基于Modelica的航天器信息流模型构建方法及系统与流程

本发明涉及信息流系统的设计与验证领域，尤其涉及一种基于modelica的航天器信息流模型构建方法及系统。

背景技术：

信息流系统是实现设备与设备之间信息交互的系统。简单的系统里不需要信息流设计，但在像火箭、卫星这些复杂航天器系统中，为了保证航天器平稳可靠地运行，航天器上的每一个设备都要按照给定的指令准确运转，所以航天器系统中的信息流设计在整个航天器的设计过程中有着举足轻重的作用。现阶段国内的航天工程师们大多通过c语言编写控制软件来实现信息流的设计，然后通过联合仿真才能验证设计是否正确，从设计到实现到验证这整个周期极长，一旦出现错误，又会大大延长设计周期。

modelica作为目前工业界盛行的一种建模语言，其具备面向对象的、基于方程的、可重用的和层次化的特点，基于流变量、势变量的接口表达方式，都为信息流系统模型的表达提供了极大的便利。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种基于modelica的航天器信息流模型构建方法及系统，可以降低模型开发的难度，提高模型的重用性，有效缩短信息流系统设计周期、提升动态设计能力、提高设计效率。

本发明实施例第一方面提供了一种基于modelica的航天器信息流模型构建方法，可包括：

基于构件真实拓扑结构将原航天信息流模型拆解为接口模型和不同的信息流层；

采用modelica将信息流层抽象为新信息流模型架构；

基于新信息流模型架构对所创建的单机模型进行整合生成新信息流模型。

进一步的，上述信息流层包括应用支持层、传输层和亚网层中的一个或多个。

进一步的，上述方法还包括：

提取信息流层的层模型指示的业务构建的处理过程的公用特征以及数据缓冲区的公用特征，上述层模型包括应用支持层模型、传输层模型和亚网层模型；

基于公共特征创建新信息流模型的单机模型。

进一步的，上述单机模型包括综合接口模型和处理过程模型，综合接口模型包括数据流接口模型和控制流接口模型。

进一步的，上述方法还包括：

基于动态显示的信息流传输过程对新信息流模型进行模型验证。

本发明实施例第二方面提供了一种基于modelica的航天器信息流模型构建系统，可包括：

原模型拆解模块，用于基于构件真实拓扑结构将原航天信息流模型拆解为接口模型和不同的信息流层；

新模型架构创建模块，用于采用modelica将子模型中的信息流层抽象为新信息流模型架构；

新模型生成模块，用于基于新信息流模型架构对所创建的单机模型进行整合生成新信息流模型。

进一步的，上述信息流层包括应用支持层、传输层和亚网层中的一个或多个。

进一步的，上述系统还包括：

特征提取模块，用于提取信息流层的层模型指示的业务构建的处理过程的公用特征以及数据缓冲区的公用特征，层模型包括应用支持层模型、传输层模型和亚网层模型；

单机模型创建模块，用于基于公共特征创建新信息流模型的单机模型。

进一步的，上述单机模型包括综合接口模型和处理过程模型，综合接口模型包括数据流接口模型和控制流接口模型。

进一步的，上述系统还包括：

新模型验证模块，用于基于动态显示的信息流传输过程对新信息流模型进行模型验证。

在本发明实施例中，通过将原航天信息流模型拆解，采用modelica重建航天信息流模型，大大的降低了模型开发的难度，显著的提高了模型的重用性，有效缩短了信息流系统设计周期、提升了动态设计能力、提高了设计效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明实施例提供的一种基于modelica的航天器信息流模型构建方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的模型拆解结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种基于modelica的航天器信息流模型构建系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明实施例提供的基于modelica的航天器信息流模型构建方法可以应用于航天器信息流系统模型构建的应用场景。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面将结合附图1和附图2，对本发明实施例提供的基于modelica的航天器信息流模型构建方法进行详细介绍。

请参见图1，为本发明实施例提供了一种基于modelica的航天器信息流模型构建方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例的所述方法可以包括以下步骤s101-步骤s103。

s101，基于构件真实拓扑结构将原航天信息流模型拆解为接口模型和不同的信息流层。

具体的，上述系统可以基于构件真实拓扑结构将原航天信息流模型拆解接口模型和不同的信息流层，拆解后的模型如图2所示。可以理解的是，可以基于处理过程抽象、接口分离、模块化的设计分解思想进行模型拆解，拆解后的信息流层可以包括应用支持层、传输层和亚网层中的一个或多个。

