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系统可测试性、诊断及维护性分析设计软件——TEAMS™
WCET(最差情况执行时间)分析工具——Rapitime
嵌入式操作系统及其开发环境——VxWorks
开源的嵌入式实时数据库——Berkeley DB
飞行仿真开发环境——D-Six
嵌入式计算机硬件产品
多通道视频播放软件-IMMERSIVE
 
飞行仿真开发环境——D-Six

一、功能描述

    D-Six是美国Bihrle公司的飞行模拟器仿真测试集成工具。Bihrle公司是70年代成立的,主要从事风洞空气动力学和飞行测试研究,DSix是他们公司推出的著名飞行仿真测试及模拟器集成化工具软件。
    D-Six的提供了完整的飞行测试及模拟器的开发集成软件工具,核心特点提供专业的飞行仿真测试开发环境,方便地实现对各种不同规范和风格的仿真测试应用项目(程序)、试验数据和硬件设备的集成和可视化,提供:

  • 全面的集成化仿真开发环境和专业的飞行测试系统建模工具;
  • 面向基于Windows的“硬件在回路”实时测试;
  • 面向可视化视景的“人在回路”仿真应用;
  • 面向飞行模拟器的仿真工程向导(VC++ wizard-based project);
  • 用户继承代码(Legacy Code)集成;
  • 优化的飞行实验数据表(optimized table lookup)模型实现和驱动;
  • 飞行模型及仿真分析工具;
  • 开放第三方软接口件工具;
  • 开放的可配置的硬件IO及仪表接口工具;
  • 飞行模拟器和场景可视化模块;
  • 虚拟仪表模块
  • 与NI、MATLAB、FCS等的软硬件接口;
  • 集成视景硬件(图形工作站(IG)、投影、球幕、座舱、屏显、监控仪表、开关、指示灯等)的飞行模拟器解决方案。

    D-Six是基于PC平台的新仿真模拟环境,综合了运行现实中最复杂的工程仿真模拟的计算能力、绘图界面,分析工具以及仿真模拟发展环境的开放性和灵活性等各项功能及特性. 不同于其它以PC机为基础的仿真工具, 一个单独的D-SIX应用程序就可以完全支持从仿真模拟的开发、分析和验证、可视化视景显示、同时还可支持实时硬件在回路的仿真模拟开发。
    相对于从现有的仿真环境到更现代化的设计语言的转换, D-SIX 从产生起就是C++的语言环境, 完全面向对象,并充分发挥现有WINDOWS PC计算机平台下运行的所能提供的各种先进的计算和图形能力。D-Six是第一个具有完全可扩展性的仿真环境。无需对源代码编辑,通过其它对象模块的动态链接就可以控制包括从仿真框图描述到外部图形显示以及网络通信中的任一环节。
    这种结构可以支持其他大量的仿真开发工具、飞行测试分析工具,同时还允许对其他来源的嵌入式目标代码的链接。只要通过D-Six标准界面简单地链接所需要的对象,就可以编译其它仿真程序的legacy代码,以及与其它硬件通信(如控制杆、图形显示器或通信网络等)。
    这种结构允许仿真模型的独立,而在链接运行时可迅速构成一个模型相关仿真项目(project,含所有模型相关的数据和函数)。所以, 模型projects可以轻易的在D-Six用户之间分配,并可以及时地被加载和运行。对于仿真开发人员和仿真最终用户来说, 这种在仿真环境中的嵌入式地使用工具的方法为PC机上实时运行最复杂的工程仿真模拟提供一个高效、低成本的方案。

二、应用案例

D-Six在全球有着广泛的应用和成功案例。请参看:
http://www.bihrle.com/site/success.html ——BRC公司网站
——大量的先进的飞行控制、测试分析、仿真和模拟器成功案例:

SERVICES
Low Speed Testing
Static Testing
Formation Flight Testing
Dynamic Testing
Boeing T-45 Goshawk Inverted Spin/Spiral Mode and Hinge Moment Testing
General Aviation Configuration Development Support
Review of Dynamic Testing SBIR Results
Boeing F/A-18E/F Super Hornet Static/Dynamic Testing and Database Development
Powered Testing
Advanced Trainer Powered Testing
The Development of the Skytote UAV
Pressure Testing
Full-scale F-15 Forebody Testing
Aerodynamic Analysis for Motor Sports
X-31 Dynamic Pressure Wind Tunnel Test

