一种装置特征参数实时计算与装订系统及方法与流程

1.本发明涉及一种装置特征参数实时计算与装订系统及方法，属于航天飞行器嵌入式软件设计技术领域。


背景技术：

2.国产化soc处理器包括bm3101mb、bm3105bm等，是基于sparc v8架构的自主可控产品，开发环境为国产化szide集成环境。决策处理软件运行在该处理器上，装置特征参数实时计算与装订功能是决策处理软件的核心功能。当前，低成本、高实时、多场景、自适应的应用需求给决策处理软件的开发提出了挑战。
3.现有决策处理软件在装置特征参数实时计算与装订功能上存在的2方面的不足：其一是装置特征参数由地面软件预先计算预先上注，决策处理软件只起到装订数据转发功能，不能根据实际飞行轨迹和姿态进行自主动态调整，影响装置的智能化水平；其二是部分决策处理软件虽然在飞行过程中实时计算装置特征参数，但是整个过程是先计算、再存储、最后再装订发送，参数需要存储在外部大容量存储器上，产品成本高；并且在计算过程中，无法并行执行其他任务，导致装置时序控制、工作模式设置等任务不能很好的解耦合，模块设计复杂，可靠性低。
4.现有的决策处理软件存在智能化水平低、外部存储空间需求大、任务并发实时性差、模块内部耦合度高等问题。


技术实现要素：

5.本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种装置特征参数实时计算与装订系统及方法，将实现装置特征参数的实时计算，根据实际飞行轨迹和姿态进行动态计算、自主调整，实现了多场景自适应能力；同时，将装置特征参数计算过程改为边计算边装订、分步骤运行，可并行处理其他任务，去掉了外部大容量数据存储器需求，降低产品成本，满足多任务并发的实时需求。
6.本发明的技术解决方案是：
7.本发明公开了一种装置特征参数实时计算与装订系统，其特征在于，包括：特征参数计算模块、时序控制模块、模式指令控制模块和特征参数装订模块；
8.特征参数计算模块：接收上位机发送的装置和载体在飞行过程中的综合参数，根据综合参数计算特征参数信息和模式控制指令字，将特征参数信息发送给特征参数装订模块，将模式控制指令字发送给模式指令控制模块；
9.特征参数装订模块：接收特征参数计算模块发送的特征参数信息，将特征参数信息组帧生成特征参数数据帧发送给外部装置；
10.模式指令控制模块：根据特征参数计算模块发送的模式控制指令字，将模式控制指令组帧生成模式控制指令帧，发送给时序控制模块；
11.时序控制模块：包括缓冲区，接收上位机发送的时序控制参数，接收模式指令控制
模块发送的模式控制指令帧放入缓冲区中，根据时序控制参数从缓冲区读取模式控制指令帧发送给外部装置。
12.在上述特征参数实时计算与装订系统中，所述综合参数包括装置和载体的位置姿态信息、载体分离时刻t0和装置释放时刻t1。
13.在上述特征参数实时计算与装订系统中，根据综合参数计算特征参数信息和模式控制指令字，将特征参数信息发送给特征参数装订模块，向模式指令控制模块发送模式控制指令字，具体方法为：
14.(1)以所述载体分离时刻t0载体的位置姿态信息为初值，以ts为步长，持续计算载体的位置姿态信息，直到计算时刻大于或等于所述装置释放时刻t1，得到t2时刻载体的位置姿态信息；
15.(2)以装置释放时刻t1的装置位置姿态信息为初值，以t2-t1为步长，得到t2时刻装置的位置姿态信息；
16.(3)以ts为步长，持续计算载体和装置的位置姿态信息以及载体与目标的距离；直到载体与目标的所述距离小于设定距离，将模式控制指令置为模式3指令，记录此时刻为t3，得到t3时刻载体和装置的位置姿态信息、t3时刻载体和装置与目标的距离，将模式控制指令发送给模式指令控制模块；根据t3时刻载体与装置的位置姿态信息、载体和装置与目标的距离，生成特征点，计算特征参数信息的初始值；
17.(4)以ts为步长，持续计算t3+nts时刻载体与装置的位置姿态信息、载体与目标的距离和特征参数信息，其中，n＝1、2、3
……
，边计算边将特征参数信息发送给特征参数装订模块；直到载体与目标的距离大于设定距离或者计算时长nts大于设定时长，将模式控制指令置为模式2指令，将模式控制指令发送给模式指令控制模块，结束实时特征参数信息计算和装订任务。
