CN113721481A - 一种虚实结合的综合舰桥装备测试平台及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种虚实结合的综合舰桥装备测试平台及测试方法，所述综合舰桥装备测试平台包括包括数据库***及测试***，测试***与数据库***通信连接并调用数据库***内的数据，数据库***包括船舶模型库、三维场景库、测试场景库及测试用例库；所述测试***包括导控站、舰桥操纵模块、本船运动数据模块、三维视景显示模块、雷达回波生成模块、目标物生成模块、传感器设备模拟模块；所述导控站与数据库***与交互连接并调用数据库***内的数据，导控站与综合舰桥装备交互连接，导控站向综合舰桥装备发送测试指令及模拟报文，综合舰桥装备向导控台发送测试操作及操作结果。本发明可以降低试验成本、缩短试验周期、降低试验执行的复杂性。

Description

一种虚实结合的综合舰桥装备测试平台及测试方法

技术领域

本发明涉及船舶仿真测试技术领域，特别是涉及一种虚实结合的综合舰桥装备测试平台及测试方法。

背景技术

考虑到综合舰桥装备的信息化水平和复杂程度越来越高，逐渐显示出技术集成化、控制智能化、精准高能化的特点，这使得摸清装备性能底数所需的试验样本量越来越大，试验周期和经费之间的矛盾也越来越突出；而实船试验鉴定难度大、费用高，在外部环境与内在要求的驱动下，对综合舰桥装备的试验与评估提出了更高的要求。为了支持在接近实船各种航行操纵环境下的综合舰桥装备试验，迫切需要一种有效的试验方法，它可以考核验证新装备的能力，能够相对真实充分地暴露装备的使用风险问题，有效解决因装备日趋复杂而带来的质量风险问题，为装备的设计、研制、生产和编配训练各阶段计划的审定提供可靠的科学依据，还可大幅度降低装备的技术风险和试验费用。

根据试验位置的不同，综合舰桥装备的试验可分为实验室试验与实船试验两种。其中实验室试验即虚拟仿真试验，是利用计算机建模与仿真技术，结合测试技术、通信技术和网络技术，为装备试验提供支持的方法。它具有研制周期短、研制费用低、研制风险低等优点。虚拟仿真试验利用室内试验场资源开展试验，可以提供在实船通常难以获得的较为全面的场景环境。实船试验指的是面向不同海洋环境、气象条件、航路条件、运行工况下，开展实船航行试验，积累航行数据并进行分析，不断积累设备实船使用经验，提高设备实用性。

这两种试验方法都有各自的优缺点，实验室试验的优点在于：(1)在无实装设备进行实船测试时，实验室试验是有效的测试手段；(2)对于综合舰桥装备这种信息化程度高、功能复杂的装备而言，试验体量庞大，实验室试验经济、高效，且重复性好；(3)在进行极端条件测试，如大风浪、能见度不良、故障等场景，实验室试验场景获取容易、安全性高。实验室试验的缺点主要在于受数据源、仿真模型的准确度影响，仿真的精确度不高。实船试验的优缺点与之相对，成本高、效率低、安全性差，但精度更有保障。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种虚实结合的综合舰桥装备测试平台，本发明有效结合实船试验与实验室试验的优势，可完成综合舰桥装备的IEC标准测试、边界条件测试、极端条件测试、基于FEMA的故障测试等测试内容，虚拟试验用于指导实船试验的有效开展，实船采集的数据用于补充部分虚拟试验的真实数据，使得综合舰桥装备的测试具有安全性高、成本低、周期短、可信度高、重复性好等特点。此外，本发明还要提供一种虚实结合的综合舰桥装备测试方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种虚实结合的综合舰桥装备测试平台，包括数据库***及测试***，所述测试***与数据库***通信连接并调用数据库***内的数据，所述数据库***包括船舶模型库、三维场景库、测试场景库及测试用例库；

