专利名称：一种针对红外成像系统的全数字仿真系统及其仿真方法
技术领域：
本发明涉及计算机仿真技术，尤其涉及一种针对红外成像系统的全数字仿真系统及其仿真方法。
背景技术：
随着红外技术的发展，红外成像系统在目标探测、识别和跟踪等技术领域的应用日益广泛。然而，复杂的结构以及外场性能测试使红外成像系统的研制开发过程面临周期长、费用高以及设计灵活度低的不利局面。由于外场试验不可能满足在各种复杂环境下的测试需求，因此红外成像系统的评估范围受到限制，且耗费巨大。为了提高红外成像系统的设计效率和设计质量，从根本上协助解决其设计难、测试难的问题，计算机仿真技术被大量应用在了其系统的设计中。
计算机仿真技术主要采用计算机作为工具，通过建立红外成像系统计算机仿真模型如光学系统CODE V模型，成像效应模型，目标预处理模型等，充分地模拟红外成像系统和各种复杂的外场环境，以达到准确地预测其系统性能的目的。这些系统性能包括红外热成像系统、红外搜索与跟踪系统、机器视觉系统和扫描系统等等各种红外成像系统的特性。利用先进的仿真结构和精确地建模方法可以降低红外成像系统开发过程中的危险系数，减少外场试验的次数，从而减少开发与维护的费用。
目前，国内外对于红外成像系统的仿真理论研究、测试与验证等方面都较为深入， 各种各样的仿真建模方法也层出不穷。但是，由于红外成像系统的复杂结构以及日新月异的技术革新，很难提出一套完整的仿真系统或者方法使得能够兼容多类红外成像系统的计算机仿真过程。针对红外成像系统的仿真系统或方法需要满足两方面的仿真需求一、必须满足红外成像系统的基本仿真需求，如单个分系统的独立仿真过程、多个分系统的协同仿真过程、闭环仿真过程、仿真数据特别是红外图像的传输、多领域模型的嵌入等等；二、能支持仿真系统后续开发的需要，如由于红外成像系统结构变化所造成的仿真成员的更改、由于仿真模型开发工具的更改所造成的模型的重开发等等。而现有的通用仿真系统往往专注于其通用性，许多对于红外成像系统不必要的功能结构增加了仿真成员开发的困难，造成了仿真过程的繁琐；同时，由于通用仿真系统的针对性较差，因此也不能完全满足红外成像系统仿真的需求。
发明内容
本发明针对目前欠缺能够兼容多类红外成像系统的计算机仿真方法或者系统的现状，提出了一种针对红外成像系统的全数字仿真系统及其仿真方法。
一种针对红外成像系统的全数字仿真系统，包括一个综合管理总体仿真过程的仿真平台，一个存储仿真成员信息的仿真成员库，一个存储仿真过程配置信息的仿真信息表， 多个综合了单个或多个仿真模型的仿真成员，以及多个仿真成员客户端。所述的多个仿真成员运行在不同的控制计算机中或者运行在同一个控制计算机中，每个仿真成员对应有一个仿真成员客户端，仿真成员与对应的仿真成员客户端处于同一个控制计算机中。
所述的仿真平台从仿真成员库中获取仿真成员的信息，生成仿真过程的仿真配置信息并存储到仿真信息表中，在仿真系统的仿真过程启动后，根据仿真信息表中的仿真配置信息将仿真控制信号发送给仿真成员客户端，在每推进一个仿真成员仿真完成后更新一次仿真信息表；所述的仿真成员客户端根据接收到的仿真控制信号推进仿真成员进行仿真；所述的仿真成员通过仿真平台将自身的信息注册到仿真成员库中，通过仿真成员客户端将仿真运行状态和仿真数据返回给仿真平台，仿真平台对接收的仿真数据进行分析，对所仿真的红外成像系统的性能进行评估。
所述的仿真平台包括仿真成员管理器、仿真配置器、仿真控制器和仿真数据分析
ο 所述的仿真成员包括一个基于XML语言的描述文件、一个仿真成员基本组件和一个与描述文件相对应的窗口应用程序模块。
所述的仿真客户端通过调用仿真成员基本组件实现对仿真成员的控制。
所述的仿真客户端与仿真控制器构成了客户/服务器通信体系架构，实现了仿真成员与仿真控制器之间的交互以及分布式的仿真体系。
一种针对红外成像系统的仿真方法，具体包括下面六个步骤 步骤一、用户根据仿真需要，构建仿真成员，所述的仿真成员综合了单个或多个针对红外成像系统的仿真模型。
步骤二、仿真平台中的仿真成员管理器通过将仿真成员的描述文件保存在仿真成员库中，来将仿真成员注册在仿真成员库中。
