一種無人機(jī)地面控制站時(shí)延特性測試評(píng)估系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種無人機(jī)地面控制站時(shí)延特性測試評(píng)估系統(tǒng),包含雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件和數(shù)據(jù)庫管理與分析組件,所述雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件用于采集由外部設(shè)備發(fā)出的遙測數(shù)據(jù)在分別到達(dá)無人機(jī)地面控制站的外網(wǎng)交換機(jī)、內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)時(shí)的時(shí)間戳;所述數(shù)據(jù)庫管理與分析組件用于根據(jù)雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件采集到的時(shí)間戳分析無人機(jī)地面控制站的遙測數(shù)據(jù)時(shí)延。本發(fā)明可以用來準(zhǔn)確評(píng)估無人機(jī)地面控制站數(shù)據(jù)傳輸性能,從而保證地面控制站數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)高性能傳輸。
【專利說明】
一種無人機(jī)地面控制站時(shí)延特性測試評(píng)估系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及無人機(jī)地面站測試領(lǐng)域,尤其涉及無人機(jī)地面控制站時(shí)延特性測試技術(shù),采用通用化的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式,是一種基于數(shù)據(jù)接口底層采集技術(shù)的時(shí)延特性測試評(píng)估系統(tǒng)。
技術(shù)背景
[0002]無人機(jī)地面控制站內(nèi)部的信息流通交互渠道分為內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)兩個(gè)部分,均為雙冗余的以太網(wǎng),內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)采用DDS中間件技術(shù)進(jìn)行通訊,外網(wǎng)數(shù)據(jù)采用UDP組播通訊,內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)之間由服務(wù)器進(jìn)行隔離和串聯(lián),由于現(xiàn)有技術(shù)中缺少對(duì)多型無人機(jī)地面控制站的時(shí)延測試,無法準(zhǔn)確評(píng)估無人機(jī)地面控制站數(shù)據(jù)傳輸性能,進(jìn)一步影響地面控制站的設(shè)計(jì)及開發(fā)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種無人機(jī)地面控制站時(shí)延特性測試評(píng)估系統(tǒng),用于對(duì)多型無人機(jī)地面控制站的時(shí)延特性測試評(píng)估,可以用來準(zhǔn)確評(píng)估無人機(jī)地面控制站數(shù)據(jù)傳輸性能,反向促進(jìn)地面控制站設(shè)計(jì)及開發(fā)的迭代,從而保證地面控制站數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)高性能傳輸。
[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]—種無人機(jī)地面控制站時(shí)延特性測試評(píng)估系統(tǒng),包含雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件和數(shù)據(jù)庫管理與分析組件;
[0006]所述雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件用于采集由外部設(shè)備發(fā)出的遙測數(shù)據(jù)在分別到達(dá)無人機(jī)地面控制站的外網(wǎng)交換機(jī)、內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)時(shí)的時(shí)間戳;
[0007]所述數(shù)據(jù)庫管理與分析組件用于根據(jù)雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件采集到的時(shí)間戳分析無人機(jī)地面控制站的遙測數(shù)據(jù)時(shí)延。
[0008]進(jìn)一步,無人機(jī)地面控制站時(shí)延特性測試評(píng)估系統(tǒng)還包含鼠標(biāo)信號(hào)分路器、鼠標(biāo)信號(hào)采集組件;
[0009]所述鼠標(biāo)信號(hào)分路器將接收到的一路鼠標(biāo)信號(hào)復(fù)制成二路信號(hào),一路傳輸給無人機(jī)地面控制站的計(jì)算機(jī)駐留軟件作為遙控指令的觸發(fā)信號(hào),一路傳輸?shù)绞髽?biāo)信號(hào)采集組件作為鼠標(biāo)點(diǎn)擊信號(hào),用于記錄鼠標(biāo)點(diǎn)擊時(shí)間戳;
[0010]所述鼠標(biāo)信號(hào)采集組件用于采集鼠標(biāo)信號(hào)分路器輸出的鼠標(biāo)點(diǎn)擊信號(hào)并傳輸給數(shù)據(jù)庫管理與分析組件;