Simulation Development & Support
Italian AV-8B II+ Mission Simulator Aerodynamics Model Development
F-15 Keep Eagle Program
F/A-18C/D Powered Approach Model Development
Ranger Model Development
The Wright Flyer Model B Simulator
General Aviation Configuration Simulation Development Support
Grumman EA-6B Engineering Simulation
F-16 Operation Flight Trainer (OFT) Flight Model Update

Flight Test Support
Advanced Trainer Flight Test Support
X-31 Departure
F-16 MCID Support

PRODUCTS (Software)
Aeroport
AV-8B Aerodynamics: Local Develpment Remote Deployment
F-18E/F Flight Model Re-host in D-Six
General Aviation Simulation Manufacturer Application

D-Six Simulation Software
Implementation of Wright Laboratory F-16 MATV Simulation into D-Six
Application of D-Six at Air Force Research Laboratory
Italian AV-8B II+ Mission Simulator Aerodynamics Model Development
FOKKER Stick Loader
Boeing F-18 E/F Flight Control System Test Station
Utilization of D-Six for ACAS Development
Pilatus Aircraft Engineering Flight Simulator
F-18E/F Flight Model Re-host in D-Six
Aerial Refueling Application
Development of the Pilatus PC-21 Training Aircraft


三、D-Six产品包描述
D-Six软件全面支持的飞行仿真测试系统和飞行模拟器的开发、分析及应用,其中功能如下:

  1. D-Six实时仿真测试引擎
  2. 基于PC DirectX窗口的工程图形
    • 通过HUD(Heads-Up Display)屏显的窗口(座舱)外场景观察
    • 大屏幕视景显示
    • 可配置的速度向量和飞行路径
  3. 图形化的模型数据库编辑和处理界面
  4. 用于集成外部硬件或用户软件的通讯输入/输出设备(IOD)接口
  5. 强大的Scripting引擎。能够让用户远程或分批进行D-Six操作以及数据的控制,解释和输出
  6. 全面的仿真、飞行测试分析工具和绘图界面
  7. 飞行测试数据输入和编辑接口环境
  8. 模型超级驱动ovedrive(如飞行记录、在线试验、计算等数据源)接口
  9. Surface/Stick超级驱动ovedrive(如飞行记录、在线试验、计算等数据源)接口
  10. 实时曲线画图工具
  11. 实时虚拟仪器开发接口
  12. 动态配置的声音接口
  13. 完整的演示案例
    • 商用喷气机
    • 高性能的战斗机
    • 客机

3.1 D-SIX 实时仿真引擎
    D-SIX的关键性特征之一就是能够实时地运行和执行复杂的工程仿真测试程序,并且是在其要求的帧频下实时运行。D-SIX之所以有执行如飞行控制硬件在回路Hardware-In-The-Loop (HTL)之类的强实时性仿真任务的能力,是因为它的高效结构和创新的处理以及对表格数据的添改。如,不同于一个现有的仿真表列函数的改写,D-SIX通过底层的表格功能处理的重新设计。它极大地优化了查表运算性能:
    因此,D-SIX可以轻松地适应系大规模复杂的多维模型运算的实时性要求。D-SIX本身的仿真结构是最新软件技术的成果。D-SIX软件环境为用户提供了完整的飞行仿真和模拟器的开发环境,同时D-Six开发环境和功能也可以由用户来配置,用户可以替换所有的主要的仿真引擎组件。总体框图、运动方程、大气模型——任何仿真元素都有可以轻松的通过替换D-SIX基本函数实现相互调用,换成用户自己的或者第三方的组件。在这种方式下,D-SIX软件工具环境就可以方便地集成从总体框图到训练器模型、内嵌数据查表到六自由度模型的各种类型及各种规模的继承(legacy)代码或其他仿真组件的引入。软件的基本仿真内核采用完全的非线性、非对称的6自由度运动方程,四元素角运动积分算法采用龙格-库塔RUNGE KUTTA 法,软件提供的一个标准大气模型提供描述大气影响。只要用户需要,所有的这些模型元素都可以按照用户的要求通过模块访问注释来替换。