18.在上述特征参数实时计算与装订系统中，所述计算特征参数信息，具体方法为：
19.利用质点运动微分方程数值计算方法求解每个特征点的空间位置信息、速度信息以及相对目标的角度信息，得到特征参数信息。
20.在上述特征参数实时计算与装订系统中，将特征参数信息组帧生成特征参数数据帧，具体为：根据通信协议约定的格式对特征参数信息添加数据帧头、帧尾、帧长度及校验和信息后生成特征参数数据帧。
21.在上述特征参数实时计算与装订系统中，将模式控制指令组帧生成模式控制指令帧，具体为：根据通信协议约定的格式对模式控制指令添加帧头、帧尾、帧长度及校验和信息后生成模式控制指令帧。
22.根据权利要求3所述的一种装置特征参数实时计算与装订方法，其特征在于：ts为1～5s。
23.在上述特征参数实时计算与装订系统中，所述特征参数信息包括位置信息、速度信息、角度信息。
24.本发明公开了一种装置特征参数实时计算与装订方法，包括：
25.实时接收上位机发送的装置和载体在飞行过程中的综合参数和时序控制参数；所述综合参数包括装置和载体的位置姿态信息、载体分离时刻t0和装置释放时刻t1；
26.根据所述综合参数计算特征参数信息和模式控制指令；
27.将所述特征参数信息组帧生成特征参数数据帧；
28.将特征参数数据帧实时发送给装置进行参数装订；
29.将模式控制指令组帧生成模式控制指令帧；
30.根据所述时序控制参数对模式控制指令帧进行时序控制发送给装置。
31.在上述特征参数实时计算与装订方法中，根据所述综合参数计算特征参数信息和模式控制指令，具体方法为：
32.(1)以所述载体分离时刻t0载体的位置姿态信息为初值，以ts为步长，持续计算载体的位置姿态信息，直到计算时刻大于或等于所述装置释放时刻t1，得到t2时刻载体的位置姿态信息；
33.(2)以装置释放时刻t1的装置位置姿态信息为初值，以t2-t1为步长，得到t2时刻装置的位置姿态信息；
34.(3)以ts为步长，持续计算载体和装置的位置姿态信息以及载体与目标的距离；直到载体与目标的所述距离小于设定距离，将模式控制指令置为模式3指令，记录此时刻为t3，得到t3时刻载体和装置的位置姿态信息、t3时刻载体与目标的距离和装置与目标的距离；根据t3时刻载体与装置的位置姿态信息、载体和装置与目标的距离，生成特征点，计算特征参数信息的初始值；
35.(4)以ts为步长，持续计算t3+nts时刻载体与装置的位置姿态信息、载体与目标的距离和特征参数信息，其中，n＝1、2、3
……
，边计算边将特征参数信息发送给特征参数装订模块；直到载体与目标的距离大于设定距离或者计算时长nts大于设定时长，将模式控制指令置为模式2指令，结束实时特征参数信息计算和装订任务。
36.本发明与现有技术的有益效果在于：
37.(1)本发明实现了智能策略的在线实时规划制定，可根据实际飞行轨迹和姿态进行自主动态调整；
38.(2)本发明装置特征参数计算过程为边计算边装订，省掉了外部大容量数据存储器需求，实现了降本增效；
39.(3)本发明装置时序控制、工作模式设置等任务与实时特征参数计算与装订任务解耦合，在满足多任务实时并发的基础上降低了软件复杂度。
附图说明
40.图1为本发明装置特征参数实时计算与装订任务划分框图；
41.图2为本发明装置特征参数实时计算与装订流程图。
具体实施方式
42.下面结合附图及具体实施方式对本发明专利做进一步详细说明。
43.如图1所示为本发明装置特征参数实时计算与装订任务划分框图，本发明公开的一种装置特征参数实时计算与装订系统，包括：特征参数计算模块、时序控制模块、模式指令控制模块和特征参数装订模块；
44.(1)特征参数计算模块：接收上位机发送的装置和载体在飞行过程中的综合参数，根据综合参数计算特征参数信息和模式控制指令字，将特征参数信息发送给特征参数装订
模块，向模式指令控制模块发送模式控制指令字；特征参数信息包括位置信息、速度信息、角度信息。综合参数包括装置和载体的位置姿态信息、载体分离时刻t0和装置释放时刻t1。
45.(2)特征参数装订模块：接收特征参数计算模块发送的特征参数信息，将特征参数信息组帧生成特征参数数据帧发送给装置。将特征参数信息组帧生成特征参数数据帧，具体为：根据通信协议约定的格式对特征参数信息添加数据帧头、帧尾、帧长度及校验和信息后生成特征参数数据帧。