步骤三、用户通过仿真平台中的仿真配置器从仿真成员库中获取已注册的仿真成员的描述文件，通过分析仿真成员的描述文件获得仿真成员的基本信息及输入输出数据信息，然后采用图形化描述方式定制仿真过程形成仿真配置信息，对形成的仿真配置信息，仿真配置器检查每个仿真成员的输入数据是否连接有另一个仿真成员的输出数据、且数据类型相符，若是，则将该仿真配置信息存储到仿真信息表中，若不是，则提示用户错误，重新定制仿真过程。
步骤四、建立连接，开始进行仿真推进；首先仿真成员通过仿真客户端与仿真平台中的仿真控制器建立连接，仿真控制器通知仿真客户端启动仿真开始，然后仿真控制器根据仿真信息表提供的仿真配置信息，以仿真客户端为媒介，从启动成员开始进行仿真的推进，仿真客户端将该仿真成员的仿真运行状态和仿真数据通过仿真客户端返回给仿真控制器和仿真平台的仿真数据分析器，每完成一个仿真成员的全部仿真过程，仿真控制器对仿真信息表中的仿真变量进行更新。
步骤五、仿真数据分析器通过自身内置的红外成像系统性能计算模型完成对获得的仿真数据的分析和所仿真的红外成像系统的性能评估。
步骤六、在对参加仿真的所有仿真成员都完成仿真后，仿真控制器通知仿真客户端断开连接，结束本次仿真操作。
本发明与现有的红外成像系统仿真技术相比具有的优点和积极效果在于 (1)本发明的全数字仿真系统采用了基于组件模式的开放式体系结构，一方面能通过已开发的仿真成员完成红外成像系统虚拟样机的快速搭建，另一方面其灵活、开放的架构保证了仿真成员的后续开发与更改。
(2)本发明的全数字仿真系统及其仿真方法支持仿真过程的多样性和扩展性，可通过灵活配置仿真成员之间的数据交互关系实现红外成像系统的多方位仿真，包括单个分系统独立仿真、多个分系统联合仿真以及整个虚拟样机的分布式协同仿真。
(3)本发明的全数字仿真系统及其仿真方法能够支持多领域仿真模型的开发与嵌入，使得红外成像系统的仿真过程能与实际设计过程相对应，同时也保证了多领域仿真模型的后续开发、重定义和重用。
(4)本发明的全数字仿真系统及其仿真方法基于.Net架构体系实现，支持面向对象设计和跨语言开发，支持多种语言的互操作，大大简化了仿真系统的开发难度。
图1为本发明的全数字仿真系统的整体结构示意图； 图2为本发明所述的仿真成员的结构示意图； 图3为本发明所述的仿真客户端与仿真控制器的结构图以及信息交互示意图； 图4为本发明所述的仿真信息表的示意图； 图5为本发明的全数字仿真方法的步骤流程图； 图6为本发明的全数字仿真方法中更新仿真变量表的流程示意图。
图中 1-仿真平台；2-仿真成员库；3-仿真信息表；4-仿真成员；5-仿真成员客户端； 6_仿真成员基本组件；7-描述文件；8-窗口应用程序模块；11-仿真成员管理器；12-仿真配置器；13-仿真控制器；14-仿真数据分析器；51-仿真窗体模块；52-仿真控制模块； 53-第二通信客户端模块；61-仿真窗体驱动组件；62-仿真中转组件；63-仿真通信组件； 81-仿真界面子模块；82-仿真逻辑子模块；83-仿真数据子模块；131-仿真控制窗体模块； 132-仿真控制逻辑模块；133-仿真成员管理模块；134-第一通信客户端模块。
具体实施例方式下面结合附图对本发明提供的针对红外成像系统的全数字仿真系统及其仿真方法进行详细说明。
本发明针对红外成像系统的全数字仿真系统，如图1所示，包括一个综合管理总体仿真过程的仿真平台1、一个存储仿真成员信息的仿真成员库2、一个存储仿真过程配置信息的仿真信息表3、多个仿真成员4和仿真成员客户端5。整个全数字仿真系统采用了分布式仿真体系，多个仿真成员4分别运行在不同的控制计算机中也可以运行在同一个控制计算机中，不同的仿真成员4分别由各自的仿真成员客户端5控制仿真的推进，仿真成员4 通过仿真成员客户端5实现其与仿真平台1的交互。仿真成员4与对应的仿真成员客户端 5处于同一个控制计算机中。仿真成员4既可以是红外成像系统中涉及的计算机仿真模型， 也可以是为计算机仿真模型提供模型输入数据的数据源模块，如模拟真实外场环境的红外图像仿真模块等等；仿真成员4既可以是单模型结构，也可以是多个模型组成的模块。
