- 3
|
|
-
| СИСТЕМА КОМПЛЕКСНОЙ ОТРАБОТКИ БКУ И ЕГО ПО
|
-
| Процесс отработки БКУ и его ПО. Этапы отработки.
Методология отработки.
Средства отработки ПО БКУ.
Наземный комплекс отработки ПО БКУ КА.
|
-
| Центральное место в разработке ПО БКУ КА занимают вопросы отработки и испытаний с использованием стендов имитационного моделирования.
|
-
| Рассмотрим жизненный цикл создания ПО БКУ КА.
|
-
| Под отработкой программного обеспечения БКУ будем понимать стадии жизненного цикла создания ПО после проектирования, разработки и кодирования, включающие в себя: автономное тестирование на автоматизированных рабочих местах (АРМ) компонентов ПО (КПО) и интеграция КПО в ЭКПО (этапы верификации); комплексное тестирование и отладка ЭКПО на НКО (этапы верификации); стыковочные испытания аппаратно-программных средств БЦВС с реальной аппаратурой или ее эквивалентами на НКО (этапы верификации); формальные квалификационные испытания на НКО (квалификация); испытания аппаратно-программных средств БКУ и его ПО в составе КА в КИС (валидация).
Испытания формально не являются этапом отработки и верификации ЭКПО, но необходимы для проверки работы ПО в реальной окружающей среде и проверки взаимодействия ПО с реальной аппаратурой в составе изделия в целом, т.е. валидации ПО.
Задачей данных этапов отработки ПО является обнаружение, локализация и устранение возможных ошибок, подтверждение работоспособности программных модулей и определение соответствия функционирования ПО техническому заданию.
Объект отработки -ПО БКУ КА.
Методология отработки программного обеспечения БКУ определяетметоды и средства его отработки.
Методоло́гия (от греч. μεθοδολογία — учение о способах; от др.-греч. μέθοδος из μετά- + ὁδός, букв. «путь вслед за чем-либо» и др.-греч. λόγος — мысль, причина) — учение о методах, способах и стратегиях.
Методы ориентированы на использование определенных средств.
Средства отработки АРМ, НКО, КИС.
|
-
| Основным средством отработки БКУ КА и его ПО является наземный комплекс отработки (НКО).
НКО включает в себя:
- бортовую цифровую вычислительную систему или ее инженерный эквивалент, где реализуется программное обеспечение управления бортовыми системами КА;
- моделирующую систему реального времени (МСРВ), обеспечивающую имитацию компьютеров и устройств БЦВС, имитацию штатного и нештатного функционирования бортовых систем, включая математические модели датчиков, исполнительных органов СУДН, модель движения КА и имитатор окружающей среды;
- средства управления испытаниями (включая средства управления от НКУ и экипажа) и вспомогательные средства (сетевое оборудование, средства обеспечения температурного режима, кабельная сеть, средства обеспечения электропитания).
Результаты моделирования, выраженные в сигналах, параметрах и расчетных величинах, из МСРВ поступают в БЦВС или ее инженерный эквивалент, как правило, по штатным аппаратным интерфейсам, и обрабатываются бортовыми алгоритмами управления. Бортовые алгоритмы, в соответствии с заложенной в них логикой, формируют команды управления, (передаются в модели исполнительных органов), программные телеметрические параметры и сообщения (передаются в модель ЦУП). Этот замкнутый контур моделирования доступен для наблюдения со стороны средств управления испытаниями.
Рабочие места испытателей и разработчиков в составе средств управления испытаниями позволяют задавать начальные условия и сценарии моделирования. Имеется возможность получать бортовую телеметрию и любые другие бортовые и модельные параметры, а также корректировать логику функционирования замкнутого контура отработки, изменять значения отдельных параметров, режимы работы ПО БЦВС или ПО МСРВ.
|
-
| НКО включает в себя:
- бортовую цифровую вычислительную систему или ее инженерный эквивалент, где реализуется программное обеспечение управления бортовыми системами КА;
- моделирующую систему реального времени (МСРВ), обеспечивающую имитацию компьютеров и устройств БЦВС, имитацию штатного и нештатного функционирования бортовых систем, включая математические модели датчиков, исполнительных органов СУДН, модель движения КА и имитатор окружающей среды;
- средства управления испытаниями (включая средства управления от НКУ и экипажа) и вспомогательные средства (сетевое оборудование, средства обеспечения температурного режима, кабельная сеть, средства обеспечения электропитания).
|
-
| Структура проведения испытаний ПО БКУ на НКО на примере СМ РС МКС приведена на слайде.
|
-
| Структура стенда НКО на примере РС МКС приведена на слайде.