所述测试***包括导控站、舰桥操纵模块、本船运动数据模块、三维视景显示模块、雷达回波生成模块、目标物生成模块、传感器设备模拟模块；

所述导控站与所述数据库***与交互连接并调用数据库***内的数据，所述导控站与综合舰桥装备交互连接，导控站向综合舰桥装备发送测试指令及模拟报文，综合舰桥装备向导控台发送测试操作及操作结果；

所述本船运动数据模块连接导控站及舰桥操纵模块，舰桥操纵模块向本船运动数据模块发送操作指令，导控站选择从船舶模型船选取一待测船搭载综合舰桥装备作为本船，导控站将本船模型导入本船运动数据模块中，本船运动数据模块解算出船舶运动姿态；

所述三维视景显示模块连接导控站与本船运动数据模块，在三维视景显示模块中显示港口场景、测试场景及船舶运动姿态；

所述传感器设备模拟模块连接本船运动数据模块，并调用本船运动数据模块中解算出的船舶运动信息，传感器设备模拟模块通过接口接入综合舰桥装备，通过舰桥装备给出反馈及提示；

所述雷达回波生成模块通过接口接入舰桥综合装备，通过舰桥综合装备实时显示雷达目标回波信号；

所述目标物生成模块通过接口接入舰桥综合装备，通过舰桥综合装备实时显示实际水域的AIS船舶信息。

作为优选的技术方案，所述导控站包括测试用例编辑子模块、测试场景编辑子模块、测试过程导调与监控子模块、测试记录回放模块、测试报告输出模块、模拟报文工具模块，所述测试用例编辑子模块与测试用例库连接，用于从测试用例库中调用测试内容，所述测试场景编辑子模块与船舶模型库、三维场景库、测试场景库连接，从船舶模型库中调取船舶模型，从三维场景库中调用地理位置信息，从测试场景库中调用环境信息，所述测试过程导调与监控子模块用于完成测试任务的控制，所述测试记录回放模块用于于记录与回放测试过程，所述测试报告输出模块用于输出生成的测试报告，所述模拟报文工具模块用于生成模拟报文。

