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.
Решаемой задачей является упрощение конструкции имитатора за счет использования в его структуре устройств удаленной загрузки при одновременном расширении возможностей имитирования входных и выходных сигналов.
Сущность полезной модели заключается в том, что в комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной системы управления, содержащий серверный системный блок, соединенный с блоком ввода данных, блоком индикации и коммутатором локальной сети, первую электронно-вычислительную машину (ЭВМ), к системной интерфейсной магистрали (СИМ) которой подключен первый двухканальный адаптер асинхронных последовательных каналов, вторую ЭВМ, к СИМ которой подключены второй двухканальный адаптер асинхронных последовательных каналов и первый адаптер мультиплексного канала, введены третья ЭВМ, к СИМ которой подключен второй адаптер мультиплексного канала, первое, второе и третье устройства удаленной загрузки, соединенные соответственно с первым, вторым и третьим сетевыми адаптерами, через которые СИМ первой, второй и третьей ЭВМ связаны с коммутатором локальной сети, а также подключенное к СИМ второй ЭВМ устройство дискретного ввода-вывода, вход питания которого соединен с источником постоянного тока, при этом на информационных входах-выходах первого двухканального адаптера асинхронных последовательных каналах формируются данные имитируемых каналов обмена с навигационным комплексом, на информационных входах-выходах второго двухканального адаптера асинхронных последовательных каналов формируются данные имитируемых каналов обмена с лагом и системой целеуказания, на информационных входах-выходах устройства дискретного ввода-вывода формируются данные имитируемого канала обмена с системой контроля, управления и блокировки, а на информационных входах-выходах первого и второго адаптеров мультиплексных каналов формируются данные имитируемых каналов обмена с боевой информационно-управляющей системой и дополнительной системой целеуказания.
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 системы управления [1], который 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 известного имитатора являются его ограниченные функциональные возможности, 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.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип предлагаемой полезной модели, является комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной системы управления [2].
Имитатор по прототипу содержит первую 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, пассивное переходное коммутационное устройство, 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, Кроме этого, в состав имитатора входят соединенные с первой ЭВМ посредством первой СИМ второй адаптер мультиплексного канала обмена и формирователь число-импульсного 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 информационного 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 выходы имитатора.
К недостатком прототипа относятся, во-первых, высокие требования к используемым ЭВМ, которые обладают характеристиками серверного системного блока, хотя решают ограниченный круг задач (формирование пакетов информации на физическом уровне), а во-вторых, отсутствие возможностей моделирования входных и выходных дискретных сигналов для целей контроля, управления и блокировки систем управления вооружением.
Решаемой задачей является упрощение конструкции имитатора за счет использования в его структуре устройств удаленной загрузки при одновременном расширении возможностей имитирования входных и выходных сигналов.
Сущность полезной модели заключается в том, что в комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной системы управления, содержащий серверный системный блок, соединенный с блоком ввода данных, блоком индикации и коммутатором локальной сети, первую электронно-вычислительную машину (ЭВМ), к системной интерфейсной магистрали (СИМ) которой подключен первый двухканальный адаптер асинхронных последовательных каналов, вторую ЭВМ, к СИМ которой подключены второй двухканальный адаптер асинхронных последовательных каналов и первый адаптер мультиплексного канала, введены третья ЭВМ, к СИМ которой подключен второй адаптер мультиплексного канала, первое, второе и третье устройства удаленной загрузки, соединенные соответственно с первым, вторым и третьим сетевыми адаптерами, через которые СИМ первой, второй и третьей ЭВМ связаны с коммутатором локальной сети, а также подключенное к СИМ второй ЭВМ устройство дискретного ввода-вывода, вход питания которого соединен с источником постоянного тока, при этом на информационных входах-выходах первого двухканального адаптера асинхронных последовательных каналах формируются данные имитируемых каналов обмена с навигационным комплексом, на информационных входах-выходах второго двухканального адаптера асинхронных последовательных каналов формируются данные имитируемых каналов обмена с лагом и системой целеуказания, на информационных входах-выходах устройства дискретного ввода-вывода формируются данные имитируемого канала обмена с системой контроля, управления и блокировки, а на информационных входах-выходах первого и второго адаптеров мультиплексных каналов формируются данные имитируемых каналов обмена с боевой информационно-управляющей системой и дополнительной системой целеуказания.
