、照明电源的重新分配, 为接口板与设备的通讯建立通道, 为设备的工作分配工作电源和照明电源, 使得设备能够正常工作。由于接口板上按照信号电气特性进行分类的, 如DI、DO、AD等, 而驾驶舱设备则是按照设备功能组织的, 从电气特性角度来说是一个综合体, 有可能由多种信号组成, 这样就需要在接口配线箱中对设备的信号电缆进行重新分类组织使之符合接口板的电气信号定义。同时根据驾驶舱设备工作的需要将工作电源和照明电源分配到设备电缆。
通过接口配线箱可以使仿真件的接口电缆线和真件的接口电缆线相分离。使得电缆线路的走线更清晰, 方便电缆线路的检查以及设备的拆装和替换。
(3) 接口子系统
接口子系统是一个小型的接口采集系统, 它由接口控制盒和配线箱构成。接口控制板具备96个DI通道、48个DO通道和8个AD通道的驱动能力, 通过本子系统的配线箱与驾驶舱设备进行通讯, 而向上则通过标准的RS422总线协议与接口计算机中的接口软件实现数据通讯。由于接口子系统对 DI/DO/AD信号的驾驶舱设备进行前端控制处理, 在接口计算机中就不需要插对DI/DO/AD信号处理的板卡了, 所对应仅需插入一块串口卡, 减少了接口计算机内部的板卡数量, 减轻了接口计算机的负担, 简化了接口系统结构, 实现了接口系统的分布式处理。其组成原理见图 2。
由于各接口板卡是非常成熟的货架产品, 各接口板卡采用市售成熟的高品质板卡, 飞机研制过程中前期对设备进行仿制和后期对机载真实设备的换装的需要, 硬件接口系统主要的板卡有ID板、DA板、A429等板卡, 其清单见表1。
(4) 软件
接口控制软件运行在接口计算机的操作系统中, 通过寻址接收各种接口板上发来的信号并根据各仿真系统的需要和要求, 对接收到的数据进行处理, 并打包通过以太网 (UDP/IP) 把数据传输到主仿真计算机中, 由主仿真计算机进行分发。
随着机载真实设备的接入, 根据所提供的设备的实际情况, 接口控制软件将接收仿真计算机的传来的数据, 并依据机载设备所遵循的数据格式和数据协议, 从中来提取所需数据, 把数据存储在符合主仿真计算机所定义的数据结构中, 并通过以太网 (UDP/IP) 输出给主仿真计算机, 同理, 接口控制软件也将通过以太网 (UDP/IP) 接收实时仿真主机主仿真计算机传来的数据, 把数据转换成符合真件接收的数据格式并根据真件的通信协议输出。
接口控制软件主要包括:RS-422串口板读写模块、A429板读写模块、A664板读写模块、A429/A664数据转换模块、ID/DO数据处理模块、AD/DA数据处理模块。
接口控制软件的原理框图见图 3。
3 结束语
本文对民用飞机飞控系统半实物仿真系统的硬件接口系统进行了设计和研究, 描述了其系统架构、组成、功能, 并提供了推荐的硬件采购清单, 根据此方案可以为半实物仿真系统提供硬件接口系统, 根据具体的信号种类、数量采购相关的板卡, 并开发驱动, 事实证明, 采用此方案, 可以高效、灵活地进行接口控制和管理。
参考文献
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[3]申文彬, 刘宏立.实时仿真系统的时间特性分析与控制[J].中国科技信息, 2005 (24) .
半实物仿真案例 篇3
【摘要】传统的半实物仿真电台的构建往往是一种型号实际装备构建一种对应的半实物仿真电台，导致尺寸不统一、复用率差、成本高、维护难等问题。本文采用模块化、一体化的设计方法，将半实物仿真电台分为通用仿真主机和个性仿真面板，并重点对仿真面板自识别电路和软件进行了设计，实现了在同一个通用仿真主机上可兼容不同型号的个性仿真面板的功能，同时软件能自动加载新型号电台程序。
【关键词】半实物仿真 电台面板 自识别
随着新军事革命兴起，各类信息装备更新换代周期减短，尤其是通信装备的配发难以跟上装备更新步调，而且配发的新型通信装备需要大量地训练来掌握装备操作技能。若是长期大量动用实装进行通信训练，装备损耗大，人力物力需求多，协同和保障复杂，对训练场地要求高，难保证实装训练需求。
半实物仿真训练器材具有成本低、逼真度高、组网控制灵活、维护简便等优势，已成为模拟训练系统的一个重要组成部分。如今亟需研制一种能兼容不同型号装备的半实物仿真电台的来解决上述问题。本文通过半实物仿真电台的面板自识别设计与实现，可为半实物仿真电台的构建提供一个统一的软硬件框架，为快速开发新型半实物仿真电台提供技术基础。
一、总体设计
半实物仿真电台采用模块化、一体化的设计方法，在现有各型号半实物仿真电台的基础上，研究其共性的部分及个性部分并进行优化设计，使它具备兼容各型号的功能。为此，在设计实现中将半实物仿真电台分成两部分，一是具有共性特征的核心处理单元，即通用仿真主机，二是具有个性特征的面板外观和操作，即个性仿真面板。通用仿真主机和个性仿真面板通过统一的、简单的机械连接和电气连接，使用统一的通用仿真主机，更换不同型号的仿真面板，可构建各种不同型号的仿真电台。
半实物仿真电台根据实装设备特点，在实现其功能的基础上，使其具有通用性、可重构性、高稳定性、高可靠性、低功耗等特点。
因此，在设计实现上，采用ARM嵌入式平台，选用三星公司的ARM11S3C6410处理器硬件平台进行硬件设计，软件操作系统采用Windows CE 6.0。
二、仿真面板自识别接口电路设计