3.2 基于PC DirectX窗口的工程图形
    D-Six最初通过两种硬件方式支持座舱外的视景显示,一是基于如,P10, Piranha, Barracuda等的 PC 3D图卡,二是通过和外部的图形发生器(IG)如SGI、Evans and Sutherland的接口实现,由于成本和集成的复杂性部分的限制了这些视景功能的应用。
在硬件图卡发展的基础上,D-Six提供了针对图卡优化的Windows接口,在其基本开发环境加入中提供了接口图标icon。这样,在一个仿真工程中,只要在屏幕上调用该接口就可以实现飞行员看到的窗外场景。
    通过显示器或投影仪实现外部视景的全屏模式。采用这种模式可以实现更复杂的图形显示,如导入DEM(National Geologic Survey Digital Elevation Measurement)数据生成地形。
    另一个特征是采用Windows98实现多显示器监视,Windows最多可以支持9个图形适配器,这样通过硬件扩展,可以满足不同用户在仿真监视方面的要求。

3.3 图形化的模型数据库编辑和处理界面
    D-Six为用户定义的数据提供了查表和插值功能。在D-Six的图形化界面中,用户可以仿真过程中非常灵活地动态处理各种定制的数据或函数。此外,D-Six为其独特的查表算法建立了高效的数据结构,保证了在处理复杂的工程计算和训练仿真的实时性(PC平台),表格数据以二进制或ASCII码的格式导入D-Six内直观的基本数据格式,仿真数据的维数(独立变量)不受限制,每个函数以“堆栈”的方式内嵌到D-Six的二维表页中。这种方便的格式意味着所有的独立变量和数据文件可以方便的编辑,或者以ASICC码文本文件输入到其他商业化的电子数据表格和数据库软件,如:EXCEL、ACCESS和notepad等。
    Aeroport tool还为导入用户已有的数据文件提供了专门的工具模块,它不仅能把用户数据转换成D-Six格式,还能生成相关变量结构作为作为infofile信息文件接口。

3.4 用于集成外部硬件或用户软件的通讯输入/输出设备(IOD)接口
     Bihrle开发了输入输出设备(IOD)接口,用户可以直接使用该接口接入仿真中的外部硬件设备或第三方软件,这种可配置的接口提供了复杂的IO控制器,实现与其他设备及硬件的仿真交互。该接口的细节描述非常复杂,但概括起来,它可以通过无以比拟的图形化控制接口,将D-Six输出变量映射(mapping)到其他的硬件或软件中,同时将其他硬件输出映射(mapping)到D-Six环境中。D-Six开发的许多完整仿真模型/系统一般都需要从外部设备的输入控制,如控制杆、开关、键盘等。 除了控制D-Six仿真模型,这些设备还要与D-Six模型以及D-Six加载的其他各种模块间通信, 比如,用户需要通过操纵杆上的开关控制D-Six的图形显示,或者,嵌入的可视化软件模块需要输入D-Six仿真模型的位置控制偏差以调整其显示画面等。D-Six提供的I/O设备满足了这种需求。
    D-Six的IOD接口包含三个独立组件:设备、事件数据通道

3.5 强大的Scripting引擎,D-SIX脚本接口
    D-Six提供了一个强大的脚本接口,用户可以使用任何一种通用的脚本语言,例如VBScript, JavaScript 等执行从一个脚本命令、命令行或是脚本文件。因为这个功能,用户可以方便地加载项目、设置初始条件、运行仿真、保存数据、和输出数据到第三方软件产品(如EXCEL和MATLAB),执行自动测试、分析和文档报告生成。
    D-SIX的脚本功能不止如此,D-SIX的Scripting可以实现对MATLAB的无缝访问、仿真项目的初始化、发送和接受数据、执行任何MATLAB的函数调用,使得用户在运行D-Six的同时还可以对仿真数据进行分析。

3.6 全面的仿真、飞行测试分析工具和画图界面
    
由于飞行参数可视化的重要性,D-SIX提供了非常全面的图形测试和分析工具。其中的仿真/飞行绘图界面,允许用户对当前的或是任何之前保留的仿真过程或结果进行绘图(D-SIX允许用户在本地内存中保留不限制数量的运行数据用于做比较)。这种高灵活性的画图界面使得用户可以在桌面上建立和保留不限制数量的画图模板。因此任何一个本地飞行(或输入的飞行)都可以随时被提供。这种能力使得用户可以通过按照自己的要求配置的数据类型去描述大量的数据图形。而且用户可以把自己的数据设置格式设入模板,以供随时调用。
    D-Six画图界面是可配置的,它允许用户建立各种分析图和显示图。每个画图窗口可以动态显示到16组图,每组图可以代表不同数量的数据。每组图的结构样式可以按照用户的要求定义,大量的图类型、标签和配置变量可以被调用并定制。为了方便调用这些画图参数,D-Six提供了丰富用户接口。这些设置都被保存在模板中,以后无需重新配置。