作为优选的技术方案，所述舰桥操纵模块包括受试的综合舰桥装备与仿真辅助设备，仿真辅助设备包括航行操纵设备、航行辅助设备、航行通讯设备及信息显示设备。

作为优选的技术方案，所述本船运动数据模块用于生成船舶运动数据，包括运动仿真模块及实船数据模块。

作为优选的技术方案，所述目标物生成模块用于生成雷达目标与AIS目标。

作为优选的技术方案，所述雷达回波生成模块用于生成岸壁与目标的雷达回波。

作为优选的技术方案，所述数据库***及测试***中各模块通过网络通信模块连接。

本发明的第二方面，提供一种虚实结合的综合舰桥装备测试方法，包括以下步骤：

步骤1、建立综合舰桥装备的数据库***；通过导控站的测试用例编辑子模块从测试用例库中提取出综合舰桥装备的测试内容；

步骤2、搭建综合舰桥装备的虚拟测试场景；

S2.1、通过导控站的测试场景编辑子模块从三维场景模块中提取码头位置数据，从测试场景模块中提起环境信息，形成测试海域及环境；

S2.2、设置本船初始状态；通过导控站的测试场景编辑子模块调用船舶模型信息，生成本船初始状态；

步骤3、搭建综合舰桥装备的实船测试场景；解析实船测试数据，导入测试场景库中作为实船测试场景；

步骤4、执行测试任务；

S4.1、选择测试场景，点击所述导控站的过程控制及监控子模块的启动按钮，启动测试任务，通过舰桥操纵模块操纵船舶航行；

S4.2、设置测试导调项，通过导控站的过程控制及监控子模块，实时控制测试的航行环境、目标船与目标物；

S4.3、记录测试过程，通过导控站的记录与回放子模块记录测试过程；

步骤5、结束测试任务；

通过点击所述导控站的过程控制及监控子模块的停止按钮，结束测试任务；

步骤6、分析测试结果，指导进行实船测试，返回步骤三，直到测试完成。

本发明中，“结合”指的是两种试验独立完成的基础上，虚拟仿真试验可以获得实船测试的测量数据，然后通过决策与控制功能动态触发仿真运行过程，利用分析与优化功能可以通过对测量数据分析并生成一个或多个仿真剧情，从而开始仿真剧情的运行，分析与优化功能还可以对仿真结果进行分析处理，向决策与控制功能提交分析结果，最后由该模块决定向实船试验过程输出哪些操作，这些操作可能是一些控制指令，也可能是供外部决策者使用的决策选项。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明能够为综合舰桥装备的测试提供一种虚实结合的测试平台，相对于实船试验方法而言，虚实结合的试验方法可以降低试验成本、缩短试验周期、降低试验执行的复杂性和过程的危险性，同时使得部分测试内容可重复；相对于纯虚拟仿真试验而言，它具有更高的可信度。

附图说明

图1显示为本发明综合舰桥装备测试平台的工作流程图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

请参阅图1，本实施例提供一种虚实结合的综合舰桥装备测试平台，其特征在于，包括数据库***及测试***，所述测试***与数据库***通信连接并调用数据库***内的数据，所述数据库***包括船舶模型库、三维场景库、测试场景库及测试用例库。

所述测试***包括导控站、舰桥操纵模块、本船运动数据模块、三维视景显示模块、雷达回波生成模块、目标物生成模块、传感器设备模拟模块。

所述导控站与所述数据库***与交互连接并调用数据库***内的数据，所述导控站与综合舰桥装备交互连接，导控站向综合舰桥装备发送测试指令及模拟报文，综合舰桥装备向导控台发送测试操作及操作结果。

所述本船运动数据模块连接导控站及舰桥操纵模块，舰桥操纵模块向本船运动数据模块发送操作指令，导控站选择从船舶模型船选取一待测船搭载综合舰桥装备作为本船，导控站将本船模型导入本船运动数据模块中，本船运动数据模块解算出船舶运动姿态。

所述三维视景显示模块连接导控站与本船运动数据模块，在三维视景显示模块中显示港口场景、测试场景及船舶运动姿态。

所述传感器设备模拟模块连接本船运动数据模块，并调用本船运动数据模块中解算出的船舶运动信息，传感器设备模拟模块通过接口接入综合舰桥装备，通过舰桥装备给出反馈及提示。

所述雷达回波生成模块通过接口接入舰桥综合装备，通过舰桥综合装备实时显示雷达目标回波信号。

所述目标物生成模块通过接口接入舰桥综合装备，通过舰桥综合装备实时显示实际水域的AIS船舶信息。

导控站由普通计算机、显示器等硬件与导控软件组成，用于开展包括测试前的准备、测试过程中的控制与监控、测试结束后的分析等工作。导控站包括测试用例编辑子模块、测试场景编辑子模块、测试过程导调与监控子模块、测试记录回放模块、测试报告输出模块、模拟报文工具模块。

测试用例编辑子模块与测试用例库连接，用于从测试用例库中调用测试内容。测试用例编辑子模块用于综合舰桥装备相关测试内容的管理与维护，涵盖功能测试、性能测试、接口测试、人机交互界面测试、余量测试、边界测试等内容。各测试用例可设置测试结果的判定规则，以便使用平台进行自动化的测试，根据判定规则进行自动给出测试结果，提高测试效率与测试公平度。

测试场景编辑子模块与船舶模型库、三维场景库、测试场景库连接，从船舶模型库中调取船舶模型，从三维场景库中调用地理位置信息，从测试场景库中调用环境信息。测试场景生成子模块通过图形、对话框、菜单、工具条等简便的操作，为测试人员提供友好的界面，方便地制作、编辑测试场景，包括初始化航行环境、选择测试港口、设置本船位置、设置目标船位置及航行模式等，生成舰船航行的各种场景，如常规航行场景、锚泊场景、多目标船场景、危险会遇场景、开阔水域航行场景、狭水道航行场景、大风浪航行场景、能见度不良场景、夜间航行场景、设备故障场景等，确保将INS在各种典型场景下的运行状态均能覆盖，防止漏测导致在实装时出现故障为航行带来危险隐患。