仿真成员4通过仿真平台1将其自身的相关信息注册到仿真成员库2中；仿真系统准备仿真之前，仿真平台1从仿真成员库2中获取仿真成员4的信息，生成仿真过程的仿真配置信息并存储到仿真信息表3中；仿真系统的仿真过程启动后，仿真平台1根据仿真信息表3中的内容将仿真控制信号发送给仿真成员客户端5，仿真成员客户端5根据接收到的仿真控制信号推进仿真成员4进行仿真，仿真成员4的仿真运行状态和仿真数据通过仿真成员客户端5返回给仿真平台1。所述的仿真运行状态指仿真成员4是处于启动、暂停或停止的状态。所述的仿真数据是指仿真过程中仿真成员4需要与仿真平台1或其他仿真成员 4交互的数据。
仿真平台1由仿真成员管理器11、仿真配置器12、仿真控制器13和仿真数据分析器14组成，具体每个模块的功能说明如下。
①仿真成员管理器11 仿真成员管理器11通过将仿真成员4的描述文件存储在仿真成员库2中来完成仿真成员4在仿真成员库2中的注册。
②仿真配置器12 仿真配置器12为用户提供了仿真流程的配置环境，用户通过该配置环境从仿真成员库2中获取已注册的仿真成员4的描述文件，定义仿真配置信息并将仿真配置信息存储到仿真信息表3中。仿真配置信息中描述了用户定义的仿真过程，具体仿真过程包括参与仿真过程的仿真成员、参与仿真过程的仿真成员之间的连接关系以及各仿真成员4之间的数据交换关系，整个配置过程采用图形化描述方式定制仿真成员4之间的数据交互关系。
③仿真控制器13 仿真控制器13根据仿真信息表3提供的仿真配置，以仿真客户端5为媒介，控制相关的仿真成员4的仿真推进。
所述的仿真控制器13的结构如图3所示，包括 仿真控制窗体模块131 提供用户操作界面，控制仿真控制器13的运行、设置以及状态显示。
仿真控制逻辑模块132 负责运行仿真的主体逻辑，向各个仿真成员4发送控制命令并接收各个仿真成员4的反馈信息； 仿真成员管理模块133 用于管理仿真信息表3 ； 第一通信客户端模块134 与仿真客户端5的通信客户端一起构建客户/服务器的通信架构。
④仿真数据分析器14 仿真数据分析器14通过内置的红外成像系统性能计算模型完成对仿真数据的分析和所仿真的红外成像系统的性能评估。所述的红外成像系统性能计算模型有多种，如作用距离计算模型、跟踪精度计算模型和稳定精度计算模型等等。
如图2所示，本发明所述的仿真成员4包括一个基于XML语言的描述文件7、一个与描述文件相对应的.Net窗口应用程序模块8和一个仿真成员基本组件6。
所述的描述文件7是仿真成员4在注册和仿真配置过程中的唯一识别标志，采用标准格式的三类关键字描述仿真成员4 ①仿真成员基本信息包括仿真成员4的名称及窗口应用程序模块8的路径；仿真成员4的名称具有唯一性，其对应的窗口应用程序模块8的路径涵盖两重信息——所在计算机的网络地址信息和应用程序的绝对路径信息； ②仿真成员输入数据信息输入数据信息包括数据名称、数据类型、数据初始值和数据描述； ③仿真成员输出数据信息输出数据信息包括数据名称、数据类型和数据描述。
所述的窗口应用程序模块8是仿真成员的主体部分，采用.Net平台开发。该窗口应用程序模块8通过充分利用.Net平台与其它多领域仿真工具如光学设计工具CODE V、大气效应计算工具M0DTRAN、仿真工具SIMULINK等的兼容性实现多领域仿真模型的嵌入，因此用户可根据红外成像系统的实际设计过程开发多领域仿真模型，并将仿真模型封装成窗口应用程序模块8的结构以完成仿真成员4的核心开发过程。窗口应用程序模块8具有下面三个子模块 ①仿真界面子模块81 提供与用户操作相关的界面、显示仿真结果； ②仿真逻辑子模块82:该模块用于控制仿真成员的仿真过程，实现仿真成员的仿真过程的预备、仿真过程的推进和仿真过程的停止。通过包括装载仿真模型以及初始化一些状态参数来实现仿真过程的预备。采用固定帧周期调度模式实现仿真过程的推进，也就是使用定时器每隔一段时间触发一次仿真推进事件，该事件的响应对应仿真模型的具体仿真过程，如成像效应模型对红外图像的处理过程、目标检测算法模型对红外图像中目标的检出过程、控制系统模型对红外成像系统机械结构的控制过程等等。仿真过程的停止是通过卸载仿真模型以及释放一些相关资源来实现的。
③仿真数据子模块83 提供仿真逻辑子模块82所需的数据源和仿真模型，提供仿真界面子模块81所需的仿真结果、根据用户需求保存仿真逻辑子模块82在仿真过程中涉及的仿真参数、中间变量及仿真结果。所述的数据源是指为该仿真成员4提供输入数据的仿真成员4或者用户指定的文件，比如热成像分系统仿真成员，当开发窗口应用程序模块8 时，所处理的图象来源于用户指定的图象文件，当封装成仿真成员时，所处理的图象来源于其它仿真成员4。