Сущность полезной модели поясняется чертежом структурной схемы имитатора, на котором обозначены:
1 - серверный системный блок,
2 - блок ввода данных,
3 - блок индикации,
4 - панель управления,
5 - первая ЭВМ,
6 - первый сетевой адаптер,
7 - устройство удаленной загрузки, выполненное в виде перепрограммируемого запоминающего устройства,
8 - первый двухканальный адаптер последовательных асинхронных каналов,
9 - устройство дискретного ввода-вывода,
10 - источник постоянного тока,
11 - системная интерфейсная магистраль первой ЭВМ, выполненная в виде магистрали ISA, PCI или VME;
12 - коммутатор локальной сети,
13 - вторая ЭВМ,
14 - второй сетевой адаптер,
15 - второе устройство удаленной загрузки,
16 - второй двухканальный адаптер последовательных асинхронных каналов,
17 - первый адаптер мультиплексного канала,
18 - СИМ второй ЭВМ,
19 - третья ЭВМ,
20 - третий сетевой адаптер,
21 - третье устройство удаленной загрузки,
22 - второй адаптер мультиплексного канала,
23 - СИМ третьей ЭВМ,
24 - пассивное переходное коммутационное устройство.
Как показано на чертеже структурной схемы имитатора, блок 2 ввода-вывода (выполненный в виде клавиатуры и манипулятора для управления курсором) и блок 3 индикации (монитор), образующие панель 4 управления, соединены с серверным системным блоком 1, который выполнен в виде ЭВМ, содержащей процессор, системную интерфейсную магистраль, видеоконтроллер, оперативное запоминающее устройство, адаптеры последовательного и параллельного интерфейсов, сетевой адаптер, адаптеры дисководов гибких магнитных дисков и накопителей на жестких магнитных дисках, накопитель на CD-RW.
Серверный системный блок 1 объединен в локальную вычислительную сеть (Ethernet) с периферийными ЭВМ 5, 13, 19 посредством коммутатора 12 локальной сети и сетевых адаптеров 6, 14, 20, которые подключены соответственно к СИМ 11, 18, 23 первой, второй и третьей ЭВМ. Кроме этого, сетевые адаптеры 6, 14, 20 соединены соответственно с первым, вторым и третьим устройствами 7, 15, 21 удаленной загрузки, представляющими собой перепрограммируемые запоминающие устройства.
К СИМ 11 первой ЭВМ 5 подключены первый двухканальный адаптер 8 асинхронных последовательных каналов, формирующий последовательности импульсных сигналов, электрические параметры которых соответствуют стандарту RS-422, и устройство 9 дискретного ввода-вывода, представляющее собой набор управляемых регистров и усилителей входных и выходных сигналов. Вход питания устройства 9 дискретного ввода-вывода соединен с источником 10 постоянного тока.
К СИМ 18 второй ЭВМ 13 подключены второй двухканальный адаптер 16 асинхронных последовательных каналов и первый адаптер 17 мультиплексного канала обмена, выполненный в соответствии с ГОСТ Р52070-2003 (MIL-STD-1553 В).
К СИМ 23 третьей ЭВМ 19 подключен второй адаптер 22 мультиплексного канала обмена.
Информационные входы-выходы адаптеров 8, 16, 17, 22 и устройства 9 дискретного ввода-вывода подключены соответственно к внутренним входам-выходам 1-2, 4-5, 6, 7 и 3 пассивного переходного коммутационного устройства 24, соответствующие внешние входы-выходы 8-9, 11-12, 13, 14 и 10 которого образуют внешние разъемы имитатора для подключения соответствующих устройств отрабатываемой корабельной системы управления.
Для отработки корабельной системы управления вооружением к соответствующим входам-выходам с восьмого по четырнадцатый пассивного переходного коммутационного устройства 24 (внешним разъемам имитатора) подключают аппаратуру, связанную в реальных условиях каналами обмена с навигационным комплексом, системой контроля, управления и блокировки, лагом, системой целеуказания, боевой информационно-управляющей системой и дополнительной системой целеуказания.
После включения питания имитатора устройства 7, 15, 21 удаленной загрузки передают запрос в серверный системный блок 1 на загрузку программ в оперативные запоминающие устройства ЭВМ 5, 13, 19. Затем по локальной сети Ethernet через коммутатор 12 локальной сети производится загрузка как операционной системы, так и специализированного программного обеспечения, определяющего порядок формирования пакетов данных в соответствии с протоколами обмена с соответствующими корабельными системами.
Использование устройств удаленной загрузки позволяет значительно снизить требования к ЭВМ 5, 13, 19, исключив из их состава внешние запоминающие устройства. Все необходимое программное обеспечение загружается из серверного системного блока 1 после включения имитатора. Это позволяет существенно упростить конструкцию имитатора, снизить его стоимость и уменьшить массо-габаритные характеристики.
На панели 4 управления имитатором устанавливается режим самотестирования или рабочий режим, который может быть статическим или динамическим.
В рабочем режиме с помощью блока 2 ввода данных набираются, а с помощью блока 3 индикации контролируются соответствующие информационные массивы, связанные с имитируемыми внешними системами. Для имитируемого навигационного комплекса это параметры курса, скорости, углов бортовой и килевой качки, координат корабля, для имитируемого лага - составляющие скорости корабля, для имитируемой системы целеуказания - координаты и параметры движения целей, для системы контроля и блокировки - команды управления, разрешения и контроля залпа.