测试过程导调与监控子模块用于完成测试任务的控制，包括启动、暂停、继续、停止；监控测试过程，包括测试过程中本船与目标船的航行信息，如船位、航速航向等；监控综合舰桥设备运行状态，包括开/关机、操作等；监控测试用例的状态，包括未测试、测试通过、测试未通过等；实时控制测试的航行环境，包括：风、浪、流、时间天气、能见度等；实时控制目标船与目标物；设置与综合舰桥装备报警内容相应的故障情况。

测试记录回放模块用于于记录与回放测试过程，可任意调整回放速度。

测试报告输出模块用于输出生成的测试报告，所述模拟报文工具模块用于生成模拟报文。

舰桥操纵模块包括受试的综合舰桥装备与仿真辅助设备，仿真辅助设备包括航行操纵设备：车钟、随动舵、自动舵、应急舵、侧推；航行辅助设备：号灯号型控制、声号控制、锚、缆、拖船控制；航行通讯设备：程控电话、声力电话、VHF；信息显示设备：电罗经、顶部仪表等，为综合舰桥装备的测试提供贴近实船的航行操纵体验。

本船运动数据模块用于生成船舶运动数据，包括运动仿真模块及实船数据模块。可为实船采集数据或者通过六自由度运动算法计算得到，所述六自由度运动算法是根据不同的船舶直航、回转、摇荡等运动特性，建立包括车、舵、大风浪、锚、缆、拖船等各种条件下的船舶六自由度运动模型，该模型可真实地模拟本船在开阔水域的水动力学特征，包括气象、波浪、流的影响；可真实地模拟本船在受限水域的水动力学特征，包括浅水、岸壁和船间效应；可真实地模拟本船在锚、车、舵、缆、拖轮作用下的响应，为综合舰桥装备的测试提供准确的模拟运动数据源。

目标物生成模块用于生成雷达目标与AIS目标，目标船数据的来源可由AIS真机获取或纯虚拟仿真得到。所述AIS真机获取表示将邻近水域的AIS设备直接接入综合舰桥设备中，即实时显示实际水域的AIS船舶信息。所述纯虚拟仿真AIS目标指的是由导控站手动/自动设置的方式生成AIS数据。

雷达回波生成模块用于生成岸壁与目标的雷达回波，所述回波数据来源可以为实船采集的雷达视频，也可以是纯虚拟仿真生成的雷达回波信号。所述纯虚拟仿真雷达回波由岸线回波与目标回波两部分组成，其中岸线回波由电子海图的岸线数据生成，目标回波是接收目标船舶信息，根据船舶船长船宽、航向等信息，生成算法能够模拟不同X、S波段的雷达前段天线及收发机，生成与真实雷达画面对应的雷达目标回波信号。

传感器设备仿真模块模拟与综合舰桥装备对接的传感器设备，包括艏向传感器、EPFS1、EPFS2、SDME1、SDME2、AIS、NAVTEX、测深仪、风速仪等等，按照标准对接接口，将模拟设备信号传输给综合舰桥装备，测试时设置设备故障或未连接，综合舰桥装备应能给出相应反馈与提示。

设置目标物生成模块、雷达回波生成模块、传感器设备仿真模块的目的是判断综合舰桥装备与外部的接口连接情况，判断综合舰桥装备是否能够根据故障发出相应的反馈及提示。

三维视景显示模块采用先进的计算机成像、虚拟现实、无缝拼接宽视场角环幕投影技术等先进技术，具有较高的仿真精度，为测试人员提供船舶航行过程中最直接的视觉与听觉信息，包括天空、天气变化、海面、地貌、码头、建筑物、助航标志、海浪声、驾驶室噪声等，让其置身于与实船接近的环境。