Российский сегмент МКС представлен НКО СМ, НКО ФГБ, НКО ATV.
НКО РС МКС взаимодействует с НКО АС МКС.
НКО РС МКС состоит из БЦВС (ЦВМ СМ, ТВМ СМ, КЦП, управляющий лаптоп СМ), МСРВ (CM Sim Node), средствами управления испытаниями (включая систему связи с БВС (ССБВС)).
НКО ФГБ состоит из БЦВМ (ФГБ MDM), МСРВ (ФГБ Sim Node, ФГБ RTIOP).
НКО АС состоит из БЦВС АС (C&C MDM, GNC MDM), МСРВ (АС Sim Node, C&C RTIOP, GNC RTIOP).
Обмен между моделями осуществляется по рефлективной памяти.
Подробно с тестированием и отладкой ПО БКУ на НКО вы познакомитесь во время последующих лекций.
|
-
| Проблемы моделирования космических аппаратов для отработки ПО БКУ. Программное обеспечение моделей.
|
-
| Под моделированием понимается воспроизведение некоторой сложной системы (в данном случае КА) при помощи другой, более простой и доступной для разработки, изменения ее характеристик и наблюдения ее поведения при этих изменениях.
В математической форме модель КА может быть выражена следующим образом:
К=F(Ai;Xj),
где
К – выбранный критерий исходя из глубины моделирования;
F – оператор (символ модели);
Ai - информация, вводимая в модель, которая не может изменяться по воле разработчика или испытателя ПО;
Xj – управляющие параметры (например, задание НШС), которые выбираются в процессе моделирования и отработки ПО.
|
-
| Существует несколько методов моделирования:
• физическое - роль физической модели выполняет наземный стенд, включающий реальную аппаратуру КА (по сути дела это наземный аналог КА, работающий в лабораторных условиях и связанный всеми требуемыми информационными каналами с ЦУП);
• смешанное - физическая модель КА сопрягается с вычислительным комплексом, на котором осуществляется математическое моделирование части процессов в системах КА (например, тепловых) и динамики его движения;
• математическое - динамика движения КА и процессы, протекающие на борту и в наземной части систем управления полетом моделируются вычислительным комплексом.
|
-
| Физическое моделирование
Преимущества:
• практически полная электрическая идентичность модели реальному КА;
• наиболее простое программное обеспечение подготовки и проведения моделирования.
Недостатки:
• узкий круг имитируемых нештатных ситуаций, поскольку для имитации отказов нужно изменять характеристики реальной аппаратуры либо просто выводить оборудование из строя;
• практически невозможна имитация динамики движения КА, тепловых и энергетических процессов;
• затруднена имитация отказов в наземных средствах управления полетом.
|
-
| Смешанное моделирование
Преимущества:
• расширение возможностей по имитации нештатных ситуаций.
Недостатки:
• сохраняются недостатки, присущие физическому моделированию, поскольку в вычислительном комплексе моделируются не все процессы КА.
|
-
| Математическое моделирование –наиболее универсальный способ моделирования КА.
Преимущества:
• широкие возможности по имитации нештатных ситуаций, так как в этом случае такая имитация сводится к соответствующей настройке математической модели КА;
• широкие возможности по имитации динамики движения КА, систем и приборов, тепловых и энергетических процессов;
• проведение основного объема комплексных тренировок без привлечения реальных средств ЦУП.
Недостатки:
• разработка сложного адекватного ПО для наземного комплекса моделирования.
|
-
| Математическая модель КА и полетной обстановки может строиться в виде аналитической или имитационной модели.
На практике создание аналитической модели KA, позволяющей провести исчерпывающие исследования полетных операций в любых ситуациях, не представляется возможным, что объясняется большой сложностью КА как объекта моделирования — наличием большого числа элементов непрерывного и дискретного действия, нелинейных связей между ними и т.д.
Поэтому математическая модель КА и полетной обстановки строится обычно в виде имитационной модели, которая приближенно воспроизводит сам КА с его логической структурой и процессами, протекающими в его бортовых системах.
Несмотря на недостатки имитационного моделирования (по сравнению с аналитическим), состоящие в том, что полученное решение всегда носит частный характер, отвечающий заданным начальным условиям и состоянию систем КА, этот вид моделирования является наиболее эффективным методом исследования такой сложной системы как КА, с наличием очень большого числа элементов непрерывного и дискретного действия, нелинейных связей между элементами, влиянием множества случайных внешних воздействий. В дальнейшем изложении под математической моделью будем подразумевать именно имитационную модель.
|
-
| Математическая модель КА и его бортовых систем должна обеспечивать:
- моделирование работы всех бортовых систем КА и происходящих в них процессов;
- отклик моделируемых систем КА на управляющие воздействия (радиокоманды, управление с пульта экипажа, команды от внутренней автоматики КА);
- моделирование движения центра масс КА и его вращения относительно центра масс;
- генерирование полного потока телеметрической информации КА;
- моделирование информационных связей с ЦУП;
- ввод нештатных ситуаций в модели бортовых систем КА и наземных систем ЦУП.
|
-
| Состав модели
Модель системы КА образуется из моделей ее частей, а модель КА в целом – из моделей бортовых систем.