采用GPIO采集技术，在仿真面板的音频板上进行自识别接口电路设计。引出6个GPIO接口，每个GPIO接口设置成可放置跳帽的插座形式，插座一端接GPIO脚，另一端接数字地。
通过对6个GPIO插座放置跳帽的排列组合，即6个GPIO接口高低电平的排列组合构成不同个性面板的标识，从而实现对不同型号仿真面板的自动识别。
三、仿真面板自识别软件的实现
3.1开机自启动模块软件实现
开机自启动模块主要实现仿真电台自识别软件开机后自启动，实现方法是将应用程序（文件名为PTTClientCE.exe）路径写入注册表启动项中。代码如下：
应用程序所在目录下，向注册表添加GPIO驱动注册表内容。
GPIO驱动注册表添加内容为：
[HKEY_LOCAL_MACHINE＼init]
“Launch80”=“NANDFLASH＼＼TESTk＼＼PTTClientCE.exe”，//注册表启动项
3.2 GPIO驱动模块软件实现
由于嵌入式设备硬件平台的多样性，针对不同的硬件需要编写不同的驱动程序来屏蔽底层硬件的多样性，使上层应用程序的开发不需要理解底层设备的实现细节。GPIO驱动程序的开发正是Windows CE 6.0嵌入式系统应用开发中的一个技术难点。本文采用基于WinCE的驱动程序模型中接口固定、最常用的驱动程序即流接口驱动程序。这种驱动程序的函数实现一组固定的函数，这些函数称为流接口函数，这些流接口函数使得应用程序可以通过文件系统访问这些驱动程序。
在VS2005中Platform Builder fnr CE 6.0开发环境下，创建GPIO驱动程序目录及文件。在GPIO.cpp文件中，添加完善接口函数的内容。在GPIO_Init0函数中完成虚拟地址映射，在GPIO_Deinit（）中释放虚拟地址空间和各种资源。代码如下：
对于GPQ2-5口，GPQCON0控制寄存器的输入，输出配置，GPQPUD控制寄存器的上拉/下拉/禁用配置，GPQDAT负责数据寄存器的读写，代码可参照GPH8接口。
在GPIO.DEF文件中，提供驱动接口。
编译GPIO驱动程序目录，可生成GPIO.dll，供应用程序在动态库中调用。
3.3面板识别模块软件实现
主要是对仿真面板识别电路中的GPIO进行采集，计算仿真面板标识码，根据仿真面板编码自动加载相应的应用程序。
四、实验验证
利用Windows CE 6.0编写一个可运行于S3C6410开发板GPIO驱动GPIO.dll，利用Visual Studio 2005 SP1编写1个可运行于S3C6410开发板Windows CE 6.0操作系统上的应用程序，即面板自识别程序PTTClinetCE.exe，放于核心板NandFlash＼TEST目录下，同时将电台A、电台B和电台c仿真电台程序电台A.exe、电台B.exe和电台C.exe和运行相关文件也放于NandFlash＼TEST目录下。为了测试方便，面板自识别程序为MFC对话框形式，并在对话框上显示SW1～SW6插座上GPIO引脚的状态、面板标识码大小和当前的调用程序。
开机后，先启动程序trITClinetCE.exe，该程序使用GPIO驱动，读取仿真面板音频板上的自识别电路设置的GPIO状态，识别不同型号的仿真面板，从而自动加载不同电台的主界面。
半实物仿真案例 篇4
某安装公司承接一条生产线的机电安装工程，范围包括工艺线设备、管道、电气安装和一座35kV 变电站施工(含室外电缆敷设)。
合同明确工艺设备、钢材、电缆由业主提供。
工程开工后，由于多个项目同时抢工，施工人员和机具紧张，安装公司项目部将工程按工艺线设备、管道、电气专业分包给三个有一定经验的施工队伍。
施工过程中，项目部根据进料计划、送货清单和质量保证书，按质量验收规范对业务送至现场的镀锌管材仅进行了数量和质量检查，发现有一批管材的型号规格、镀锌层厚度与进料计划不符。
监理工程师组织分项工作质量验收时，发现35KV变电站接地体的接地电阻值大于设计要求。经查实，接地体的镀锌扁钢有一处损伤、两处对接虚焊，造成接地电阻不合格，分析原因有：
(1)项目部虽然建立了现场技术交底制度，明确了责任人员和交底内容，但实施作业前仅对分包责任人进行了一次口头交底;
(2)接地体的连接不符合规范要求
(3)室外电缆施工中，施工人员对接地体的损坏没有作任何处理和报告。
问题：
1.安装公司将工程分包应经谁同意?工程的哪些部分不允许分包?
2.对业主提供的镀锌管材还应做好哪些进场验收工作?
3.写出本工程接地体连接的技术要求
4.指出项目部在施工技术交底要求上存在的问题。
解析与参考答案：
1.安装公司将工程分包应经谁同意?工程的哪些部分不允许分包?
参考教材《建设工程法规及相关规定》，p97.《招投标法》规定，中标人按照合同约定或者经招标人同意，可以将中标项目的部分非主体、非关键性工作分包给他人完成。
《建筑法》规定，建筑工程总承包单位可以将承包工程中的部分工程发包给具有相应资质的分包单位，但是，除总承包合同中约定的分包外，必须经建设单位认可;所以，总承包单位如果要将承包的工程再分包给他人，应当依法告知建设单位并取得认可。
工程的工艺线设备属于合同中约定的主体工程不允许分包;管道、电气专业属于特种设备和专业工程，依法告知建设单位并取得认可，可以进行分包。
2.对业主提供的镀锌管材还应做好哪些进场验收工作?
