Комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной системы управления
Предлагаемая полезная модель относится к вычислительной технике, а именно, к устройствам для отладки и контроля исправности корабельных информационно-управляющих систем, в частности, систем управления вооружением корабля. Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей имитатора для повышения достоверности отработки корабельной системы управления. Сущность полезной модели заключается в том, в комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной информационно-управляющей системы, содержащий первую электронно-вычислительную машину (ЭВМ), соединенную посредством первой системной интерфейсной магистрали (СИМ) с первым адаптером мультиплексного канала обмена, вторую ЭВМ, панель управления, включающую блок ввода данных и блок индикации, и пассивное переходное коммутационное устройство, введены серверный системный блок, соединенный с входом-выходом блока ввода данных и входом блока индикации и связанный через коммутатор локальной сети с первой ЭВМ и второй ЭВМ, которая посредством второй СИМ соединена с первым и вторым адаптерами резервированных последовательных асинхронных каналов обмена и с двухканальным адаптером последовательных синхронных каналов обмена, соответствующие входы-выходы которого через первый и второй преобразователи формата последовательного интерфейса соединены соответственно с шестым и седьмым входами-выходами пассивного переходного коммутационного устройства, а также соединенные с первой ЭВМ посредством первой СИМ второй адаптер мультиплексного канала обмена и формирователь числоимпульсного кода, соединенный через импульсный усилитель с третьим входом-выходом пассивного переходного коммутационного устройства, первый и второй входы-выходы которого соединены с первым и вторым адаптерами мультиплексных каналов обмена, а четвертый и пятый входы-выходы соединены с первым и вторым адаптерами резервированных последовательных асинхронных каналов обмена, при этом соответствующие внешние входы-выходы пассивного переходного коммутационного устройства образуют входы-выходы двух имитируемых мультиплексных каналов обмена с навигационным комплексом, имитируемого числоимпульсного канала обмена с лагом, входы-выходы двух имитируемых последовательных асинхронных каналов обмена с радиолокационной станцией и информационно-управляющей системой и входы-выходы двух имитируемых последовательных синхронных каналов обмена с гидроакустическими станциями.
Предлагаемая полезная модель относится к вычислительной технике, а именно, к устройствам для отладки и контроля исправности корабельных информационно-управляющих систем, в частности, систем управления вооружением корабля.
Современные информационно-управляющие системы связаны со многими внешними системами, с каждой из которых обмениваются данными в соответствии со своим протоколом обмена. Поэтому для отладки, регулировки и сдачи системы необходимо воспроизвести в реальном масштабе времени все входные и выходные потоки сигналов, так как внешние системы работают независимо друг от друга. С другой стороны, потоки информации взаимосвязаны, т.к. информация от внешних систем, таких, например, как гидроакустическая и радиолокационная станции, поступает от единой внешней обстановки, а данные от навигационного комплекса связаны с собственным движением корабля и влияют на данные внешних систем.
Таким образом, только одновременное имитирование в реальном масштабе времени всего потока входных и выходных данных от внешних систем позволяет достоверно отработать информационно-управляющую систему и отладить решаемые системой задачи.
Известен имитатор ИР-60 для отладки корабельных цифровых управляющих систем [1], содержащий блок ввода исходных данных, блок цифрового обмена и блок индикации, микропроцессорный модуль, адаптер, блок аналогового обмена и устройство цифрового ввода-вывода, при этом вход-выход микропроцессорного модуля соединен с входом-выходом блока цифрового обмена, группа входов-выходов которого является группой цифровых входов-выходов имитатора для отладки корабельных цифровых управляющих систем, выход адаптера соединен со входом блока индикации, вход-выход устройства цифрового ввода-вывода соединен с входом-выходом блока ввода исходных данных, микропроцессорный модуль, адаптер, блок аналогового обмена и устройство цифрового ввода-вывода связаны своими портами с интерфейсной магистралью, а входы-выходы
блока аналогового обмена являются аналоговыми входами-выходами имитатора для отладки корабельных цифровых управляющих систем.
Недостатками известного устройства являются ограниченные функциональные возможности имитатора, в частности, невозможность имитации систем управления различных типов, ограниченные возможности вывода получаемых в процессе работы данных, сложность модификации программного обеспечения имитатора.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип предлагаемой полезной модели, является имитатор системы управления [2].