所述的仿真成员基本组件6为分布式仿真模式中操作仿真成员4的代理机构。通过该代理机构能大大降低仿真成员4之间的耦合度，简化仿真成员4之间的互操作关系。例如仿真成员4_2需要仿真成员4_1的输出数据A和B，则仿真成员4_2通过自身仿真成员基本组件6中的方法获取数据A和B的值，仿真成员4_1通过自身仿真成员基本组件6中的方法给数据A和B赋值。仿真过程中，仿真成员4_1对应的仿真客户端5通过调用仿真成员4_1的仿真成员基本组件6间接获得数据A和B的值，并返回给仿真平台1 ；仿真平台 1将数据A和B的值发送给仿真成员4_2对应的仿真客户端5，该仿真成员4_2对应的仿真客户端5通过调用仿真成员4_2的仿真成员基本组件6间接将数据A和B的值赋给仿真成员4_2。仿真成员4中的仿真成员基本组件6是一个在.Net架构下由C++/CLI编写开发的动态链接库，是仿真过程中仿真成员之间交互以及仿真成员与仿真平台之间交互的中介者。由于仿真成员基本组件6采用托管环境下的C++编写，因此对于托管对象和非托管对象都具有兼容性。通过.Net平台开发的窗口应用程序模块8都可通过集成仿真成员基本组件6进行封装后成为仿真成员4的一部分。仿真客户端5对仿真成员4的访问和控制都通过仿真成员基本组件6完成。所述的仿真成员基本组件6包括仿真窗体驱动组件61、仿真通信组件62和仿真中转组件63。
①仿真窗体驱动组件61 用于实现仿真成员窗体的装载。该组件中定义了仿真窗体驱动基类，窗口应用程序模块8的仿真界面子模块81是通过继承仿真窗体驱动基类实现的，仿真客户端5通过加载仿真窗体驱动基类间接加载了窗口应用程序模块8的仿真界面子模块81 ； ②仿真通信组件62 负责仿真数据的交互。该组件中定义了仿真通信基类，仿真通信基类提供了一个哈希表类型的变量，存储所有允许外部访问的仿真变量，同时提供三个方法——设定变量、获得指定变量的值和设置指定变量的值，以实现对该哈希表的读写； 窗口应用程序模块8的仿真数据子模块83通过调用上述三个方法实现与外部数据的交互。
为了保证仿真过程的顺利进行，仿真成员4中通过仿真通信组件62设定的输入输出变量必须与该仿真成员4的描述文件7中的输入输出数据的信息相对应。
根据红外成像系统的仿真特点，仿真成员之间的数据交互包含浮点型和位图型两种类型，浮点型数据如红外成像系统的搜索跟踪分系统的水平姿态角、垂直姿态角等，位图型数据如红外成像系统的红外热成像分系统合成的红外图像等。在本发明基于.Net平台的分布式仿真系统中，浮点型数据为单个数据元素，传递方便，而位图数据网络数据的传递必须通过网络流对象实现，其支持的数据格式为二进制型的数组，因此窗口应用程序模块8在利用仿真通信组件62获得指定位图型数据变量或设置位图型数据变量之前必须通过.Net类库提供的方法对位图型数据分别进行二进制串行化和反串行化。
③仿真中转组件63 负责所在仿真成员的仿真逻辑。该组件中定义了仿真中转基类，仿真客户端5通过调用仿真中转基类实现对窗口应用程序模块8中仿真过程的控制。仿真中转基类包括三个接口函数仿真预备、仿真推进和仿真停止。窗口应用程序模块8将仿真逻辑子模块82中仿真过程的预备、仿真过程的推进和仿真过程的停止这三个部分稍作修改，来实现与仿真中转基类的接口。
仿真预备函数集成仿真逻辑子模块82中仿真过程的预备部分的功能-装载仿真模型以及初始化状态参数。窗口应用程序模块8对仿真逻辑子模块82中仿真过程的预备修改的内容为通过仿真通信组件62设定允许外部访问的变量，包括外部输入变量和输出给外部的变量。
仿真推进函数集成仿真逻辑子模块82中仿真过程的定时器事件响应部分的功能_采用固定帧周期调度模式推进仿真过程。窗口应用程序模块8对仿真逻辑子模块82 中仿真过程的推进修改的内容为在事件响应开始时通过仿真通信组件62获得已指定的外部输入变量的值，并赋给仿真数据子模块83 ；定时器响应事件结束后即仿真推进一步结束后，再通过仿真通信组件62设置已指定的输出给外部的变量的值； 仿真停止函数集成仿真逻辑子模块82中仿真过程的停止部分的功能-卸载仿真模型以及释放相关资源。