46.(3)模式指令控制模块：根据特征参数计算模块发送的模式控制指令字，将模式控制指令组帧生成模式控制指令帧，发送给时序控制模块；将模式控制指令字组帧生成模式控制指令帧，具体方法为：根据通信协议约定的格式对模式控制指令添加帧头、帧尾、帧长度及校验和信息后生成模式控制指令帧。
47.(4)时序控制模块：包括缓冲区，接收上位机发送的时序控制参数，接收模式指令控制模块发送的模式控制指令帧放入缓冲区中，根据时序控制参数从缓冲区读取模式控制指令帧发送给装置；
48.根据综合参数计算特征参数信息和模式控制指令字，将特征参数信息发送给特征参数装订模块，向模式指令控制模块发送模式控制指令字，具体方法为：
49.步骤(1)、以所述载体分离时刻t0载体的位置姿态信息为初值，以ts为步长，持续计算载体的位置姿态信息，直到计算时刻大于或等于所述装置释放时刻t1，得到t2时刻载体的位置姿态信息；
50.步骤(2)、以装置释放时刻t1的装置位置姿态信息为初值，以t2-t1为步长，得到t2时刻装置的位置姿态信息；
51.步骤(3)、以ts为步长，持续计算载体和装置的位置姿态信息以及载体与目标的距离；直到载体与目标的所述距离小于设定距离，将模式控制指令置为模式3指令，记录此时刻为t3，得到t3时刻载体和装置的位置姿态信息、t3时刻载体和装置与目标的距离，将模式控制指令字发送给模式指令控制模块；ts为1～5s；根据t3时刻载体与装置的位置姿态信息、载体和装置与目标的距离，生成特征点，计算特征参数信息的初始值；
52.步骤(4)、以ts为步长，持续计算t3+nts时刻载体与装置的位置姿态信息、载体与目标的距离和特征参数信息，其中，n＝1、2、3
……
，边计算边将特征参数信息发送给特征参数装订模块；直到载体与目标的距离大于设定距离或者计算时长nts大于设定时长，将模式控制指令置为模式2指令，将模式控制指令发字送给模式指令控制模块，结束实时特征参数信息计算和装订任务。
53.其中，根据综合参数计算特征参数信息，具体方法为：
54.利用质点运动微分方程数值计算方法求解每个特征点的空间位置信息、速度信息以及相对目标的角度信息，得到特征参数信息。
55.本发明公开的一种装置特征参数实时计算与装订方法，其特征在于，包括：
56.步骤(一)、实时接收上位机发送的装置和载体在飞行过程中的综合参数和时序控制参数；所述综合参数包括装置和载体的位置姿态信息、载体分离时刻t0和装置释放时刻t1；
57.步骤(二)、根据所述综合参数计算特征参数信息和模式控制指令；
58.步骤(三)、将所述特征参数信息组帧生成特征参数数据帧；
59.步骤(四)、将特征参数数据帧实时发送给装置进行参数装订；
60.步骤(五)、将模式控制指令组帧生成模式控制指令帧；
61.步骤(六)、根据所述时序控制参数对模式控制指令帧进行时序控制发送给装置。
62.其中，根据所述综合参数计算特征参数信息和模式控制指令，具体方法为：
63.步骤s21：以所述载体分离时刻t0载体的位置姿态信息为初值，以ts为步长，持续计算载体的位置姿态信息，直到计算时刻大于或等于所述装置释放时刻t1，得到t2时刻载体的位置姿态信息；
64.步骤s22：以装置释放时刻t1的装置位置姿态信息为初值，以t2-t1为步长，得到t2时刻装置的位置姿态信息；
65.步骤s23：以ts为步长，持续计算载体和装置的位置姿态信息以及载体与目标的距离；直到载体与目标的所述距离小于设定距离，将模式控制指令置为模式3指令，记录此时刻为t3，得到t3时刻载体和装置的位置姿态信息、t3时刻载体和装置与目标的距离；根据t3时刻载体与装置的位置姿态信息、载体和装置与目标的距离，生成特征点，计算特征参数信息的初始值；
66.步骤s24：以ts为步长，持续计算t3+nts时刻载体与装置的位置姿态信息、载体与目标的距离和特征参数信息，其中，n＝1、2、3
……
，边计算边将特征参数信息发送给特征参数装订模块；直到载体与目标的距离大于设定距离或者计算时长nts大于设定时长，将模式控制指令置为模式2指令，结束实时特征参数信息计算和装订任务。
67.实施例1
68.如图2所示为本发明装置特征参数实时计算与装订流程图。
69.本实施例中，一种装置特征参数实时计算与装订方法，具体步骤如下：