Имитатор по прототипу содержит первую электронно-вычислительную машину (ЭВМ), соединенную посредством первой системной интерфейсной магистрали (СИМ) с блоком цифрового обмена, блоком аналогового обмена, адаптером мультиплексного канала обмена, первым блоком дискретного ввода и первым блоком дискретного вывода, вторую ЭВМ, соединенную посредством второй СИМ со вторым блоком дискретного ввода и вторым блоком дискретного вывода, а также панель управления, включающую блок индикации, вход которого соединен с соответствующим выходом второго блока дискретного вывода, и блок ввода данных, первый выход которого соединен с соответствующим входом второго блока дискретного ввода, второй выход соединен с соответствующим входом блока имитации неисправностей, а третий выход - с соответствующими входом пассивного переходного коммутационного устройства, соответствующие внутренние входы-выходы которого соединены с блоком имитации неисправностей, а внешние входы-выходы образуют входы-выходы каналов связи с отрабатываемой корабельной системой управления.
Недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности имитатора, в частности, невозможность одновременной имитации в реальном масштабе времени обмена информацией между отрабатываемой корабельной системой управления и всеми внешними системами, например, радиолокационной и гидроакустической станциями, что снижает достоверность отработки системы управления.
Решаемой задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей имитатора для повышения достоверности отработки корабельной системы управления путем обеспечения возможности одновременной
имитации в реальном масштабе времени обмена информацией между отрабатываемой системой и всеми внешними системами.
Сущность полезной модели заключается в том, что в комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной информационно-управляющей системы, содержащий первую электронно-вычислительную машину (ЭВМ), соединенную посредством первой системной интерфейсной магистрали (СИМ) с первым адаптером мультиплексного канала обмена, вторую ЭВМ, панель управления, включающую блок ввода данных и блок индикации, и пассивное переходное коммутационное устройство, введены серверный системный блок, соединенный с входом-выходом блока ввода данных и входом блока индикации и связанный через коммутатор локальной сети с первой ЭВМ и второй ЭВМ, которая посредством второй СИМ соединена с первым и вторым адаптерами резервированных последовательных асинхронных каналов обмена и с двухканальным адаптером последовательных синхронных каналов обмена, соответствующие входы-выходы которого через первый и второй преобразователи формата последовательного интерфейса соединены соответственно с шестым и седьмым входами-выходами пассивного переходного коммутационного устройства, а также соединенные с первой ЭВМ посредством первой СИМ второй адаптер мультиплексного канала обмена и формирователь числоимпульсного кода, соединенный через импульсный усилитель с третьим входом-выходом пассивного переходного коммутационного устройства, первый и второй входы-выходы которого соединены с первым и вторым адаптерами мультиплексных каналов обмена, а четвертый и пятый входы-выходы соединены с первым и вторым адаптерами резервированных последовательных асинхронных каналов обмена, при этом соответствующие внешние входы-выходы пассивного переходного коммутационного устройства образуют входы-выходы двух имитируемых мультиплексных каналов обмена с навигационным комплексом, имитируемого числоимпульсного канала обмена с лагом, входы-выходы двух имитируемых последовательных асинхронных каналов обмена с радиолокационной станцией и информационно-управляющей системой и входы-выходы двух имитируемых последовательных синхронных каналов обмена с гидроакустическими станциями.