本发明所述的仿真客户端5的结构包括 ①仿真窗体模块51 提供容器和方法将仿真成员4的界面装载至仿真客户端5的公共窗口中，同时显示仿真过程中的交互信息；所述的交互信息，例如有与仿真平台是否连接的信息，仿真成员当前运行状态的信息(启动暂停或停止)，仿真成员当前的仿真步数等等； ②仿真控制模块52 通过调用仿真成员基本组件6实现对仿真成员4的仿真控制以及数据交互； ③第二通信客户端模块53 采用Socket技术实现与仿真平台1的连接和各类数据信息的交互。
如图3所示，本发明中的仿真客户端5和仿真控制器13 —起构成了客户/服务器通信体系构架，实现了仿真成员4与仿真平台1之间的交互。仿真成员4通过仿真客户端 5的第二通信客户端模块53向仿真控制器13的第一通信客户端模块134发送连接或断开请求，第一通信客户端模块134收到该请求后与第二通信服务器模块53建立或断开连接； 仿真控制器13的仿真控制逻辑模块132向仿真控制模块52发送仿真控制命令，通过仿真客户端5控制仿真成员4的仿真运行，仿真成员4的仿真运行状态和仿真数据由仿真控制模块52返回给仿真控制逻辑模块132。
本发明所述的仿真配置器12是实现红外成像系统多方位仿真的关键模块。通过仿真配置器12可以灵活定制仿真过程，该过程保存在仿真信息表3中。仿真过程的自定义内容包括 (1)参与仿真过程的仿真成员4 用户可以选择参与仿真过程的仿真成员4，仿真成员可以为仿真成员库2中的任意一个或任意多个，如选择模拟真实外场环境的仿真成员、模拟成像效应的仿真成员、模拟目标检出过程的仿真成员和模拟机械部分控制过程的仿真成员便可构成一个简单的红外成像系统虚拟样机；若选择以上仿真成员中的任意一个或几个便可进行红外成像系统单个分系统或多个分系统的仿真过程。
(2)参与仿真过程的仿真成员之间的连接关系用户可以根据红外成像系统某次仿真的具体需求定义仿真成员间的运行逻辑关系，如为了同时考察热成像分系统和信号处理分系统的独立工作能力，可以将模拟真实环境的仿真成员与模拟成像效应的仿真成员、 模拟目标检出过程的仿真成员分别连接；如为了考察热成像分系统和信号处理分系统的联合工作能力，则将模拟真实环境的仿真成员与模拟成像效应的仿真成员相连，然后再将模拟成像效应的仿真成员和模拟目标检出过程的仿真成员相连。
(3)参与仿真过程的仿真成员之间的数据交互关系用户可以根据需求定义仿真成员间的数据交互关系，条件是输入输出数据类型必须对应，且仿真成员的输入数据必须有与之相连的输出数据来源，如根据性能考察目的的不同，目标检出过程的信号处理系统所处理的红外图像既可以来自模拟真实环境的仿真成员，也可以来自模拟成像效应的仿真成员。
如图4所示，本发明所述的仿真信息表3包括两份信息表仿真成员表M和仿真变量表V。
所述的仿真成员表M描述了参与仿真的仿真成员4。该表将参与仿真的仿真成员 4划分为两类角色——启动成员和常规成员。为了同时满足开环仿真和闭环仿真的需求，每个参与仿真的仿真成员4的信息中记录了该仿真成员是否为具有反馈信号模块的信息。除此之外，每个参与仿真的仿真成员4的信息还包括唯一名称标识、输入变量名称、输出变量名称，同时还包括该仿真成员是否具有反馈信号的模块。
所述的仿真变量表V描述了在仿真中参与数据交互的所有数据变量。该表中的每个数据变量都包含唯一名称标识、数据来源对应的仿真成员、数据输出对应的仿真成员，同时还包括该仿真变量是否为反馈信号的描述。
如图5所示，本发明采用基于发布与订购(P/S)的通信模式控制实时仿真过程。实时仿真过程从启动成员开始推进，例如启动成员为仿真成员4_1，则从仿真成员4_1开始推进，推进一个仿真成员4更新一次仿真变量表V中相应变量的值，当某个仿真成员4所需的数据源都完成一次更新后，仿真控制器13操作该仿真成员4开始推进。对于具有反馈信号模块的仿真成员，在第一次推进时其所需的反馈信号采用预置的初始值。