参考教材p55.;管道安装前的检验
工程中属于压力管道的，特检站应进行监督检验。所以施工单位还应检查管道制造厂的质量证明书，并符合国家现行标准规范和设计文件的规定，使用前核对其材质、型号规格、标识以及几何尺寸的验收，标识应清晰完整，能够追溯到产品的质量证明文件。
3.写出本工程接地体连接的技术要求
参考教材p113，接地体的施工技术要求。
1)水平埋设的接地体采用镀锌扁钢的厚度应不小于4mm，截面积不小于100mm2;热镀锌层厚度不能小于65微米。埋入后的接地体周围应填土夯实。
2)接地体采用扁钢时，其搭接长度为扁钢宽度的两倍，并有三个邻边施焊;接地体连接的焊接处焊缝应饱满并有足够的机械强度，不得有夹渣、咬肉、裂纹、虚焊、气孔等缺陷，焊缝处的药皮敲净后，并做防腐处理。
3)在接地体施工结束后，应及时测量接地电阻，电气设备的独立接地体，其接地电阻应小于4Ω，共用接地体电阻应小于1Ω。
4.指出项目部在施工技术交底要求上存在的问题。
参考教材《建设工程施工管理》p162;
参考教材p176;施工技术交底要求
1)项目部要分层次与分阶段进行技术交底。施工技术交底的层次、阶段及形式应根据工程的规模和施工的复杂、难易程度及施工人员的素质确定。在单位工程、分部工程、分项工程、检验批施工前，应进行技术交底。
2)技术交底按工程性质，交底的对象应准确，机电工程项目施工技术交底分层次展开，应直至交底到施工操作人员。未及时参加施工技术交底人员必须补充交底。
3)施工作业前进行应准备相关资料，在作业前完成施工技术交底。
4)完成技术交底记录技术交底记录是履行职责的凭据，应及时完成。参加施工技术交底人员(交底人和被交底人)必须签字。技术交底记录应妥善保存，竣工后作为竣工资料进行归档。
5)确定施工技术交底次数。一般情况下，工程施工仅做一次技术交底是不适宜的，应根据工程实际情况确定交底次数。当技术人员认为不交底难以保证施工的正常进展时应及时交底。对于施工工期较长的施工项目除开工前交底外，宜至少每月再交底一次。
(二)背景资料：
A单位承担某厂节能改造项目中余热发电的汽轮机-发电机组的安装工程。
汽轮机X件到货。项目都在施工中。实行三检制，合理划分了材料、分项工程、施工工序的检验主体责任。
钳工班只测量了转子XX面柱度，转子水平度和推力盘不平度后，将清洗干净的各部件装配到下缸体上，检测了转子与下缸体定子的各间隙值及转子的弯曲度等。将缸体上推一次完成扣盖，并按技术人员交底单中的中紧力矩。一次性完成上、下缸体的紧固工序。项目部专检人员在巡检过程中，紧急制止了该工序的作业。
在机组轴冲洗过程中，临时接管的接头松脱，润滑油污染了部分地坪，项目部人员用煤灰覆盖在污油上面的方法处理施工现场环境。
项目部组织检查了实体工程和分项工程验收，均符合要求，填写了验收记录和验收结论。项目部总工程师编制了试运行方案，报A单位总工程师审批后便开始实施。但监理工程师认为试运行方案审批程度不对，试运行现场环境不符合要求，不同意试运行，后经A单位项目部整改，达到要求，试运行工作得以顺利实施。
问题：
1.汽轮机转子还应有哪些测量?
2.写出上下缸体链接的正确安装工序。
3.在分项工程检验中，专检有什么作用?分项工程的验收记录及验收结论应由谁来填写?
4.A单位项目部是如何整改才达到试运行要求?
解析与参考答案：
1.汽轮机转子还应有哪些测量?
参考教材p64，汽轮机转子测量应包括：轴颈圆度、圆柱度的测量、转子跳动测量(径向、端面和推力盘不平度)、转子水平度测量。
转子就位后，测出转子各部晃度及各端面瓢偏度，轴颈锥度及转子弯曲度，并检查轴承间隙，汽封间隙，动静叶轴向间隙等通流部分间隙。
2.写出上下缸体链接的正确安装工序。
参考教材p64,气缸扣盖安装技术要点
1)扣盖工作从下汽缸吊入第一个部件开始至上汽缸就位且紧固连接螺栓为止，全程工作应连续进行，不得中断。
2)汽轮机正式扣盖之前，应将内部零部件全部装齐后进行试扣，以便对汽缸内零部件的配合情况全面检查。
3)试扣前应用压缩空气吹扫汽缸内各部件及其空隙，确保汽缸内部清洁无杂物、结合面光洁、并保证各孔洞通道部分畅通，需堵塞隔绝部分应堵死。
4)试扣空缸要求在自由状态下0.05mm塞尺不入;紧1/3螺栓后，从内外检查0.03mm塞尺不入。
5)试扣检验无问题后，在汽缸中分面均匀抹一层涂料，方可正式扣盖。汽缸紧固一般采用冷紧，对于高压高温部位大直径汽缸螺栓，使用冷紧方法不能达到设计要求的扭矩，而应采用热紧进行紧固。紧固之后再盘动转子，听其内部应无摩擦和异常声音。
3.在分项工程检验中，专检有什么作用?分项工程的验收记录及验收结论应由谁来填写?
参考教材p203,现场质量检查的内容
专检是指质量检验员对分部、分项工程进行检验，用以弥补自检、互检的不足。
参考教材p300,分项工程质量验收评定
分项工程质量验收记录应由施工单位质量检验员填写，验收结论由建设(监理)单位填写。填写的主要内容有检验项目、施工单位检验结果、建设(监理)单位验收结论。结论为“合格”或“不合格”。记录表签字人为施工单位专业技术质量负责人、建设单位专业技术负责人、监理工程师。
4.A单位项目部是如何整改才达到试运行要求?