Сущность полезной модели поясняется чертежом структурной схемы имитатора, на котором обозначены:
1 - серверный системный блок, выполненный в виде ЭВМ, которая содержит процессор, системную интерфейсную магистраль, видеоконтроллер, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), адаптеры последовательного и параллельного интерфейсов, адаптер локальной сети, адаптеры дисководов гибких магнитных дисков и накопителей на жестких магнитных дисках, накопитель на CD-RW;
2 - блок ввода данных, выполненный в виде клавишного устройства для ввода дискретных данных с манипулятором для управления курсором;
3 - блок индикации, выполненный в виде монитора для отображения информации на экране электронно-лучевой трубки, жидкокристаллическом или плазменном экране;
4 - панель управления,
5 - первая электронно-вычислительная машина (ЭВМ), выполненная в виде одноплатной ЭВМ, которая содержит процессор, системную интерфейсную магистраль, видеоконтроллер, ОЗУ, долговременное запоминающее устройство (ДЗУ), адаптеры последовательного и параллельного интерфейсов, адаптер локальной сети, адаптеры дисководов гибких и жестких магнитных дисках, адаптер интерфейса клавиатуры;
6, 7 - первый и второй адаптеры мультиплексных каналов обмена, соответственно, обеспечивающие обмен данными по мультиплексным каналам информационного обмена, выполненным в соответствии с ГОСТ 26765.52-87 (MIL-STD-1553 В);
8 - формирователь числоимпульсного кода, выполненный на основе последовательно соединенных генератора импульсов, счетчиков, коэффициент деления которых определяет заданный числоимпульсный код, и генератора одиночных импульсов, определяющего длительность интервала подсчета импульсов;
9 - импульсный усилитель,
10, 11 - входы для подключения технологической клавиатуры и технологического монитора,
12 - первая системная интерфейсная магистраль (СИМ), выполненная в виде магистрали ISA, PCI или VME;
13 - коммутатор локальной сети,
14 - вторая ЭВМ, выполненная аналогично ЭВМ 5;
15, 16 - первый и второй адаптеры резервированных последовательных асинхронных каналов обмена (ПАКО), соответственно, обеспечивающие формирование последовательных асинхронных импульсных сигналов, электрические параметры которых соответствуют стандарту RS-422;
17 - двухканальный адаптер последовательных синхронных каналов обмена (ПСКО), обеспечивающий обмен по двум независимым каналам обмена, электрические параметры сигналов которых удовлетворяют стандарту RS-232;
18 - вторая СИМ,
19, 20 - входы для подключения технологической клавиатуры и технологического монитора,
21, 22 - первый и второй преобразователи формата последовательного интерфейса, соответственно, обеспечивающие преобразование интерфейса RS-232 в интерфейс RS-422 для работы на длинную линию;
23 - пассивное переходное коммутационное устройство, предназначенное для подключения имитируемых каналов связи с корабельными обеспечивающими системами (навигационная система, лаг, радиолокационная станция, боевая информационно-управляющая система, гидроакустические станции) к штатным соединителям отрабатываемой корабельной системы управления вооружением.
Как показано на чертеже структурной схемы имитатора, блок 2 ввода-вывода (выполненный, например, в виде клавиатуры) и блок 4 индикации (монитор), образующие панель 2 управления, соединены с серверным системным блоком 1, который связан через коммутатор 13 локальной вычислительной сети с первой и второй ЭВМ 5 и 14.
Первая ЭВМ 5 соединена посредством первой СИМ 12 с первым и вторым адаптерами 6, 7 мультиплексных каналов обмена и с формирователем 8 числоимпульсного кода, который через усилитель 9 импульсный соединен с третьим входом-выходом пассивного переходного коммутационного устройства 23, первый и второй входы-выходы которого соединены с адаптерами 6, 7 мультиплексных каналов обмена.
Вход 10 и выход 11 ЭВМ 5 служат для подключения технологической клавиатуры и технологического монитора.
Вторая ЭВМ 14 соединена посредством второй СИМ 18 первым и вторым адаптерами 15, 16 резервированных последовательных асинхронных каналов обмена и с двухканальным адаптером 17 последовательных синхронных каналов обмена, соответствующие входы-выходы которого через первый и второй преобразователи 21, 22 формата последовательного интерфейса соединены соответственно с шестым и седьмым входами-выходами пассивного переходного коммутационного устройства 23, четвертый и пятый входы-выходы которого соединены с первым и вторым адаптерами 15, 16.
Вход 19 и выход 20 ЭВМ 14 служат для подключения технологической клавиатуры и технологического монитора.
Восьмой и девятый входы-выходы пассивного переходного коммутационного устройства 23 образуют входы-выходы имитируемых мультиплексных каналов обмена с навигационным комплексом, десятый вход-выход образует вход-выход имитируемого числоимпульсного канала обмена с лагом, одиннадцатый и двенадцатый входы-выходы образуют входы-выходы имитируемых последовательных асинхронных каналов обмена с радиолокационной станцией и боевой информационно-управляющей системой, а тринадцатый и четырнадцатый - входы-выходы имитируемых последовательных синхронных каналов обмена с гидроакустическими станциями.