本发明一种针对红外成像系统的全数字仿真方法，如图5所示，具体包括以下步骤 步骤一、用户根据仿真需要，构建仿真成员4。仿真成员4既可以是红外成像系统中涉及的计算机仿真模型，也可以是为计算机仿真模型提供模型输入数据的数据源模块， 如模拟真实外场环境的红外图像仿真模块等等；仿真成员4既可以是单模型结构，也可以是多个模型组成的模块。用户需要对整个红外成像系统进行仿真，或是对红外成像系统的某个分系统进行仿真， 或是对红外成像系统的某个部件进行仿真，则开发相应的仿真模型。 如搭建一个简单的红外成像系统虚拟样机需要开发模拟真实外场环境的仿真模型、模拟热成像分系统的仿真模型、模拟信号处理分系统的仿真模型以及模拟控制分系统的仿真模型。这四部分的仿真模型可以由一个部件仿真模型描述，如模拟控制分系统的仿真模型由某种控制方法实现，也可以由多个部件仿真模型构成，如模拟热成像分系统的仿真模型由多个成像效应模型共同联合实现。仿真模型按照窗口应用程序模块8的规范开发，进而构建出符合需要的仿真成员4。
步骤二、注册仿真成员4。仿真平台1中的仿真成员管理器11将仿真成员4注册在仿真成员库2中。具体就是仿真成员管理器11将仿真成员4的描述文件提供备份到仿真成员库2中。
步骤三、用户配置仿真流程。用户通过仿真配置器12从仿真成员库2中获取已注册的仿真成员4的描述文件，通过分析仿真成员的描述文件获得仿真成员的基本信息及输入输出数据信息，然后采用图形化描述方式定制由仿真成员4组成的仿真过程形成仿真配置信息。对于形成的仿真配置信息，仿真配置器12会检查该仿真配置信息的可行性，检查条件为每个仿真成员4的输入数据必须连接另一个仿真成员4的输出数据、且数据类型相符。符合这个检测条件的，则该仿真配置信息可行，将其存储到仿真信息表3中。不符合这个检测条件的，提示用户配置存在错误，需要重新定制仿真过程。
所述的定制仿真过程具体包括确定参与仿真过程的仿真成员4、参与仿真过程的仿真成员4之间的连接关系以及各仿真成员4之间的数据交换关系。
所述的仿真信息表3中包括两份信息表仿真成员表和仿真变量表。仿真成员表描述了参与仿真的仿真成员，将参与仿真的仿真成员划分为启动成员和常规成员，每个参与仿真的仿真成员的信息包括唯一名称、唯一输入变量名称、唯一输出变量名称以及该仿真成员是否为具有反馈信号模块的信息。仿真变量表描述了在仿真中参与数据交互的所有仿真变量，每个仿真变量的信息包括唯一的名称、唯一的数据来源对应的仿真成员、数据输出对应的仿真成员以及该仿真变量是否为反馈信号的描述。
步骤四、建立连接，开始进行仿真推进。首先仿真成员4通过仿真客户端5与仿真控制器13连接，仿真控制器13通知仿真客户端5启动仿真，然后仿真控制器13根据仿真信息表3提供的仿真配置信息，以仿真客户端5为媒介，从启动成员开始进行仿真的推进。 每完成一个仿真成员4的全部仿真过程，就将该仿真成员4的仿真数据通过仿真客户端5 返回给仿真控制器13和仿真数据分析器14。如图6所示，从启动成员开始仿真，在启动成员完成仿真后，仿真控制器13根据得到的仿真数据更新仿真变量表中相应变量的值，当某个常规成员所需的输入变量也就是所需要的数据源都完成一次更新后，仿真控制器13通知该仿真成员4进行仿真，并在该仿真成员4完成仿真后，更新仿真变量表。
步骤五、分析仿真数据，对所仿真的红外成像系统的性能进行评估。仿真数据分析器14通过自身内置的红外成像系统性能计算模型完成对获得的仿真数据的分析和所仿真的红外成像系统的性能评估。所述的红外成像系统性能计算模型有多种，如作用距离计算模型、跟踪精度计算模型和稳定精度计算模型等等。
步骤六、断开连接，仿真结束。在对参加仿真的所有仿真成员4都完成仿真后，仿真控制器13通知仿真客户端5断开连接，结束本次仿真操作。
权利要求
1.一种针对红外成像系统的全数字仿真系统，其特征在于，包括一个综合管理总体仿真过程的仿真平台，一个存储仿真成员信息的仿真成员库，一个存储仿真过程配置信息的仿真信息表，多个综合了单个或多个仿真模型的仿真成员，和多个仿真成员客户端；所述的多个仿真成员运行在不同的控制计算机中或者运行在同一个控制计算机中，每个仿真成员对应有一个仿真成员客户端，仿真成员与对应的仿真成员客户端处于同一个控制计算机中；所述的仿真平台从仿真成员库中获取仿真成员的信息，生成仿真过程的仿真配置信息并存储到仿真信息表中，在仿真系统的仿真过程启动后，根据仿真信息表中的仿真配置信息将仿真控制信号发送给仿真成员客户端，在每推进一个仿真成员仿真完成后更新一次仿真信息表；所述的仿真成员客户端根据接收到的仿真控制信号推进仿真成员进行仿真；所述的仿真成员通过仿真平台将自身的信息注册到仿真成员库中，通过仿真成员客户端将仿真运行状态和仿真数据返回给仿真平台，仿真平台对接收的仿真数据进行分析，对所仿真的红外成像系统的性能进行评估。