需要说明的是，对于接口而言，如果应用支持层下的设备访问构件的各个处理过程，输入、输出的都是pdu(protocoldataunit，协议数据单元)，接口中除了包含pdu这个数据结构之外，还有一个名为cont的控制流。cont起到一个开关的作用，只有cont为true的时候，才对pdu进行处理。对于pdu，即使每个接口内的数据都叫pdu，其内部的数据结构却存在差异，所以每一个处理过程都需要定义自己独立的输入输出接口，就算是在一个处理过程中，输入接口与输出接口的数据结构也可能不一样。另外，有些处理过程是多输入多输出的，但每个时刻，数据只能从一个接口流入，一个接口流出，这是由cont控制，也就是说同一个时刻只有一个输入或者一个输出接口的cont为true。除了pdu接口之外，还有两类接口，一个是处理过程查表时与数据缓冲区之间的接口，一个是返回处理过程命令执行结果的接口，两者组成都与pdu接口类似。

需要说明的是，拆解所得的应用支持层模型里面包含不同的设备业务访问构件，传输层模型包含不同的空间包业务构件，而亚网层包含不同的子网包业务构件，每个业务构件又是由处理过程和数据缓冲区两类模型构成。处理过程中主要是对数据进行处理，涉及到数据结构的变化或者数据数值的变动，多输出的时候，还涉及出口通道的选择；而数据缓冲区就是一个插值表，将处理过程中的某一个或者某几个数据作为插值表的输入，然后将表中的值反馈给处理过程。

s102，采用modelica将上述子模型中的信息流层抽象为新信息流模型架构。

具体的，上述系统可以采用modelica将上述子模型中的信息流层抽象为新信息流模型架构，该模型架构可以是构建新模型的基础。

s103，基于上述新信息流模型架构对所创建的单机模型进行整合生成新信息流模型。

可以理解的是，上述系统可以提取信息流层的层模型(即应用支持层模型、传输层模型和亚网层模型)指示的每个业务构件的处理过程的公用特征，和数据缓冲区的公用特征，并可以基于上述公共特征创建新信息流模型的不同单机模型，然后根据新信息流模型架构对不同单机模型进行模型整合，生成新信息流模型。

可以理解的是，上述单机模型可以包括综合接口模型和处理过程模型。需要说明的是，航天器信息流系统模型中传递的不仅仅只是信息流还有控制流，上述综合接口模型包括数据流接口模型和控制流接口模型，数据流接口模型用于传递数据，即二进制数，控制流接口模型用于传递控制信号的输入和输出。

需要说明的是，在整个模型创建的过程中，将系统中各个处理过程转化为能够用计算机语言描述的模型是关键。模型与处理过程具有一一对应的关系，但模型只能反映处理过程的部分特性，并不能全面表达所有信息，因此，在建立模型之前上述系统可以获取模型的使用场景，明确模型创建需考虑的主要因素，进而可以选择合适的建模原理和思路来进行模型的建立。

在可选实施例中，上述系统可以基于动态显示的信息流传输过程对创建的新信息流模型进行模型验证，可选的，可以通过验证关键曲线在航天器的设计阶段与设计结果是否吻合，以及在实际运行阶段与航天器的遥测值是否吻合进行模型验证。可以理解的是，若动态显示的信息流传输过程与实际不一致，则需要对模型进行修正。

在本发明实施例中，通过将原航天信息流模型拆解，采用modelica重建航天信息流模型，大大的降低了模型开发的难度，显著的提高了模型的重用性，有效缩短了信息流系统设计周期、提升了动态设计能力、提高了设计效率。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

下面将结合附图3，对本发明实施例提供的基于modelica的航天器信息流模型构建系统进行详细介绍。需要说明的是，附图3所示的基于modelica的航天器信息流模型构建系统，用于执行本发明图1和附图2所示实施例的方法，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明图1和附图2所示的实施例。

请参见图3，为本发明实施例提供了一种基于modelica的航天器信息流模型构建系统的结构示意图。如图3所示，本发明实施例的模型构建系统10可以包括：原模型拆解模块101、新模型架构创建模块102、新模型生成模块103、特征提取模块104、单机模型创建模块105和新模型验证模块106。