[0011]所述雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件還用于采集遙控指令在分別到達(dá)內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)、外網(wǎng)交換機(jī)時(shí)的時(shí)間戳;
[0012]所述數(shù)據(jù)庫管理與分析組件還用于根據(jù)雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件和USB鼠標(biāo)信號(hào)采集組件采集到的時(shí)間戳分析無人機(jī)地面控制站的遙控指令時(shí)延。
[0013]進(jìn)一步,所述雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件還用于采集激勵(lì)軟件對(duì)遙控指令的回報(bào)在分別到達(dá)外網(wǎng)交換機(jī)、內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)時(shí)的時(shí)間戳;
[0014]所述數(shù)據(jù)庫管理與分析組件還用于根據(jù)雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件和鼠標(biāo)信號(hào)采集組件采集到的時(shí)間戳分析無人機(jī)地面控制站的系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)延。
[0015]依據(jù)上述特征,所述雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件針對(duì)無人機(jī)地面控制站的內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)采集DDS格式數(shù)據(jù),針對(duì)外網(wǎng)交換機(jī)采集UDP格式數(shù)據(jù),并且通過WinPcap數(shù)據(jù)采集技術(shù)得到相應(yīng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)鏈路層到達(dá)時(shí)間戳。
[0016]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)簡單,不需要復(fù)雜硬件設(shè)備和高昂的成本,工程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度底,滿足多型無人機(jī)地面控制站的時(shí)延測試需求;通過軟件響應(yīng)的方式實(shí)現(xiàn)了鼠標(biāo)點(diǎn)擊信號(hào)時(shí)間戳的采集,適用范圍廣泛;能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無人機(jī)地面控制站內(nèi)外網(wǎng)不同網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸機(jī)制下的數(shù)據(jù)鏈路層信息到達(dá)時(shí)間采集,采集精度較高,滿足地面站系統(tǒng)的時(shí)延測試需求。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明時(shí)延特性測試評(píng)估系統(tǒng)與無人機(jī)地面控制站交聯(lián)框圖;
[0018]圖2為本發(fā)明中鼠標(biāo)信號(hào)采集組件的原理圖;
[0019]圖3為WinPcap體系結(jié)構(gòu)圖;
[0020]圖4為本發(fā)明中遙控指令時(shí)延測試流程圖;
[0021 ]圖5為本發(fā)明中遙測數(shù)據(jù)時(shí)延測試流程圖;
[0022]圖6為本發(fā)明中系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)延測試流程圖;
[0023]圖7時(shí)延特性分析評(píng)估
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面根據(jù)附圖和實(shí)施對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0025]本發(fā)明一種無人機(jī)地面控制站時(shí)延特性測試評(píng)估系統(tǒng)的硬件可分為鼠標(biāo)信號(hào)分路器和時(shí)延測試計(jì)算機(jī),前者能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鼠標(biāo)信號(hào)的兩路分路,后者主要駐留鼠標(biāo)信號(hào)采集組件、基于Wincap的雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件、數(shù)據(jù)庫管理與分析組件。本發(fā)明可以完成:從鼠標(biāo)點(diǎn)擊觸發(fā)遙控指令開始,到內(nèi)網(wǎng)交換機(jī),再到外網(wǎng)交換機(jī)的高時(shí)間精度采集;對(duì)數(shù)據(jù)從外網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)入,到內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)的高時(shí)間精度采集;測試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),管理和分析。無人機(jī)地面控制站時(shí)延特性測試評(píng)估系統(tǒng)與無人機(jī)地面控制站交聯(lián)圖見附圖1。