    飞行测试输入和分析接口工具为访问和分析飞行测试数据提供了一个功能强大的接口工具。这个工具使用户可以输入大量的现行的飞行数据格式用于政府或者工业用飞行测试中心。

3.7 模型超级驱动接口(ovedrive interface,如飞行记录、在线实验、计算等数据源)
模型超级驱动接口使用户可以通过飞行或其他数据来源(如,其他的仿真输出)来驱动飞行器状态。在这种方式下,产生了一个全部系数数据的时间关系曲线图,并伴随着所有组成部分数据的时间关系曲线图。如下图所示,

    飞行数据的空气动力学所力和力矩系数条件也被提取了,从而导致了被传播的仿真输出和萃取的飞行条件之间的直接比较。这种方式不用任何状态的积分,仿真输出预报直接源自已经义的功能基础之上的图表输出。在这种方式下,时间推进的同时没有误差累计,只有在相同时间和相同状态条件下的预报飞机系数数据之间的比较。
    这种直接的比较技术使用户可以快速的识别导致模型和飞行数据偏差的条件,并通过D-SIX其他的数据处理工具,动态的编辑和检查模型更新的效应。因为没有积分,超级驱动工具overdrive可以快速处理大量的飞行数据。更进一步,超级驱动功能可以通过脚本界面进行访问,并允许对测试数据的批处理。
    为了加速冗长乏味的将飞行测试变量映射(mapping)成所需的仿真变量的过程,超级驱动工具提供了一个交叉对照界面,以使用户可以图形化映射(mapping)、放大和补偿飞行测试变量为所需的仿真变量。一旦被建立了,这种映射关系就可以被保留用于其他的类似配置文件。更进一步,D-SIX可以不用转换就直接加载大量的飞行测试数据格式,而且如果需要也可以加入附加的飞行数据格式。

3.8 实时虚拟仪器开发接口
    
D-SIX提供了一个使用户可以通过使用简单的脚本语言建立自己的虚拟仪器的模块。这个工具让用户可以控制前台和后台位图的动作,建立各种刻度表盘、滑块、开关和灯的动作。这些位图可以由任何一种画图工具画出,也可以来自于实际的的数码照片。用户再加入运动组件的位图,例如针,然后将D-Six计算的变量按比例对应成该位图的旋转或平移运动。IOD接口提供了虚拟仪器的关联命令(函数),使用户可以在图形化的界面下的保存(映射)和编辑虚拟仪器变量的连接。并且,这种显示可以被设想为一种由用户设置的开关功能 通过点击鼠标或是触摸显示屏按键,在IOD接口的事件组件中可以生成一个新的状态变量。


四、完整的演示案例

    Bihrle为用户提供了四个D-Six案例项目,用来举例说明软件建模能力,同时也为用户模型的开发提供结构案例。以下是每个模型的细节描述。

  1. Bizjet案例采用的是Learjet / Citation级的商用双引擎涡轮喷气飞机的典型模型。这个模型对飞行模式下飞机各部分的空气动力学特性做了全面的非线性模型描述,其中包括对副翼偏差和失速等的描述。所有的模型参数都表示成多重相关变量(包括攻角、侧滑、马赫数和控制偏差)。案例中还包括了一个完整的推进模型。这个模型使用体轴(body axis)和风轴(wind axis)动力学模型来描述相应的动态响应。
  2. DC-8提供了一个较为单纯的模型案例。构成该模型的空气动力学模型数据库源于公布的数据。这个模型中包含的求导仅为马赫数的函数。
  3. F-30提供的是代表军用飞机的案例。模型运中所有系数条件全部采用非线性描述,同时在俯仰轴上是不稳定的而在方向轴中性稳定。模型包括了飞行控制系统以提供对稳定性和攻角的限制。最大法向过载和攻角限制由用户配置。其中也包含了推进模型。
  4. SE5-A案例采用的是老式的英国战斗机。这个模型是由一系列从第一次世界大战后的航空研究理事会报告中得来的测试数据所建立的。这个模型有一个和全面的动力机和推进器模型一起建立的完全非线性参数。只有这个案例中包含了起落架的模型,所以能够降落和起飞。

上述模型文档文件中描述了空气动力学的构成与其实际系数值的HTML图。

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