参考教材p213,机电工程项目联动试运行前应具备的条件
1)试运行方案和生产操作规程已经批准。
2)工厂的生产管理机构已经建立，各级岗位责任制已经制定，有关生产记录报表已配备。
3)试运行组织已经建立，参加试运行人员已通过生产安全考试合格。
4)试运行所需燃料、水、电、汽、工业风和仪表风等可以确保稳定供应，各种物资和测试仪表、工具皆已齐备。
5)试运行方案中规定的工艺指标，报警及联锁整定值已确认并下达。
6)试运行现场有碍安全的机器、设备、场地、走道处的杂物，均已清理干(三)背景资料：
某安装工程承接了商场(地上5层，低下2层，每层净高5.0m)的自动扶梯安装工程。
工程有自动扶梯36台，规格:0.65m/s，梯级宽1000mm，驱动功率10kW。
合同签订后，安装公司编制了自动扶梯施工组织与技术方案、作业进度计划等。将拟安装的自动扶梯工程《安装告知书》提交给工程所在地的特种设备安全监督管理部门。
在自动扶梯安装前，施工人员熟悉自动扶梯安装图纸、技术文件和安装要求等。依据自动扶梯安装工艺流程(施工图交底→设备进场验收→土建交接检验→桁架吊装就位→电气安装→扶手带安装→梯级安装→试运行调试→竣工验收)进行施工。
自动扶梯设备进场时，安装公司会同建设单位、监理和制造厂共同开箱验收，核对设备、部件、材料的合格证明书和技术资料(包括复印件)等是否合格齐全。
在土建交接验收中，检查了建筑结构的预留孔、垂直净空高度、基准线设置(见下图)等，均符合自动扶梯安装要求。
在自动扶梯制造厂的指导和监控下，安装公司将桁架吊装到位，自动扶梯的电气、扶手带、梯级等部件的安装完成后，各分项工程验收合格。自动扶梯校验、调试及试运行验收合格。
问题：
1.安装公司在提交《安装告知书》时还应提交哪些材料?
2.自动扶梯技术资料中必须提供哪几个文件复印件?
3.在土建交接检验中，有哪几项检查内容直接关系到桁架能否正确安装?
4.本工程有哪几个分项工程质量验收?由哪个单位对校验和调试的结果负责?
解析与参考答案：
1.安装公司在提交《安装告知书》时还应提交哪些材料?
参考教材p292,特种设备的开工许可
安装公司在提交《安装告知书》时应包括：《特种设备安装改造维修告知书》;施工单位及人员资格证件;施工组织与技术方案(包括项目相关责任人员任命、责任人员到岗质控点位图);工程合同;安装改造维修监督检验约请书;机电类特种设备制造单位的资质证件。
2.自动扶梯技术资料中必须提供哪几个文件复印件?
参考教材p145,自动扶梯、自动人行道安装工程质量验收要求：1.设备进场验收
自动扶梯设备技术资料必须提供梯级或踏板的型式试验报告复印件，或胶带的断裂强度证明文件复印件;对公共交通型自动扶梯、自动人行道应有扶手带的断裂强度证书复印件。
3.在土建交接检验中，有哪几项检查内容直接关系到桁架能否正确安装?
参考教材p145,自动扶梯、自动人行道安装工程质量验收要求：2.土建交接检验
在土建交接检验中，以下检查内容直接关系到桁架能否正确安装。
(1)自动扶梯的梯级或自动人行道的踏板或胶带上空，垂直净高度严禁小于2.3m;
(2)根据产品供应商的要求应提供设备进场所需的通道和搬运空间;
(3在安装之前，土建施工单位应提供明显的水平基准线标识;
(4)电源零线和接地线应始终分开。接地装置的接地电阻值不应大于4Ω;
(5)在安装之前，井道周围必须设有保证安全的栏杆或屏障，其高度严禁小于1.2m。
4.本工程有哪几个分项工程质量验收?由哪个单位对校验和调试的结果负责?
参考教材p303,电梯工程子分部工程、分项工程的划分
本工程有为自动扶梯安装的子分部工程，又可划分为设备进场验收，土建交接检验，整机安装验收等分项工程。
参考教材p141,电梯准用程序
(1)电梯安装单位自检试运行结束后，整理记录，并向制造单位提供，由制造单位负责进行校验和调试;
(2)检验和调试符合要求后，向经国务院特种设备安全监督管理部门核准的检验检测机构报验要求监督检验;
(3)监督检验合格，电梯可以交付使用。获得准用许可后，按规定办理交工验收手续。(四)背景资料：
某中型机电安装工程项目，由政府和一家民营企业共同投资兴建，并组建了建设班子(以下称建设单位)，建设单位X把安装工程直接交予A公司承建(是否应进行公开招标)。上级主管部门予以否定。之后，建设单位公开招标，选择安装单位。
招标文件明确规定，投标人必须具备机电工程总承包二级施工资质。
工程报价采用综合单价报价。
经资质预审后，共有A、B、C、D、E五家公司参与了投标。投标过程中(发生了如下事件)：
A公司提前一天递交了投标书;
B公司在前一天递交投标书后，在截止投标前10分钟，又递交了修改报价的资料;
D公司在表述密封时未按要求加盖法定代表人印章(废标书);
E公司未按招标文件要求的格式报价(废标书);
经评标委员会评定、建设单位确定，最终C公司中标，按合同范本与建设单位签订了施工合同。(符合资格的5家公司投标，2家公司投的标书为废标，3家公司的标书有效，此次招标有效符合规定)
施工过程中发生下列事件：
事件一：开工后因建设单位采购的设备整体晚到，致使C公司延误工期10天，并造成窝工非及其他经济损失共计15万元;(建设方的原因)
C公司租赁的大型吊车因维修延误工期3天，经济损失3万元(施工方设备管理的原因);
因非标准件和钢结构制作及安装工程量变更，增加费用30万元;(设计变更)
施工过程中遇台风暴雨，C公司延误工期5天，并发生窝工费5万元，施工机具维修费5万元。(不可抗力)
事件二：非标件制作过程中，C公司对成品按要求做外观检查，检查对质检人员用放大镜观察了焊缝是否有咬边、夹渣、气孔、裂纹表明缺陷，并及时进行了修复。但建设单位要求用焊接检验尺进一步检查焊缝的缺陷。
问题：
1.分析上级主管部门否定建设单位指定A公司承包该工程的理由。
2.招投标中，哪些单位的投标书属于无效标书?此次招投标工作是否有效?说明理由。
3.列式计算事件一中C公司可向建设单位索赔的工期和费用。
4.用焊接检验尺主要检查焊接可能存在哪些缺陷?