仿真测试数据库用于存储船舶模型、港口模型、测试用例、测试场景、测试过程数据、测试结果、实船试验数据等内容。网络通信模块是在测试过程中将前述各模块连接起来便于数据进行交换的通道。

实施例2

本实施例提供一种虚实结合的综合舰桥装备测试，包括以下步骤：

通过导控站测试应用例编辑子模块建立综合舰桥装备的测试用例库。依据IEC系列标准提取出综合舰桥装备的测试内容，包括IEC 61924标准中的基础测试、IEC 61162标准中的接口测试、IEC 60812标准中的故障测试等，明确各测试内容的评价标准。

步骤2、搭建综合舰桥装备的虚拟测试场景

(21)通过所述导控站的测试场景生成子模块设置测试海域及环境。所述测试海域包含开阔水域、狭水道水域、港口码头、岛醮区等各种船舶航行区域。所述环境包括时间、天气、风、浪、流、潮汐等内容。

(22)通过所述导控站的测试场景生成子模块设置本船初始状态。所述本船初始状态包含本船船型、初始位置、初始姿态、初始航向、初始航速、本船上与综合舰桥装备对接的传感器状态、本船动力状态、本船电力状态、本船损管状态等。

(23)通过所述导控站的测试场景生成子模块选择待测试的综合舰桥装备版本，绑定步骤1所述测试应例。

步骤3、解析实船测试的测量数据，搭建综合舰桥装备的实船测试场景。

将实船采集到的数据，包括本船航行数据、AIS数据、雷达视频数据进行解析，导入到测试场景库中作为实船测试场景。

步骤4、执行测试任务

(41)选择测试场景，点击所述导控站的过程控制及监控子模块的启动按钮，启动测试任务。所述测试场景为虚拟测试场景，执行(411)，所述测试场景为实船测试场景，执行(412)：

(411)通过所述舰桥操纵模块操纵船舶航行，由所述船舶六自由度运动算法解算得到船舶的航行姿态等信息，测试人员测试综合舰桥装备。

(412)船舶航行姿态等信息来源于实船采集数据，测试人员直接测试综合舰桥装备。

(42)设置测试导调项，通过所述导控站的过程控制及监控子模块，包括实时控制测试的航行环境，包括：风、浪、流、时间天气、能见度等；实时控制目标船与目标物；设置与综合舰桥装备报警内容相应的故障情况。

(42)监视测试过程，包括所述导控站监视内容与综合舰桥装备运行使用情况。

(43)记录测试过程，通过所述导控站记录与回放子模块记录测试过程。

步骤5、结束测试任务

(51)通过点击所述导控站的过程控制及监控子模块的停止按钮，结束测试任务。

(52)通过所述导控站的测试报告生成与打印子模块依据测试评价标准对各测试应例进行手动/自动评价，生成测试报告并打印出来。

步骤6、分析测试结果，指导进行实船测试，返回步骤3。直到测试完成。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种虚实结合的综合舰桥装备测试平台，其特征在于，包括数据库***及测试***，所述测试***与数据库***通信连接并调用数据库***内的数据，所述数据库***包括船舶模型库、三维场景库、测试场景库及测试用例库；

所述测试***包括导控站、舰桥操纵模块、本船运动数据模块、三维视景显示模块、雷达回波生成模块、目标物生成模块、传感器设备模拟模块；

所述导控站与所述数据库***与交互连接并调用数据库***内的数据，所述导控站与综合舰桥装备交互连接，导控站向综合舰桥装备发送测试指令及模拟报文，综合舰桥装备向导控台发送测试操作及操作结果；

所述本船运动数据模块连接导控站及舰桥操纵模块，舰桥操纵模块向本船运动数据模块发送操作指令，导控站选择从船舶模型船选取一待测船搭载综合舰桥装备作为本船，导控站将本船模型导入本船运动数据模块中，本船运动数据模块解算出船舶运动姿态；