[0026]無人機(jī)地面控制站與無人機(jī)的信息交互主要分為三個(gè)種類,遙控指令、遙測數(shù)據(jù)和回報(bào)信息,無人機(jī)地面控制站時(shí)延特性測試評(píng)估系統(tǒng)將會(huì)分別對(duì)遙控指令時(shí)延、遙測數(shù)據(jù)時(shí)延、系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)延進(jìn)行測試和評(píng)估分析。
[0027]一、時(shí)延特性測試評(píng)估系統(tǒng)工作原理:
[0028]1、鼠標(biāo)彳目號(hào)時(shí)間戮米集
[0029]參見附圖2,采用鼠標(biāo)信號(hào)分路器實(shí)現(xiàn)了鼠標(biāo)信號(hào)分路設(shè)計(jì),將一路鼠標(biāo)信號(hào)復(fù)制成兩路,一路傳輸?shù)奖粶y無人機(jī)地面控制站的計(jì)算機(jī)駐留軟件作為遙控指令的觸發(fā)信號(hào),一路傳輸?shù)綍r(shí)延測試計(jì)算機(jī)作為鼠標(biāo)點(diǎn)擊信號(hào),用于記錄鼠標(biāo)點(diǎn)擊時(shí)間戳。忽略鼠標(biāo)點(diǎn)擊信號(hào)在傳輸過程中的時(shí)延和鼠標(biāo)信號(hào)分路器的分路時(shí)延,可以認(rèn)為在時(shí)延測試計(jì)算機(jī)中捕獲到的鼠標(biāo)點(diǎn)擊信號(hào)的時(shí)間戳是遙控指令的觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間戳。通過鼠標(biāo)信號(hào)采集組件,以軟件響應(yīng)的方式實(shí)現(xiàn)了鼠標(biāo)點(diǎn)擊信號(hào)時(shí)間戳的采集。
[0030]2、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)時(shí)間戳采集
[0031]基于WinPcap的雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件,實(shí)現(xiàn)了在無人機(jī)地面控制站的內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)中分別采集DDS格式數(shù)據(jù)和UDP格式數(shù)據(jù),并且通過WinPcap數(shù)據(jù)采集技術(shù)得到相應(yīng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)鏈路層到達(dá)時(shí)間戳。
[0032]WinPcap(ffindows Packet Capture)提供了一套標(biāo)準(zhǔn)的捕獲數(shù)據(jù)包接口,體系結(jié)構(gòu)圖見附圖3,包含有三個(gè)模塊:內(nèi)核級(jí)的數(shù)據(jù)報(bào)過濾器(NPF)是一個(gè)虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序文件,功能是過濾數(shù)據(jù)包,并把這些數(shù)據(jù)包原封不動(dòng)地傳給用戶態(tài)模塊;數(shù)據(jù)包低級(jí)驅(qū)動(dòng)程序庫(Packet.dll)為Win32平臺(tái)提供了一個(gè)公共數(shù)據(jù)接口,包含對(duì)不同版本的Windows的兼容,直接映射了內(nèi)核的調(diào)用,完成獲取網(wǎng)卡或者機(jī)器掩碼等操作;數(shù)據(jù)包高級(jí)驅(qū)動(dòng)程序庫(Wpcap.dll)提供了更高層的函數(shù)調(diào)用,提供產(chǎn)生過濾器、用戶緩沖以及包注入等功能。其中,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包過濾器(Netgroup Packet Filter,NPF)是WinPcap的核心部分,它繞過操作系統(tǒng)的協(xié)議棧來訪問在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)包(raw packet),它運(yùn)行在操作系統(tǒng)核心內(nèi)部,直接與網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)交互,并且對(duì)用戶級(jí)提供可捕獲(capture)、發(fā)送(inject1n)和分析f生會(huì)^(analysis capabilities)。
[0033]WinPcap獨(dú)立于主機(jī)協(xié)議而發(fā)送和接收原始數(shù)據(jù)包,直接從數(shù)據(jù)鏈路層訪問網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)包,可以獨(dú)立于TCP協(xié)議、UDP協(xié)議、DDS協(xié)議捕獲數(shù)據(jù)。
[0034]3、數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)、管理
[0035]數(shù)據(jù)庫管理與分析組件采用MySql數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理,按照三種測試內(nèi)容遙控指令時(shí)延測試、遙測數(shù)據(jù)時(shí)延測試和系統(tǒng)指令閉環(huán)時(shí)延測試分別設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)庫表單,在每個(gè)數(shù)據(jù)庫表單中分別設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)記錄格式,并對(duì)數(shù)據(jù)表單根據(jù)時(shí)間日期進(jìn)行管理。