Увязку последовательности решения отдельных алгоритмов моделирования бортовых систем в единой математической модели КА осуществляет диспетчер, реализованный аналогично диспетчеру служебного ПО БЦВМ. Моделирующая вычислительная платформа НКО работает под управлением операционных систем реального времени (как правило, это QNX).
Математическая модель КА представляет собой комплекс программ, работающих в реальном масштабе времени (может использоваться также режим ускоренного моделирования полетных операций).
|
-
| Структура ПО модели приведена на слайде.
|
-
| Используемые модели бортовых систем на примере служебного модуля РС МКС представлены на слайде.
"Глубина" моделирования каждой из систем при математическом моделировании не ограничена, а на практике может приниматься, например, такой, чтобы обеспечивались выходные характеристики модели, достаточные для моделирования телеметрической информации, поступающей с реального КА.
При разработке имитационной модели любой из бортовых систем КА удобно выделить такие характеристики системы, как входные и выходные генерируемые сигналы и скорость (частота) их обновления.
По виду генерируемых сигналов бортовые системы КА (или блоки систем) можно разделить на системы с дискретными выходными сигналами, системы с непрерывными выходными сигналами и системы (блоки) с выходными сигналами в виде телеметрической информации (это блоки радиотелеметрической системы КА).
Для каждой из систем (блоков), классифицируемых указанным образом, можно разработать относительно универсальные математические модели.
Каждый из алгоритмов, описывающих эти универсальные модели частей (блоков) систем КА, исходя из скорости обновления выходных сигналов, может реализовываться в процессе моделирования полета либо перодически, либо периодически по заявке, либо непериодически по заявке.
Диспетчер программного обеспечения математических моделей, обеспечивает запуск и выполнение следующих функций:
- получение из программ обмена по МКО номера такта обмена БЦВС;
- службы времени;
- моделирование радиосистем "Регул" и БИТС;
- работу устройств сопряжений УС21-1(2), УС21-3(4), УС22-1, УС22-2, УС СО и УС транспортного грузового корабля (ТГК);
- ввода-вывода данных для передачи информации через рефлективную память («Reflective Memory»);
- моделирование работы системы блока синхрочастот времени;
- работу диспетчера моделей системы управления бортовой аппаратурой (СУБА);
- работу диспетчера моделей системы управления движением и навигацией (СУДН).
Диспетчер моделей СУБА обеспечивает запуск и выполнение программных компонентов моделей следующих бортовых систем:
- ОДУ (включая ДО и КД);
- перекачки топлива;
- СОТР СМ;
- ССВП СМ;
- системы внешних элементов конструкции;
- СОСБ СМ;
- СЭП СМ;
- "Электрон";
- "Воздух";
- БМП;
- «Сигнал-ВМ»;
- «КУРС-П» СМ;
- ТВС СМ;
- ТТС СМ;
- пожарообнаружения СО;
- СОТР СО;
- АСС СО;
- ТМДТ СО;
- ССП СО;
- функций, моделирующих внутреннюю физическую среду СМ и датчиковую аппаратуру системы обеспечения газового состава (СОГС).
В свою очередь, диспетчер моделей СУДН обеспечивает запуск и выполнение следующих функций:
- моделирования движения центра масс СМ, аэродинамических сил и моментов, координат астроориентиров, магнитного поля Земли, упругих колебаний конструкций, моментов двигателей ориентации;
- математических моделей приборов и аппаратуры СУДН: ГИВУС, ОРТ, БОКЗ, БОКС, ИКВ, магнитометров, рулевых машинок корректирующих двигателей и др;
- модели навигационного контура.
В зависимости от режима работы имитационной модели КА предусмотрена возможность отключения любой модели СУДН и СУБА по команде оператора.
|
-
| Методология реализации процесса тестирования и отладки ПО БКУ определяет состав и последовательность отрабатываемых модулей ПО, а также выбор множества тестируемых магистральных путей, которые обеспечивают необходимые показатели функциональной корректности ПО на базе режимов работы систем и приборов КА, включающих расчетные нештатные ситуации.
|
2020-05-11
540