所述三维视景显示模块连接导控站与本船运动数据模块，在三维视景显示模块中显示港口场景、测试场景及船舶运动姿态；

所述传感器设备模拟模块连接本船运动数据模块，并调用本船运动数据模块中解算出的船舶运动信息，传感器设备模拟模块通过接口接入综合舰桥装备，通过舰桥装备给出反馈及提示；

所述雷达回波生成模块通过接口接入舰桥综合装备，通过舰桥综合装备实时显示雷达目标回波信号；

所述目标物生成模块通过接口接入舰桥综合装备，通过舰桥综合装备实时显示实际水域的AIS船舶信息。

2.如权利要求1所述的一种虚实结合的综合舰桥装备测试平台，其特征在于，所述导控站包括测试用例编辑子模块、测试场景编辑子模块、测试过程导调与监控子模块、测试记录回放模块、测试报告输出模块、模拟报文工具模块，所述测试用例编辑子模块与测试用例库连接，用于从测试用例库中调用测试内容，所述测试场景编辑子模块与船舶模型库、三维场景库、测试场景库连接，从船舶模型库中调取船舶模型，从三维场景库中调用地理位置信息，从测试场景库中调用环境信息，所述测试过程导调与监控子模块用于完成测试任务的控制，所述测试记录回放模块用于于记录与回放测试过程，所述测试报告输出模块用于输出生成的测试报告，所述模拟报文工具模块用于生成模拟报文。

3.如权利要求1所述的一种虚实结合的综合舰桥装备测试平台，其特征在于，所述舰桥操纵模块包括受试的综合舰桥装备与仿真辅助设备，仿真辅助设备包括航行操纵设备、航行辅助设备、航行通讯设备及信息显示设备。

4.如权利要求1所述的一种虚实结合的综合舰桥装备测试平台，其特征在于，所述本船运动数据模块用于生成船舶运动数据，包括运动仿真模块及实船数据模块。

5.如权利要求1所述的一种虚实结合的综合舰桥装备测试平台，其特征在于，所述目标物生成模块用于生成雷达目标与AIS目标。

6.如权利要求1所述的一种虚实结合的综合舰桥装备测试平台，其特征在于，所述雷达回波生成模块用于生成岸壁与目标的雷达回波。

7.如权利要求1所述的一种虚实结合的综合舰桥装备测试平台，其特征在于，所述数据库***及测试***中各模块通过网络通信模块连接。

8.一种虚实结合的综合舰桥装备测试方法，采用权利要求1-7任一项所述的综合舰桥装备测试平台，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立综合舰桥装备的数据库***；通过导控站的测试用例编辑子模块从测试用例库中提取出综合舰桥装备的测试内容；

步骤2、搭建综合舰桥装备的虚拟测试场景；

S2.1、通过导控站的测试场景编辑子模块从三维场景模块中提取码头位置数据，从测试场景模块中提起环境信息，形成测试海域及环境；

S2.2、设置本船初始状态；通过导控站的测试场景编辑子模块调用船舶模型信息，生成本船初始状态；

步骤3、搭建综合舰桥装备的实船测试场景；解析实船测试数据，导入测试场景库中作为实船测试场景；

步骤4、执行测试任务；

S4.1、选择测试场景，点击所述导控站的过程控制及监控子模块的启动按钮，启动测试任务，通过舰桥操纵模块操纵船舶航行；

S4.2、设置测试导调项，通过导控站的过程控制及监控子模块，实时控制测试的航行环境、目标船与目标物；

S4.3、记录测试过程，通过导控站的记录与回放子模块记录测试过程；

步骤5、结束测试任务；

通过点击所述导控站的过程控制及监控子模块的停止按钮，结束测试任务；

步骤6、分析测试结果，指导进行实船测试，返回步骤三，直到测试完成。

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