[0036]二、時(shí)延特性測試評(píng)估實(shí)現(xiàn)方法
[0037]無人機(jī)地面控制站時(shí)延特性測試評(píng)估主要從以下四個(gè)方面來實(shí)現(xiàn):
[0038]1、遙控指令時(shí)延測試
[0039]鼠標(biāo)點(diǎn)擊信號(hào)作為遙控指令觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過鼠標(biāo)信號(hào)分路器后,一路進(jìn)入到的鼠標(biāo)信號(hào)采集組件實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)點(diǎn)擊信號(hào)時(shí)間戳的采集,一路進(jìn)入被測無人機(jī)地面控制站的計(jì)算機(jī)駐留軟件,計(jì)算機(jī)駐留軟件接收到遙控指令觸發(fā)信號(hào)后,將遙控指令從內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)輸出到綜合處理單元,再輸出到外網(wǎng)交換機(jī)。需要測試的時(shí)延為被測計(jì)算機(jī)駐留軟件的處理時(shí)延和綜合處理單元軟件的處理時(shí)延,被測信息到達(dá)時(shí)間戳的位置為鼠標(biāo)點(diǎn)擊時(shí)間戳Tl、遙控指令到達(dá)內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)時(shí)間戳T2、遙控指令到達(dá)外網(wǎng)交換機(jī)時(shí)間戳T3,參見附圖4。
[0040]2、遙測數(shù)據(jù)時(shí)延測試
[0041]遙測數(shù)據(jù)的發(fā)出需要從接入設(shè)備單元到外網(wǎng)交換機(jī),從綜合處理單元到內(nèi)網(wǎng)交換機(jī),再到被測計(jì)算機(jī)駐留軟件。需要測試的時(shí)延為綜合處理單元軟件的處理時(shí)延,被測信息到達(dá)時(shí)間戳的位置為遙測數(shù)據(jù)到達(dá)外網(wǎng)交換機(jī)時(shí)間戳Tl、遙測數(shù)據(jù)到達(dá)內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)時(shí)間戳T2,參見附圖5。
[0042]3、系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)延測試
[0043]遙控指令的發(fā)出需要從鼠標(biāo)點(diǎn)擊到被測計(jì)算機(jī)駐留軟件,從內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)到綜合處理單元,從外網(wǎng)交換機(jī)到激勵(lì)軟件,經(jīng)過激勵(lì)軟件的解析對(duì)遙控指令進(jìn)行回報(bào),遙控指令回報(bào)將從激勵(lì)軟件到外網(wǎng)交換機(jī),從綜合處理單元到內(nèi)網(wǎng)交換機(jī),最終到達(dá)被測計(jì)算機(jī)駐留軟件。需要測試的時(shí)延為被測計(jì)算機(jī)駐留軟件發(fā)出遙控指令的時(shí)延、綜合處理單元軟件轉(zhuǎn)發(fā)遙控指令的時(shí)延和綜合處理單元轉(zhuǎn)發(fā)遙控指令回報(bào)的時(shí)延,被測信息到達(dá)時(shí)間戳的位置為鼠標(biāo)點(diǎn)擊時(shí)間戳Tl、遙控?cái)?shù)據(jù)到達(dá)內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)時(shí)間戳T2、遙控?cái)?shù)據(jù)到達(dá)外網(wǎng)交換機(jī)時(shí)間戳Τ3、遙控指令回報(bào)到達(dá)外網(wǎng)交換機(jī)的時(shí)間戳Τ4、遙控指令回報(bào)到達(dá)內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)的時(shí)間戳Τ5,參見附圖6。
[0044]4、時(shí)延特性分析評(píng)估
[0045]數(shù)據(jù)庫管理與分析組件由數(shù)據(jù)庫操作組件、本地?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫管理組件和數(shù)據(jù)庫分析組件組成,數(shù)據(jù)庫操作組件將鼠標(biāo)信號(hào)采集組件和雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件采集到的時(shí)延數(shù)據(jù)寫入本地?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器的對(duì)應(yīng)表中,數(shù)據(jù)庫管理組件用于讀取并管理本地?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器中的時(shí)延數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)分析組件用于將讀取的時(shí)延數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與統(tǒng)計(jì)。從飛控遙控時(shí)延,綜處遙控時(shí)延,上行遙控時(shí)延,綜處遙測時(shí)延、系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)延五個(gè)方面,對(duì)測試數(shù)據(jù)分組并分析了數(shù)據(jù)的平均值分布,標(biāo)準(zhǔn)差的分布,變異系數(shù)的分布、數(shù)據(jù)的整體波動(dòng)、數(shù)據(jù)的整體分布。功能框圖參見附圖1。