原模型拆解模块101，用于基于构件真实拓扑结构将原航天信息流模型拆解为接口模型和不同的信息流层。

具体实现中，原模型拆解模块101可以基于构件真实拓扑结构将原航天信息流模型拆解接口模型和不同的信息流层，拆解后的模型如图2所示。可以理解的是，可以基于处理过程抽象、接口分离、模块化的设计分解思想进行模型拆解，拆解后的信息流层可以包括应用支持层、传输层和亚网层中的一个或多个。

需要说明的是，对于接口而言，如果应用支持层下的设备访问构件的各个处理过程，输入、输出的都是pdu(protocoldataunit，协议数据单元)，接口中除了包含pdu这个数据结构之外，还有一个名为cont的控制流。cont起到一个开关的作用，只有cont为true的时候，才对pdu进行处理。对于pdu，即使每个接口内的数据都叫pdu，其内部的数据结构却存在差异，所以每一个处理过程都需要定义自己独立的输入输出接口，就算是在一个处理过程中，输入接口与输出接口的数据结构也可能不一样。另外，有些处理过程是多输入多输出的，但每个时刻，数据只能从一个接口流入，一个接口流出，这是由cont控制，也就是说同一个时刻只有一个输入或者一个输出接口的cont为true。除了pdu接口之外，还有两类接口，一个是处理过程查表时与数据缓冲区之间的接口，一个是返回处理过程命令执行结果的接口，两者组成都与pdu接口类似。

需要说明的是，拆解所得的应用支持层模型里面包含不同的设备业务访问构件，传输层模型包含不同的空间包业务构件，而亚网层包含不同的子网包业务构件，每个业务构件又是由处理过程和数据缓冲区两类模型构成。处理过程中主要是对数据进行处理，涉及到数据结构的变化或者数据数值的变动，多输出的时候，还涉及出口通道的选择；而数据缓冲区就是一个插值表，将处理过程中的某一个或者某几个数据作为插值表的输入，然后将表中的值反馈给处理过程。

新模型架构创建模块102，用于采用modelica将上述子模型中的信息流层抽象为新信息流模型架构。

具体实现中，新模型架构创建模块102可以采用modelica将上述子模型中的信息流层抽象为新信息流模型架构，该模型架构可以是构建新模型的基础。

新模型生成模块103，用于基于上述新信息流模型架构对所创建的单机模型进行整合生成新信息流模型。

可以理解的是，特征提取模块104可以提取信息流层的层模型(即应用支持层模型、传输层模型和亚网层模型)指示的每个业务构件的处理过程的公用特征，和数据缓冲区的公用特征，单机模型创建模块105可以基于上述公共特征创建新信息流模型的不同单机模型，然后新模型生成模块103可以根据新信息流模型架构对不同单机模型进行模型整合，生成新信息流模型。

可以理解的是，上述单机模型可以包括综合接口模型和处理过程模型。需要说明的是，航天器信息流系统模型中传递的不仅仅只是信息流还有控制流，上述综合接口模型包括数据流接口模型和控制流接口模型，数据流接口模型用于传递数据，即二进制数，控制流接口模型用于传递控制信号的输入和输出。

需要说明的是，在整个模型创建的过程中，将系统中各个处理过程转化为能够用计算机语言描述的模型是关键。模型与处理过程具有一一对应的关系，但模型只能反映处理过程的部分特性，并不能全面表达所有信息，因此，在建立模型之前上述系统可以获取模型的使用场景，明确模型创建需考虑的主要因素，进而可以选择合适的建模原理和思路来进行模型的建立。

在可选实施例中，新模型验证模块106可以基于动态显示的信息流传输过程对创建的新信息流模型进行模型验证，可选的，可以通过验证关键曲线在航天器的设计阶段与设计结果是否吻合，以及在实际运行阶段与航天器的遥测值是否吻合进行模型验证。可以理解的是，若动态显示的信息流传输过程与实际不一致，则需要对模型进行修正。

在本发明实施例中，通过将原航天信息流模型拆解，采用modelica重建航天信息流模型，大大的降低了模型开发的难度，显著的提高了模型的重用性，有效缩短了信息流系统设计周期、提升了动态设计能力、提高了设计效率。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。