Кроме этого, для всех имитируемых внешних систем задаются режимы их работы и набор имитируемых неисправностей. Так, например, для навигационного комплекса может задаваться точность определения координат и режим контроля.
Введенные информационные массивы в статическом рабочем режиме передаются в ЭВМ 5, 13, 19 по локальной вычислительной сети (через коммутатор 12 и сетевые адаптеры 6, 14, 20) с фиксированной низкой частотой.
В соответствии с программами, которые загружаются в ОЗУ указанных ЭВМ после включения имитатора, эти массивы преобразуются в пакеты данных, соответствующие протоколам обмена внешних систем с отрабатываемой корабельной системой управления вооружением.
Эти пакеты формируются с высокой частотой и передаются для имитируемого навигационного комплекса в двухканальный адаптер 8 асинхронных последовательных каналов, с информационных входов-выходов которого транслируются через первый и второй внутренние разъемы пассивного переходного коммутационного устройства на его восьмой и девятый внешние разъемы и далее поступают на входы соответствующей аппаратуры отрабатываемой системы. Оба канала работают одновременно и независимо друг от друга, обеспечивая имитацию обмена с навигационным комплексом в соответствии со стандартом RS-422.
Для системы контроля, управления и блокировки информация поступает на устройство 9 дискретного ввода-вывода, запитываемое источником 10 постоянного тока. Ответная информация из системы контроля, управления и блокировки поступает через 10-й вход-выход пассивного коммутационного устройства 24 на это же устройство 9, далее поступает в ЭВМ 5, а из нее по локальной вычислительной сети через сетевой адаптер 6, коммутатор 12 локальной сети и серверный системный блок 1 - в блок 3 индикации.
Для имитируемых лага и радиолокационной системы целеуказания формируются два байтовых асинхронных потока, передаваемых под управлением ЭВМ 13 через двухканальных адаптер 16 в соответствии со стандартом RS-422, причем каждый из каналов работает независимо от другого.
Для имитируемой боевой информационно-управляющей системы формируются пакеты информации, передаваемые в адаптер 17 мультиплексного канала, который обеспечивает передачу массивов по резервированному каналу обмена в соответствии с ГОСТ Р52070-2003.
Сформированные пакеты сигналов аналогично рассмотренному выше передаются на соответствующие внешние разъемы имитатора и далее поступают в соответствующие устройства отрабатываемой системы.
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 системным блоком 1 и ЭВМ 5, 13, 19 не меняется.
Режим самотестирования имитатора задается с панели 4 управления без изменения конфигурации имитатора и при сохранении связей с отрабатываемой корабельной системой управления. При этом с серверного системного блока 1 через коммутатор 12 локальной сети производится опрос состояния первой ЭВМ 5 и соединенных с ней адаптеров 6, 8 и устройства 9 дискретного ввода-вывода, второй ЭВМ 13 и соединенных с ней адаптеров 14, 16, 17 и третьей ЭВМ 19 с соединенными с ней адаптерами 20, 22. Результаты опроса высвечиваются на экране блока 3 индикации в виде диаграмм с выделением неисправных компонентов.
Режим самотестирования имитатора используется не только для проверки его исправности, но и для автономных испытаний при сдаче имитатора.
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, патент 
59284 на полезную модель, МПК G06F 11/28, публикация 10.12.2006 г.
2. РФ, патент 78590 на полезную модель, МПК G06F 11/28, публикация 27.11.2008 г.
Комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной системы управления, содержащий серверный системный блок, соединенный с блоком ввода данных, блоком индикации и коммутатором локальной сети, первую электронно-вычислительную машину (ЭВМ), к системной интерфейсной магистрали (СИМ) которой подключен первый двухканальный адаптер асинхронных последовательных каналов, вторую ЭВМ, к СИМ которой подключены второй двухканальный адаптер асинхронных последовательных каналов и первый адаптер мультиплексного канала, отличающийся тем, что в него введены третья ЭВМ, к СИМ которой подключен второй адаптер мультиплексного канала, первое, второе и третье устройства удаленной загрузки, соединенные соответственно с первым, вторым и третьим сетевыми адаптерами, через которые СИМ первой, второй и третьей ЭВМ связаны с коммутатором локальной сети, а также подключенное к СИМ второй ЭВМ устройство дискретного ввода-вывода, вход питания которого соединен с источником постоянного тока, при этом на информационных входах-выходах первого двухканального адаптера асинхронных последовательных каналах формируются данные имитируемых каналов обмена с навигационным комплексом, на информационных входах-выходах второго двухканального адаптера асинхронных последовательных каналов формируются данные имитируемых каналов обмена с лагом и системой целеуказания, на информационных входах-выходах устройства дискретного ввода-вывода формируются данные имитируемого канала обмена с системой контроля, управления и блокировки, а на информационных входах-выходах первого и второго адаптеров мультиплексных каналов формируются данные имитируемых каналов обмена с боевой информационно-управляющей системой и дополнительной системой целеуказания.