解析及参考答案：
1.分析上级主管部门否定建设单位指定A公司承包该工程的理由。
参考教材：《建设工程法规及相关规定》p75，建设工程必须招标的范围
参考教材p147
机电工程项目按《招标投标法》及《招标投标法实施条例》规定，凡在中华人民共和国境内进行下列机电工程建设项目，包括项目的勘察、设计、施工以及与机电工程项目有关的重要设备、材料等的采购，必须进行招标。一般包括：
(1)大型基础设施、公用事业等关系社会公共利益、公共安全的项目;
(2)全部或者部分使用国有资金投资或国家融资的项目;
(3)使用国际组织或者外国政府贷款、援助资金的项目。
本工程由政府和一家民营企业共同投资兴建，属于全部或者部分使用国有资金投资或国家融资的项目，必须进行招标。包括项目的勘察、设计、施工以及与机电工程项目有关的重要设备、材料等的采购，必须进行招标。
2.招投标中，哪些单位的投标书属于无效标书?此次招投标工作是否有效?说明理由。
参考教材p148，机电工程招投标管理要求;p149,应当作为废标处理的情况
D公司在表述密封时未按要求加盖法定代表人印章，既无单位盖章并无法定代表人签字或盖章的为无效标书;
E公司未按招标文件要求的格式报价(废标书)。既未按规定格式填写，内容不全或关键字迹模糊、无法辨认的为无效标书。
此次招标有效。依据《招标投标法》的规定，开、评标过程中投标人少于3个或者所有投标被否决的，招标人应当依法重新招标。本次招标经资格预审有A、B、C、D、E五家公司参与了投标，其中D、E2家公司投的标书为废标，开、评标过程中3家公司的标书为有效标书，此次招标有效，无需重新招标。
3.列式计算事件一中C公司可向建设单位索赔的工期和费用。
1)C公司可向建设单位索赔的工期：
参考教材《建筑工程法规及相关规定》p109：(三)工期顺延
(1)专用条款中约定或工程师同意工期顺延的其他情况，工期相应延长。
开工后因建设单位采购的设备整体晚到，致使C公司延误工期10天，建设方予以施工方工期延长;
(2)不可抗力
施工过程中遇台风暴雨，属于不可抗力，C公司延误工期5天工期建设方予以施工方相应工期延长;
所以，C公司可向建设单位索赔的工期为：10+5=15天
2)C公司可向建设单位索赔的费用：
参考教材《建筑工程法规及相关规定》p114—115;建设工程施工合同中的赔偿损失
(1)未按约定提供原材料、设备造成的损失，施工方有权要求赔偿停工、窝工等损失。
开工后因建设单位采购的设备整体晚到的，属于未按约定提供设备造成的损失，施工方有权要求赔偿停工、窝工等损失。
所以，开工后因建设单位采购的设备整体晚到致使C公司延误工期10天，属于建设方的责任，施工方有权要求赔偿停工、窝工等损失，其造成窝工及其他经济损失共计15万元，施工方向建设方的索赔成立;
(2)因中途变更承揽工作要求，造成承包人损失的，应当赔偿损失。
非标准件和钢结构制作及安装工程量变更，属于建设方中途变更设计而导致的工程量增加，增加费用30万元，施工方向建设方的索赔成立;
施工过程中遇台风暴雨，属于不可抗力，C公司延误工期5天，建设方应予以工期延长，但费用索赔不成立。其发生窝工费5万元，施工机具维修费5万元建设方不予赔偿。
所以，C公司可向建设单位索赔的费用=15+30=45万元
4.参考教材，p32,焊后检验的方法,1.外观检验
用焊接检验尺主要是测量焊缝余高、焊瘤、凹陷、错口等。
半实物仿真案例 篇5
激光制导武器大多采用激光半主动制导方式,对攻击目标实施精确打击.激光有源欺骗干扰是对抗激光半主动制导武器的主要对抗手段.半主动激光制导武器的模拟设备对激光有源欺骗干扰效果的评估具有重要价值.
1 激光制导模拟装置
激光制导模拟装置主要由激光目标指示模拟器和激光导引头模拟器2部分组成.激光目标指示模拟器用于产生激光制导过程中的激光指示信号;激光导引头模拟器用于接收处理激光指示回波信号.
激光导引头主要分为2种工作体制,一种是风标式,采用“继电器”式的导引方式;另一种是陀螺式,采用比例导引方式.
激光导引头模拟器就是依据激光导引头的工作原理而研制的一种测试评估设备.它的功能与真实的激光导引头基本相同,利用二维转台模拟陀螺,实现搜索及跟踪功能.同时增加了量化的干扰效果检测功能,同激光目标指示模拟器(含激光器和编码器)一起,模拟半主动激光制导武器,实现对激光有源欺骗干扰效果评估检测.
激光导引头模拟器主要由导引头、二维伺服转台、摄像头及显控部分等组成.导引头安装在二维转台上,利用二维转台在方位和俯仰方向转动,实现导引头对目标的搜索、跟踪.设备组成框图如图1.
设备工作时首先设置导引头编码,使之与激光目标指示模拟器的编码相同.当激光目标指示模拟器照射目标处于导引头视场之内,并且目标回波能量高于导引头的灵敏度时,导引头对接收到的回波信号进行误差提取和编码相关处理,如果回波信号编码与设置编码相同,则误差信号通过信号变换送至转台控制器,驱动二维转台转向激光照射目标,形成对目标的跟踪.