Комплексный имитатор внешних систем работает следующим образом.
Перед началом работы на панели 4 управления имитатора устанавливается режим самотестирования или рабочий режим, которым может быть статическим или динамическим.
В рабочем режиме оператором с помощью блока 2 ввода данных набираются, а помощью блока 3 индикации контролируются соответствующие информационные массивы, связанные с имитируемыми внешними системами. Для имитируемого лага это составляющие скорости корабля, для имитируемого навигационного комплекса - параметры курса, скорости, углов бортовой и килевой качек, координат корабля, для имитируемой боевой информационно-управляющей системы это не только параметры целей, но и команды управления,
а для имитируемых радиолокационной и гидроакустической станций - координаты и параметры движения целей.
Кроме этого, для всех имитируемых внешних систем задаются режимы их работы и набор имитируемых неисправностей. Так, например, для радиолокационной и гидроакустической станций могут задаваться используемые шкалы и мощности передаваемых сигналов, точности определения координат и параметров движения целей.
Введенные информационные массивы в статическом рабочем режиме передаются с фиксированной низкой частотой по локальной вычислительной сети (Ethernet) через коммутатор 13 локальной сети в первую и вторую ЭВМ 5 и 14.
В соответствии с программами, записанными в долговременных запоминающих устройствах, эти массивы преобразуются в пакеты данных, соответствующих протоколам обмена внешних систем с отрабатываемой корабельной системы управления вооружением.
Эти пакеты формируются с высокой частотой и передаются для имитируемого навигационного комплекса в адаптеры 5, 6 мультиплексных каналов обмена, работающие одновременно и независимо друг от друга. Информационные массивы передаются в соответствии с ГОСТ 26705.82-87 (MIL-STD - 583).
Для имитируемого лага в формирователь 8 числоимпульсного кода передается значение скорости, преобразуемое им в числоимпульсную последовательность.
Для имитируемых радиолокационной станции и боевой информационно-управляющей системы формируются байтовые асинхронные потоки, передаваемые через адаптеры 14, 15 резервированных последовательных асинхронных каналов обмена в соответствии со стандартом RS-422.
Для двух имитируемых гидроакустических станций формируются два байтовых синхронных потока в соответствии со стандартом RS-232, которые передаются через двухканальных адаптер 17 синхронных каналов обмена.
Выработанные сигналы в необходимых случаях усиливаются: сигналы с выхода формирователя 8 числоимпульсного кода - в импульсном усилителе 9, а сигналы с выходов двухканального адаптера 17 - в преобразователях 21, 22 формата последовательных интерфейсов.
После необходимого усиления пакеты сигналов, имитирующих соответствующие внешние системы, через входы с первого по седьмой пассивного переходного коммутационного устройства 23 передаются на его выходы с восьмого по четырнадцатый и далее - на соответствующие входы отрабатываемой корабельной системы управления вооружением.
Динамический режим работы имитатора отличается от статического тем, что в серверном системном блоке 1 информационные массивы меняются в реальном масштабе времени в соответствии с динамикой движения целей, носителя и заданных временных изменений в условиях функционирования внешних систем. При этом взаимодействие между серверным системным блоком 1 и ЭВМ 5, 14 не меняется.
Каналы связи имитируемых внешних систем с отрабатываемой системой являются двунаправленными. Из отрабатываемой системы в соответствии с заданным протоколом обмена с заданной частотой поступают служебные пакеты для проверки целостности канала связи. Эти пакеты, пройдя через соответствующие адаптеры 6-8 и 15-17 и ЭВМ 5, 14, через коммутатор 13 локальной сети и серверный системный блок 1, попадают на панель управления, где отображаются на экране блока 3 индикации, что позволяет оператору принять решение об исправности канала связи. Кроме того, оператор может искусственно задать любую неисправность любого канала связи и перейти к передаче с основного канала на резервный.
Имитатор имеет два режима самотестирования: текущее самотестирование и углубленное самотестирование.