[0046]可以理解的是,對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說,可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變,而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無人機(jī)地面控制站時(shí)延特性測試評(píng)估系統(tǒng),包含雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件和數(shù)據(jù)庫管理與分析組件,其特征在于: 所述雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件用于采集由外部設(shè)備發(fā)出的遙測數(shù)據(jù)在分別到達(dá)無人機(jī)地面控制站的外網(wǎng)交換機(jī)、內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)時(shí)的時(shí)間戳; 所述數(shù)據(jù)庫管理與分析組件用于根據(jù)雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件采集到的時(shí)間戳分析無人機(jī)地面控制站的遙測數(shù)據(jù)時(shí)延。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機(jī)地面控制站時(shí)延特性測試評(píng)估系統(tǒng),其特征在于還包含鼠標(biāo)信號(hào)分路器、鼠標(biāo)信號(hào)采集組件; 所述鼠標(biāo)信號(hào)分路器將接收到的一路鼠標(biāo)信號(hào)復(fù)制成二路信號(hào),一路傳輸給無人機(jī)地面控制站的計(jì)算機(jī)駐留軟件作為遙控指令的觸發(fā)信號(hào),一路傳輸?shù)绞髽?biāo)信號(hào)采集組件作為鼠標(biāo)點(diǎn)擊信號(hào),用于記錄鼠標(biāo)點(diǎn)擊時(shí)間戳; 所述鼠標(biāo)信號(hào)采集組件用于采集鼠標(biāo)信號(hào)分路器輸出的鼠標(biāo)點(diǎn)擊信號(hào)并傳輸給數(shù)據(jù)庫管理與分析組件; 所述雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件還用于采集遙控指令在分別到達(dá)內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)、外網(wǎng)交換機(jī)時(shí)的時(shí)間戳; 所述數(shù)據(jù)庫管理與分析組件還用于根據(jù)雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件和USB鼠標(biāo)信號(hào)采集組件采集到的時(shí)間戳分析無人機(jī)地面控制站的遙控指令時(shí)延。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無人機(jī)地面控制站時(shí)延特性測試評(píng)估系統(tǒng),其特征在于所述雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件還用于采集激勵(lì)軟件對(duì)遙控指令的回報(bào)在分別到達(dá)外網(wǎng)交換機(jī)、內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)時(shí)的時(shí)間戳; 所述數(shù)據(jù)庫管理與分析組件還用于根據(jù)雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件和鼠標(biāo)信號(hào)采集組件采集到的時(shí)間戳分析無人機(jī)地面控制站的系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)延。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種無人機(jī)地面控制站時(shí)延特性測試評(píng)估系統(tǒng),其特征在于所述雙線程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集組件針對(duì)無人機(jī)地面控制站的內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)采集DDS格式數(shù)據(jù),針對(duì)外網(wǎng)交換機(jī)采集UDP格式數(shù)據(jù),并且通過WinPcap數(shù)據(jù)采集技術(shù)得到相應(yīng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)鏈路層到達(dá)時(shí)間戳。
【文檔編號(hào)】H04L12/26GK105978751SQ201610303835
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】傅鳴毅, 丁勇飛, 劉國梁, 柏華威, 侯建永, 魏春燕, 龔瑞
【申請(qǐng)人】中國航空無線電電子研究所