当干扰激光与指示激光的回波信号同时被导引头接收时,如果干扰有效,导引头将跟踪干扰激光所照射的假目标.
摄像头、视频采集卡和微机组成的显控装置,主要用于动态跟踪过程的显示及功能设置等.
导引头主要由光学接收系统、四象限光电探测器、信号处理电路及信息处理器等部分组成,其工作原理如图2所示.
激光目标指示模拟器照射目标后,其漫反射回波通过光学接收系统汇聚到四象限光电探测器上,在离焦放置的四象限探测器光敏面上形成光斑,经光电转换后送给信号处理电路,解算出光斑中心与光轴在水平和俯仰方向上的角偏差量,送给信息处理器.信息处理器根据提取的预设编码,对信号处理器送来的激光脉冲信号在时序上进行相关处理,只有与预设编码相关的激光脉冲信号的误差信号才能输出至二维转台控制器.
2 激光有源欺骗设备的干扰效果检测
2.1测试方法
测试方法如下:
(1)首先应根据激光制导模拟装置的技术参数确定激光制导模拟设备与攻击目标之间的布设距离,根据激光对抗设备的典型作战使用方式合理布设假目标,布设方案见图3.
(2)不实施干扰的情况下,验证激光制导模拟设备对真目标的锁定情况;
(3)实施激光有源欺骗干扰,验证激光制导模拟设备对假目标的锁定、跟踪情况;
(4)逐步移动假目标至较远位置,重复(2)、(3)项试验,直至找出假目标离真目标最远的有效干扰位置R;
(5)对上述试验数据进行处理,给出评估结论.
2.2干扰效果评估方法
方法一:基于导引头跟踪图像的人工评估方法.
这种评估方法需要在显示器上显示模拟导引头锁定目标的跟踪视频图像.在干扰过程中,观察视频图像上的被跟踪目标的变化,看它是否跟踪假目标,若跟踪假目标则评估为干扰有效,否则视为干扰无效.因此该评估方法的评估准则为:
(1) 干扰有效:模拟导引头由跟踪真目标,转而稳定跟踪假目标;
(2) 干扰无效:模拟导引头一直正常跟踪真目标,或干扰中虽然丢失真目标,过一定时间后,又恢复对真目标的跟踪.
方法二:基于目标空域特征的干扰效果评估方法.
目标在空域上的特征就是干扰前后目标空间位置的偏差,见图4.将干扰后模拟导引头锁定的目标称为假目标,如果假目标的位置与真目标位置最大偏差小于导弹的爆炸半径,那么就没有起到干扰作用,否则认为起到了干扰作用.
设实验过程中,假目标和真目标间的最大有效布设距离(即干扰有效的假目标与真目标的最大距离,该数据可在实验中确定)为R1,目标与导引头之间的距离为S1,设导弹末制导距离为S2.实战中,假目标与真目标的最大有效布设距离为R2,则可求得
R2=R1(S2/S1) (1)
设导弹的爆炸半径为Rb,则引入评估参数
k=R2-Rb (2)
通过上文分析,可知当k≤0时没有干扰效果,否则有干扰效果,且k越大干扰效果越好.
2.3有效干扰空域范围评估
漫反射假目标反射的激光能量遵循余弦分布规律,在漫反射假目标的法线方向的能量分布最大,对单一漫反射假目标来说,当威胁从不同的方向进入时,所受的干扰效果不尽相同,尤其是选择自然地物假目标时,干扰效果更是不尽相同,因此,采用半实物方法对假目标进行有效干扰空域范围评估,对干扰设备的战术使用、假目标的阵地布设,具有重要的意义.
有效干扰空域范围评估主要是在方位上确定有效干扰范围,可采用2.2节介绍的方法,通过不断旋转假目标的布设方位,确定假目标的方位有效干扰范围.设假目标法向左右两侧的有效干扰范围角度为θ1、θ2,假目标的方位有效干扰范围为θ1+θ2.引入评估参数
k=(θ1+θ2)/180 (3)
则有0
3 结束语
本文论述了激光有源欺骗干扰半实物仿真方法,仿真评估并不能完全取代打靶试验,但是用仿真方法却可以大大减少打靶试验的次数.反过来,打靶试验可以校正仿真,进一步提高仿真的可信度,两者相互促进.
摘要：介绍了激光制导模拟装置组成及工作原理,依据激光角度欺骗干扰设备的作战模式,提出了基于半实物仿真的激光角度欺骗干扰效果评估方法,确立了评估准则.该方法为激光角度欺骗干扰设备的作战使用提供了评价依据.
关键词：角度欺骗,导引头,半实物仿真,评估方法
参考文献
[1]杨宝庆,陈勇.激光角度欺骗干扰效果评估方法研究[J].光电技术应用,2005,20(4):63-66.
[2]高卫.对光电制导系统干扰效果的评估方法[J].弹道学报,2005,17(3):53-59.