70.步骤(1)、实时记录装置和载体在飞行过程中的综合参数、载体分离时刻t0、装置释放时刻t1和时序控制参数；装置释放后转入步骤(2)；
71.步骤(2)、以所述载体分离时刻t0为起始时刻，并以该时刻载体的综合参数为初值，使用数值计算求解质点运动微分方程的方法计算t0+n
×
ts时刻载体的综合参数，其中，n＝1、2、3
…
，ts为步长；当t0+n
×
ts大于或等于装置释放时刻t1，记录此时刻为t2；转入步骤(3)；本实施例，ts＝1s；
72.步骤(3)、以装置释放时刻t1的装置综合参数为初值，以t2-t1为步长，使用质点运动微分方程数值计算方法计算t2时刻装置的综合参数；转入步骤(4)；本实施例，数值计算方法使用“四阶龙格-库塔(runge-kutta)”法求解微分方程组，算法详见公式(1)、公式(2)。
73.[0074][0075]
公式(1)是二阶微分方程的定义；公式(2)中的k1、k2、k3、k4为对应点的斜率，ts为计算步长。
[0076]
步骤(4)、使用数值计算求解质点运动微分方程的方法计算t2+n
×
t时刻的载体和装置的综合参数，根据空间几何原理计算载体与目标的距离，其中，n＝1、2、3
…
，t为步长；转入步骤(5)；
[0077]
步骤(5)、判断所述距离是否小于设定距离，若是，则将装置模式指令设置为模式3指令，记录此时刻为t3，计算t3时刻载体与目标的距离和装置与目标的距离，将模式控制指令组帧生成模式控制指令帧存入缓冲区，根据时序控制参数规定时刻从缓冲区读取模式控制指令帧发送给装置；转入步骤(6)；否则，转入步骤(4)；本实施例，模式控制指令3帧格式为0xeb 0x90 0x03 0x01 0x04 0x66 0x99；
[0078]
步骤(6)、根据t3时刻载体和装置的位置姿态信息、载体和装置与目标的距离，生成特征点，计算特征参数信息的初始值，组帧发送给装置进行参数装订；转入步骤(7)；本实施例，特征参数信息帧格式为0xeb 0x90 0x11 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x0a 0x0b 0x0c 0x0d 0x5f 0x66 0x99；
[0079]
步骤(7)、计算t3+n
×
ts时刻的载体与装置的综合参数、载体与目标的距离以及特征参数信息，并将特征参数信息进行组帧发送给装置进行参数装订；其中，n＝1、2、3
…
，ts为步长；每计算一个步长ts后转入步骤(8)；
[0080]
步骤(8)、判断载体与目标的距离是否大于设定距离或者计算时长n
×
ts是否大于设定的时长，若是，向装置发送模式2指令，记录此时刻为t4，将模式控制指令组帧生成模式控制指令帧存入缓冲区，根据时序控制参数规定时刻从缓冲区读取模式控制指令帧发送给装置；转入步骤(9)，否则，转入步骤(7)；本实施例，模式控制指令2帧格式为0xeb 0x90 0x02 0x01 0x04 0x66 0x99；
[0081]
步骤(9)、结束计算。
[0082]
本实施例中，按照解耦要求进行任务模块划分，与装置特征参数计算与装订相关的任务划分为4个模块，分别为特征参数计算模块、特征参数装订模块、装置模式指令控制模块以及装置时序控制模块。模块之间的低耦合或者无耦合，通过数据队列进行信息交互；各任务模块根据运行要求定义各自的任务描述字，包括任务标志、任务状态、任务时间、任务数据区等信息；定义装置和载体综合参数缓冲区，用以缓存接收数据，并对接收的数据进行有效性判断；定义装置和载体轨迹外推计算相关的数据结构，包括位置姿态信息、坐标转换矩阵、距离信息等，用于轨迹外推计算和结果数据的缓存；定义特征参数相关的数据结构，用以缓存特征数据并进行装订发送；进行模块内的控制流设计，由状态机控制进行图2
所示的计算流程，实现特征参数边计算边装订发送；在顶层进行任务调度，实现特征参数计算与装订、装置模式指令发送以及装置时序控制等功能的实时并发处理。
[0083]
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0084]
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。