2.根据权利要求1所述的一种针对红外成像系统的全数字仿真系统，其特征在于，所述的仿真信息表包括两份信息表仿真成员表和仿真变量表；所述的仿真成员表描述了参与仿真的仿真成员，将参与仿真的仿真成员划分为启动成员和常规成员，每个参与仿真的仿真成员的信息包括唯一的名称、唯一的输入变量名称、 唯一的输出变量名称以及该仿真成员是否具有反馈信号的模块；所述的仿真变量表描述了在仿真中参与数据交互的所有仿真变量，每个仿真变量的信息包括唯一的名称、唯一的数据来源对应的仿真成员、数据输出对应的仿真成员以及该仿真变量是否为反馈信号的描述。
3.根据权利要求1所述的一种针对红外成像系统的全数字仿真系统，其特征在于，所述的仿真平台包括仿真成员管理器、仿真配置器、仿真控制器和仿真数据分析器；所述的仿真成员管理器通过将仿真成员的描述文件存储在仿真成员库中来完成仿真成员在仿真成员库中的注册；所述的仿真配置器为用户提供了仿真流程的配置环境，用户通过该配置环境从仿真成员库中获取已注册的仿真成员的描述文件，定义仿真配置信息并存储到仿真信息表中，所述的仿真配置信息包括参与仿真过程的仿真成员、参与仿真过程的仿真成员之间的连接关系以及各仿真成员之间的数据交换关系；所述的仿真控制器根据仿真信息表提供的仿真配置信息，以仿真客户端为媒介，控制仿真成员的仿真推进，仿真控制器采用发布与订购的通信模式控制实时仿真过程，实时仿真过程从启动成员开始推进，每推进一个仿真成员完成仿真，仿真控制器更新一次仿真变量表中相应的仿真变量，当某个仿真成员所需的数据源都完成一次更新后，仿真控制器通知仿真成员客户端开始推进该仿真成员仿真，在第一次推进具有反馈信号模块的仿真成员仿真时，该仿真成员所需要的反馈信号采用预置的初始值；所述的仿真数据分析器用于分析仿真数据和对所仿真的红外成像系统的性能进行评估。
4.根据权利要求3所述的一种针对红外成像系统的全数字仿真系统，其特征在于，所述的仿真控制器包括仿真控制窗体模块、仿真控制逻辑模块、仿真成员管理模块和第一通信客户端模块；所述的仿真控制窗体模块提供用户操作界面；仿真控制逻辑模块运行仿真的主体逻辑，向各仿真成员发送控制命令并接收各仿真成员的反馈信息；所述的仿真成员管理模块用于管理仿真信息表；所述的第一通信客户端模块用于与仿真客户端进行通信。
5.根据权利要求1或4所述的一种针对红外成像系统的全数字仿真系统，其特征在于， 所述的仿真客户端包括仿真窗体模块、仿真控制模块和第二通信客户端模块；所述的仿真窗体模块提供容器和方法将仿真成员的界面装载至仿真客户端的公共窗口中，同时显示仿真过程中的交互信息；所述的仿真控制模块接收仿真控制逻辑模块发送的仿真控制信号， 调用仿真成员的仿真成员基本组件实现对仿真成员的仿真控制，并将仿真成员的仿真运行状态和仿真数据返回给仿真控制逻辑模块；所述的第二通信客户端模块采用Socket技术实现，第二通信客户端模块向第一通信客户端模块发送连接或断开请求，第二通信客户端模块收到该请求后与第一通信客户端模块建立或者断开连接。
6.根据权利要求1所述的一种针对红外成像系统的全数字仿真系统，其特征在于，所述的仿真成员包括一个基于XML语言的描述文件、一个仿真成员基本组件和一个与描述文件相对应的窗口应用程序模块；所述的描述文件是仿真成员在注册和仿真配置过程中的唯一识别标志，采用三类关键字描述仿真成员基本信息、仿真成员输入数据信息和仿真成员输出数据信息；所述的仿真成员基本组件为在.Net环境中开发的动态链接库，是仿真成员之间数据交互以及仿真成员与仿真平台之间数据交互的中介者；所述的窗口应用程序模块以.Net架构为基础开发，控制仿真成员的仿真过程，并提供与用户操作相关的界面，显示仿真结果。