半实物仿真案例 篇6
半实物仿真, 国际通称硬件在回路 (Hardware In the Loop) 仿真, 是将系统的一部分以数学模型描述, 并把它转化成为仿真计算模型;另一部分以实物 (或者物理模型) 方式引入仿真回路。它具备费用较低、周期较短、风险较小、灵活可控等优点, 主要适应于以下几种情况:①利用半实物仿真, 将不易建模的部分以实物代之, 从而避免建模的困难;②利用半实物仿真, 进一步校准系统的数学模型;③利用半实物仿真, 检验系统各设备的功能和性能。
网络半实物仿真大多被采用的方法是基于HLA (High Level Architecture) 体系结构, 即把实物和仿真软件作为邦员加入到联邦中。目前, 在主流的仿真软件中, OPNET以及Qualne都提供有HLA模块, 但这种方法还需要HLA仿真环境的支持 (包括RTI运行支持环境) , 一般不用于与实物节点的直连仿真。此外, 一些研究机构还采用OPNET ESA (External Simulation Access外部仿真控制) 模块自定义模型。本文将介绍另一种全新的网络半实物仿真方法——SITL (System-in-the-Loop) 方法, 与前两种方法相比, 这种方法使用简单而且适合于OP-NET与实物网络设备的直连仿真。
1 SITL仿真原理
SITL (System in the loop, 系统在环) 是OPNET Modele (Optimal Network Engineering Tools) 11.5或更高版本提供的可选附加模块, 可以将多个物理网络接口映射到虚拟网络中不同的网络地址, 从而使物理设备和OPNET仿真网络成为统一的整体。它支持TCP/IP协议簇, 是专门用于网络半实物仿真研究的应用模块, 仿真按实际时间运行, 只需要通过网卡或者无线局域网就可以实现和物理设备的交互。
1.1 对数据包的处理
为实现半实物仿真, SITL添加了两个特殊的模型:节点模型 (sitl_virtual_gateway_to_real_world) 和链路模型 (sitl_virutl_eth_link) 作为网关结点, 将实际的网络设备连接到仿真环境中, 使物理设备成为仿真系统的一部分;同时通过附加的WinPcap对以太网卡上的数据包进行选择, 并将选出的数据包转发至仿真进程。SITL半实物仿真对数据包的转换处理方法如图1所示。
当运行SITL的计算机接收到数据包, 首先通过可选的防火墙转发至操作系统。防火墙用于过滤SITL不需要的数据包, 从而减轻系统开销。对于发给SITL仿真的数据包, SITL模块通过Win Pcap把它们直接从网卡转发至仿真进程, OPNET仿真核心去除这些数据包的以太网帧头, 并把这些IP数据包传递给仿真环境。
1.2 三种实现模式
SITL仿真主要有以下3种实现模式:实物系统与计算机仿真系统之间、实物系统经过计算机仿真系统再到实物系统、计算机仿真系统经过实物系统再到计算机仿真系统, 不同的实现方式适用的范围不同:
(1) 实物-仿真系统模式 (real-sim) 。是最简单的模式, 实现实物系统和计算机仿真系统间信息交互, 可用于软硬件的开发及测试。
(2) 实物-仿真-实物系统模式 (real-sim-real) 。两个或更多真实设备或网络通过仿真网络进行通信。真实数据流经仿真网络, 并受到仿真网络时延、丢包、协议等的影响。主要用于对仿真网络规模的扩展及对实际设备构成的系统/设备进行综合检验与验证。
(3) 仿真-实物-仿真系统模式 (sim-real-sim) 。产生于一个仿真系统的数据流通过一个物理设备 (如路由器) 到达另一个仿真系统。可以用于OPNET仿真分布式扩展, 也可以检验实际设备在大规模应用加载情况下的处理能力。
2 SITL仿真的关键技术
在真实网络中, 我们是利用TCP/IP协议栈进行数据流的转发通信, 而在仿真网络中的协议栈是模拟构造的, 不同的数据结构使物理设备和仿真网络无法直接通信。将运行于真实协议栈中的数据包导入到虚拟的仿真环境, 需要解决3个问题:时间的同步、包的截获和数据包的翻译。SITL仿真是通过将仿真时间与系统时间同步推进来确保时间同步的, 只需要通过简单的设置就可以完成。下面重点分析包的截获和翻译。
2.1 数据包的截获
SITL采用Win Pcap API来捕捉原始数据包。Win Pcap是一套基于NDIS (Network Driver Interface Specification, 网络驱动接口规范) 中间层驱动程序, 由内核级的网络组包过滤器NPF (Netgroup Packet Filter) 、用户级的动态链接库Packet.dll和Wpcap.dll等3个模块组成。
(1) 网络组包过滤器NPF。它是运行于操作系统内核中的驱动程序, 它直接与网卡驱动程序进行交互, 获取在网络上传输的原始数据包。该模块提供了抓取数据包以及发送数据包的基本功能, 此外还提供了一些高级功能, 如数据包过滤系统和检测引擎。
(2) 低级动态链接库Pactet.dll。用于在Win32平台上为数据包驱动程序提供一个公共的接口。不同的Windows版本在提供互不相同的接口, 而Pactet.dll屏蔽了用户态和内核态之间操纵系统带来的接口差异, 提供一个与系统无关的API。Pactet.dll可以执行如获取适配器名称、动态驱动器加载以及获得主机掩码及以太网冲突次数等低级操作。
(3) 高级动态链接库Wpcap.dll。它提供了一组功能强大且跨平台的函数, 利用这些函数, 可以不去关心适配器和操作系统的类型, 含有诸如产生过滤器、定义用户级缓冲以及包注入等高级功能。
Win Pcap通过“嗅探”传输介质的方式实现包的捕获, 归结起来有以下功能:①包截获:包截获是NPF最重要的操作, NPF位于NDIS中间层, 可以直接过滤从网卡中接收到数据包, 并原封不动地送往用户层应用程序;②数据包转储:利用NPF提供的数据包转储功能, 不需要用户应用程序的介入, 在内核层可以直接寻址文件系统, 大量减少了系统调用, 提高了转储的效率;③包注入:NPF除了可以从网络中截获数据包, 还可以往网络发送数据包。而且拥有更高的发送效率, 适合应用于网络高速流量测试;④网络监测:Winp Pcap提供了内核层的监测模块, 不需要把数据包送到应用程序就能实现分类统计, 统计数据直接来源于适配器驱动程序, 这大大节省了内存和处理器资源。