Режим текущего самотестирования задается с панели управления без изменения конфигурации имитатора и при сохранении связи с отрабатываемой системой. При этом с серверного системного блока 1 через коммутатор 13 локальной сети производится опрос состояния первой ЭВМ 5 и соединенных с ней посредством первой СИМ 12 адаптеров 6-8, а также опрос второй ЭВМ 14 и соединенных с ней посредством второй СИМ 18 адаптеров 15-17. Результаты опроса высвечиваются на экране блока 3 индикации в виде диаграммы с выделением неисправных компонентов.
В режиме углубленного самотестирования перед его началом при помощи внешних соединителей производится соединение между собой входов-выходов
адаптеров 5, 6 мультиплексных каналов обмена, адаптеров 15, 16 резервированных последовательных асинхронных каналов обмена и преобразователей 21, 22 формата последовательных интерфейсов. При этом связь с отрабатываемой корабельной системой нарушается.
После такого изменения конфигурации имитатора с панели 4 управления задается режим углубленного самотестирования и через коммутатор 13 локальной сети производится опрос адаптеров 6, 7 и формирователя 8, связанных с ЭВМ 5 посредством СИМ 12 и опрос адаптеров 15, 16, 17, связанных с ЭВМ 14 посредством СИМ 18. Результаты тестирования высвечиваются на экране блока 3 индикации с выделением неисправных устройств имитатора.
Режим автономного самотестирования используется для автономных испытаний и сдачи испытания.
При отладке имитатора его компоненты могут настраиваться автономно, при этом к входам 10 и 19 подключаются блоки технологической клавиатуры, а выходам 11 и 20 - технологические мониторы.
Таким образом, предлагаемый имитатор обладает широкими функциональными возможностями, одновременно воспроизводя в реальном масштабе времени потоки сигналов от различных внешних систем и обеспечивая контроль принятых из отрабатываемой системы служебных пакетов информации, что позволяет повысить достоверность отработки системы и ее надежность.
Промышленная применимость полезной модели определяется тем, что предлагаемый имитатор может быть изготовлен согласно приведенным описанию и чертежу на основе известных комплектующих изделий и известного технологического оборудования, используемых в приборостроении, и использован при отработке корабельных систем управления вооружением. Список литературы
1. РФ, свидетельство №6251, на полезную модель, МПК G06F 11/28, публикация 16.03.1998 г.
2. РФ, патент №59284 на полезную модель, МПК G06F 11/28, публикация 10.12.2006 г., прототип
Комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной системы управления, содержащий первую электронно-вычислительную машину (ЭВМ), соединенную посредством первой системной интерфейсной магистрали (СИМ) с первым адаптером мультиплексного канала обмена, вторую ЭВМ, панель управления, включающую блок ввода данных и блок индикации, и пассивное переходное коммутационное устройство, отличающийся тем, что в него введены серверный системный блок, соединенный с входом-выходом блока ввода данных и входом блока индикации и связанный через коммутатор локальной сети с первой ЭВМ и второй ЭВМ, которая посредством второй СИМ соединена с первым и вторым адаптерами резервированных последовательных асинхронных каналов обмена и с двухканальным адаптером последовательных синхронных каналов обмена, соответствующие входы-выходы которого через первый и второй преобразователи формата последовательного интерфейса соединены соответственно с шестым и седьмым входами-выходами пассивного переходного коммутационного устройства, а также соединенные с первой ЭВМ посредством первой СИМ второй адаптер мультиплексного канала обмена и формирователь числоимпульсного кода, соединенный через импульсный усилитель с третьим входом-выходом пассивного переходного коммутационного устройства, первый и второй входы-выходы которого соединены с первым и вторым адаптерами мультиплексных каналов обмена, а четвертый и пятый входы-выходы соединены с первым и вторым адаптерами резервированных последовательных асинхронных каналов обмена, при этом соответствующие внешние входы-выходы пассивного переходного коммутационного устройства образуют входы-выходы двух имитируемых мультиплексных каналов обмена с навигационным комплексом, имитируемого числоимпульсного канала обмена с лагом, входы-выходы двух имитируемых последовательных асинхронных каналов обмена с радиолокационной станцией и информационно-управляющей системой и входы-выходы двух имитируемых последовательных синхронных каналов обмена с гидроакустическими станциями.