7.根据权利要求6所述的一种针对红外成像系统的全数字仿真系统，其特征在于，所述的窗口应用程序模块，包括仿真界面子模块、仿真逻辑子模块和仿真数据子模块；所述的仿真界面子模块通过继承仿真成员基本组件中的仿真窗体驱动基类实现，提供与用户操作相关的界面、接收仿真客户端发送来的调用指令并显示仿真结果；所述的仿真逻辑子模块用于控制仿真成员的仿真过程，通过装载仿真模型以及初始化状态参数来实现仿真过程的预备，通过采用固定帧周期调度模式实现仿真过程的推进，通过卸载仿真模型以及释放相关资源实现仿真过程的停止；所述的仿真数据子模块提供仿真逻辑子模块所需的数据源和仿真模型，提供仿真界面子模块所需的仿真结果，并根据用户需求保存仿真逻辑子模块在仿真过程中涉及的仿真参数、中间变量及仿真结果。
8.根据权利要求6所述的一种针对红外成像系统的全数字仿真系统，其特征在于，所述的仿真成员基本组件包括仿真窗体驱动组件、仿真通信组件和仿真中转组件；所述的仿真窗体驱动组件实现仿真成员窗体的装载，其内定义了仿真窗体驱动基类；所述的仿真通信组件负责仿真数据的交互，其内定义了仿真通信基类，所述的仿真通信基类提供了一个哈希表类型的变量，存储所有允许外部访问的仿真变量，同时提供三个方法——设定变量、获得指定变量的值和设置指定变量的值，在利用仿真通信组件获得指定位图型数据变量或设置位图型数据变量之前必须通过.Net类库提供的方法对位图型数据分别进行二进制串行化和反串行化；所述的仿真中转组件负责所在仿真成员的仿真逻辑，其内定义了仿真中转基类，所述的仿真中转基类包括三个接口函数仿真预备、仿真推进和仿真停止，仿真客户端通过调用仿真中转基类实现对窗口应用程序模块中仿真过程的控制。
9.应用根据权利要求1所述的全数字仿真系统的一种针对红外成像系统的全数字仿真方法，其特征在于，具体包括以下步骤步骤一、用户根据仿真需要，构建仿真成员，所述的仿真成员综合了单个或多个针对红外成像系统的仿真模型；步骤二、仿真平台中的仿真成员管理器通过将仿真成员的描述文件保存在仿真成员库中，来将仿真成员注册在仿真成员库中；步骤三、用户通过仿真平台中的仿真配置器从仿真成员库中获取已注册的仿真成员的描述文件，通过分析仿真成员的描述文件获得仿真成员的基本信息及输入输出数据信息， 然后采用图形化描述方式定制仿真过程形成仿真配置信息，对形成的仿真配置信息，仿真配置器检查每个仿真成员的输入数据是否连接有另一个仿真成员的输出数据、且数据类型相符，若是，则将该仿真配置信息存储到仿真信息表中，若不是，则提示用户错误，重新定制仿真过程；步骤四、建立连接，开始进行仿真推进；首先仿真成员通过仿真客户端与仿真平台中的仿真控制器建立连接，仿真控制器通知仿真客户端启动仿真开始，然后仿真控制器根据仿真信息表提供的仿真配置信息，以仿真客户端为媒介，从启动仿真成员开始进行仿真的推进，仿真客户端将该仿真成员的仿真运行状态和仿真数据通过仿真客户端返回给仿真控制器和仿真平台的仿真数据分析器，每完成一个仿真成员的全部仿真过程，仿真控制器对仿真信息表中的仿真变量进行更新；步骤五、仿真数据分析器通过自身内置的红外成像系统性能计算模型完成对获得的仿真数据的分析和所仿真的红外成像系统的性能评估；步骤六、在对参加仿真的所有仿真成员都完成仿真后，仿真控制器通知仿真客户端断开连接，结束本次仿真操作。
10.根据权利要求9所述的一种针对红外成像系统的全数字仿真方法，其特征在于，步骤三中所述的定制仿真过程具体是确定参与仿真过程的仿真成员、参与仿真过程的仿真成员之间的连接关系以及各仿真成员之间的数据交换关系。
全文摘要
本发明公开了一种针对红外成像系统的全数字仿真系统及其仿真方法，仿真系统由仿真平台、仿真成员库、仿真信息表、多个仿真成员和仿真客户端构成，仿真平台综合管理总体仿真过程，仿真成员库存储仿真成员信息，仿真信息表存储仿真配置信息，仿真成员综合了单个或多个仿真模型，通过仿真成员客户端与仿真平台进行交互。仿真方法具体是构建并注册仿真成员，然后配置仿真过程，再由仿真平台根据仿真过程对仿真成员进行仿真推进，并在仿真完成后对所仿真的系统进行性能评估。本发明能通过已开发的仿真成员完成红外成像系统虚拟样机的快速搭建，可实现单个分系统独立仿真、多个分系统联合仿真以及整个虚拟样机的分布式协同仿真。
文档编号G06F17/50GK102184288SQ20111011586
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者于劲松, 唐荻音, 陈雄姿, 刘浩, 郭奇, 吴思举, 顾继群, 姜杨, 刘逸 申请人:北京航空航天大学