可见, 基于NDIS中间层的WinpPcap, 可以截获完整的帧, 或者说可以截获所有流过网卡的封包, 在此基础上, 可以根据帧头和报头分析协议类型, 进而可以实现包的过滤。这种涵盖了从内核态到用户态的三层模块包截获工具, 正好满足网络半实物仿真对原始数据包的需求, 因此, SITL仿真基于WinpPcap进行网络数据包截获和过滤。
2.2 数据包的翻译
SITL模块收到数据包时, 无论它是真实数据包还是仿真包, 都首先尝试判断包格式和所属的协议, 然后调用相应的翻译函数。当匹配到合适的翻译函数, 就对该输入包进行翻译并生成仿真包。由于协议通常是按层嵌套的, 所以在包的翻译时也是先进行低层协议的检测和翻译, 然后递归地调用其他检测/翻译函数对。其数据流图如图2所示。
包格式的判断和翻译主要通过以下函数完成:
·op_pk_sitl_packet_translation_init ( ) :初始化函数, 用于载入所有标准的检测/翻译函数对。当编写自定义初始化函数时, 需要调用该初始化函数以加载SITL标准的检测/翻译函数对。
·op_pk_sitl_from_real_all_supported ( ) /_to_real_all_sup-ported () :通用的翻译入口函数, 作为第一层包翻译的入口点, 对不同的SITL节点, 这些函数可以不同。然而, 就目前来说所有的包在最底层都必须是以太网帧格式。
·sitl_translation_test (Sitl T_SCDB*scdb_ptr) :检测函数集, 通过检验包中的签名来判断其格式及所属协议。签名是一些数据项的组合, 它可以唯一地标识一种报文。检测函数与翻译函数成对出现, 每种格式的报文都有一个相应的检测函数。
·op_pk_sitl_test (Sitl T_SCDB*scdb_ptr) :翻译函数集, 把可识别格式的报文翻译成仿真包 (或把仿真包翻译成真实包) , 通常, 有两种形式_from_real_* ( ) 和_to_real_* ( ) , 表征不同的翻译方向。
·op_pk_sitl_translate_payload_from_real_to_sim ( ) /_from_sim_to_real ( ) :数据域翻译函数, 嵌套地调用其它检测函数进行数据域部分的检测及翻译。
·op_pk_sitl_register_translation_function ( ) :加载自定义函数, 此函数用于SITL的功能扩充, 所有用户自定义检测/翻译函数对都必须进行加载后才能使用。
当仿真开始时, SITL调用包转换初始化函数。这个初始化函数首先载入所有包检测/翻译函数对;WinpPcap截获真实数据包并将它传递到SITL网关节点;这时, SITL会调用翻译入口函数来翻译数据包。通常, 这个入口函数调用基本包格式的翻译函数, 也就是Ethernet格式。每个翻译函数都把数据转换成自己对应的包格式。如果这个协议格式还嵌套有其他格式的报文, 翻译函数就调用数据域翻译函数来完成下一层的格式转换, 直到完成所设定的最顶层协议的包格式转换。
目前, SITL模块支持的包格式有ethernet_v2、ip_dgram_v4、arp_v2、tcp_seg_v2、ip_icmp_echo、udp_dgram_v2、rip_message2、ospf_hello_v2、ospf_dbase_desc_v2、ospf_ls_request_v2、ospf_ls_update_v2及ospf_ls_ack_v2。对于还不能解析的协议, 用户需要自定义函数并加载到网关节点。
此外, 当SITL工作在real-sim-real模式下时, 因为数据包的目的地址在仿真网络以外, 仿真网络只负责数据的传输并不产生与真实设备的交互信息, 所以为了提高包转换的效率, 默认数据包只翻译到IP层。
3 网络半实物仿真实验
搭建一个简单的半实物仿真网络, 并在实物路由器上观测整个网络的收敛情况和发生故障时的路由重收敛。半实物仿真场景设置为:网络由30个运行RIP协议的虚拟路由器组成, 配置两个SITL网关节点, 将一个终端机C1、一个路由器R通过以太网卡、SITL网关与R0相连, 另一台终端机C2则直接通过SITL网关与R1相连, 接口设置如图3所示。
通过实验, 我们在C1终端机上观察路由器R的路由表收敛情况, 当路由达到完全收敛时, 用C1终端ping C2终端并标明包的流向如图3所示, 在某一时刻将虚拟路由器R19设置为down, 观察到C1到C2路由重收敛后改变部分如图3所示。在整个实验的过程中, 通过实物路由器得到的路由表真实可信, 收敛时间也与初始设置完全吻合。
此外, 还尝试采用实物-仿真-实物模式进行了视频传输。仿真场景将图3中C2终端机换成一个视屏服务器C2和一个本地客户终端机C3, 当在服务器C2上播放视频时, 我们观察到, 终端机C1上可以准确地接收到视频, 并且受到了半实物仿真网络的影响, C1比C3上得到的视频略有延时。可见, 尽管SITL模块目前并不支持多媒体传输协议的转换, 但还是可以成功地进行数据传输, 所以, 当实物设备不需要同仿真场景交互信息时, 这种方式可以用来扩大试验网络的规模, 或者进行设备在不同网络负载下的效能测试等等。
4 结束语
网络半实物仿真技术可以被用于软硬件的测试、系统性能的整体优化、网络各要素间的关联性研究及培训系统的开发等各个方面, 具有十分广阔的应用前景。本文分析了用SITL进行半实物仿真的基本原理及3种实现模式, 探讨了SITL采用的关键技术, 最后进行了路由收敛及视频传输实验。采用SITL模块进行半实物仿真, 可直接通过网卡实现OPNET仿真软件与实物设备的连接, 方便、可操作性强, 能够快捷地部署路由协议, 还具有很强的可拓展性。可见, SITL仿真是在当前大规模网络背景下进行网络研究的一条可行、有效的途径。
参考文献
[1]张中伟.半实物仿真技术在通信系统中的应用研究[J].微型机与应用, 2007 (6) .
[2]段威, 任华, 柳海峰.基于OPNET的通信网络半实物仿真方法研究[J].计算机仿真, 2007 (11) .
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[4]张筱, 林孝康.一种基于OPNET的网络半实物仿真模型[J].微计算机信息 (测控自动化) , 2007 (23) .