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应用于平台型数据融合测试床的构件技术研究

作　者: 马志奇
导　师: 郁文贤
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 平台型数据融合测试床融合构件模型领域框架测试对象模型并行调度算法模块划分构件替换
分类号: TP311.52
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

基于现代计算机技术和仿真技术建立数据融合测试评估平台,是对多传感器数据融合系统进行系统评估的有效途径。近几年出现的平台型数据融合测试床提供了“搭积木”式的测试对象设计方法,可以在控制参数、算法模块和体系结构三个层面进行系统的测试评估,能够全面满足数据融合系统设计过程中的系统评估需求,是一种较为理想的数据融合测试评估平台。构件技术能够对平台型测试床中测试对象的设计与实现提供很好的支持,从而大大降低测试床的开发难度和成本,是比较适合于平台型测试床的一种软件技术。由于目前人们对平台型测试床的认识还不够深入、不全面,缺乏与测试床实现需求紧密结合的构件技术,导致构件技术在测试床中的应用难度大、相关功能缺少实现基础等问题,阻碍了构件技术在平台型测试床中的应用。本文针对构件技术在平台型数据融合测试床中应用所面临的上述问题,深入分析了数据融合节点的特点、平台型测试床的功能需求以及数据融合的模块划分方式等影响构件技术应用的因素,建立了适合于平台型测试床的融合构件模型、领域框架和测试对象模型等。并以此为基础,解决了测试对象的并行调度、构件替换条件等具体问题。主要研究内容如下:深入分析了数据融合节点和模块划分等因素对融合构件的影响。建立了数据融合节点的系统模型,分析了数据融合节点输入源的多样性对融合构件在构件重用、运行处理和交互接口等方面的影响,指出了数据融合节点输入源的多样性导致融合构件的交互接口具有组合性。结合数据融合模块划分的两种方式,比较了融合构件之间的两种交互关系。在这些分析的基础上,建立了适用于平台型测试床的融合构件模型。此构件模型能够充分体现融合构件交互接口的组合性以及融合构件之间两种交互关系的特点。比较了数据融合测试床的理论测试范围和实际测试范围,详细分析了领域框架的表示方法和组成。以构件接口的基本要素为基本单元,给出了能避免先验信息重复的领域框架数学表示。探讨了数据融合模块划分的步骤,明确了合成构件在拓扑结构上的两个基本性质。以这两个基本性质为依据,分析了三种合成构件的组装效率,并对组装效率较高的聚合件进行了数学描述,为合成构件在平台型数据融合测试床中的应用提供了研究基础。明确了数据融合系统体系结构具有连通性、反馈性、汇总性和分发性等特点,并分析了这些特点对测试对象拓扑结构的影响;比较了测试评估的两种基本类型,深入探讨了选择性评估中评估对象合并的原则和类型,详细分析了评估对象合并对测试对象拓扑结构的影响。在这些分析的基础上,给出了测试对象的数学表示,并以此为依据研究了合成构件替换条件,得到了相对替换条件的数学表示,为测试床的算法替换功能提供了实现基础。分析了测试对象的并行性,并将测试对象的数学表示简化成融合图,从任务模型、多处理器平台和调度目标这三个方面对测试对象的并行调度问题进行了描述。结合融合图的反馈性,深入分析了并行性预测拓扑排序的要求和性质,提出了一种针对融合图进行并行性预测拓扑排序的实现算法,此算法的计算和存储复杂度都比较小。分析了并行调度过程中处理任务的触发条件和分配方式,设计了一种符合测试对象特点的并行调度算法。试验结果表明,此调度算法可以充分利用多处理器平台的计算资源,有效缩短了数据融合试验的时间。以上研究为构件技术在平台型数据融合测试床中的广泛应用奠定了基础,相关成果在多传感器数据融合仿真测试开发平台中得到应用,取得了良好的工程应用效果。

全文目录

摘要  11-13
ABSTRACT  13-16
主要缩略词和符号说明  16-18
第一章绪论  18-37
  1.1 引言  18-19
  1.2 数据融合及其测试评估  19-25
    1.2.1 数据融合概述  19-21
    1.2.2 数据融合的测试评估  21-25
  1.3 数据融合测试床及其研究现状和发展趋势  25-29
    1.3.1 数据融合测试床的系统框架  25-26
    1.3.2 数据融合测试床的国内外研究现状  26-28
    1.3.3 数据融合测试床的发展趋势  28-29
  1.4 平台型数据融合测试床和构件技术  29-34
    1.4.1 建立平台型数据融合测试床的意义  29-30
    1.4.2 构件技术对平台型数据融合测试床的支持  30-32
    1.4.3 构件技术应用于平台型测试床面临的问题  32-34
  1.5 论文主要研究内容  34-37
第二章融合构件模型  37-58
  2.1 引言  37-38
  2.2 数据融合节点  38-45
    2.2.1 数据融合节点的功能范例  38-40
    2.2.2 数据融合节点的系统模型  40-43
    2.2.3 输入源多样性对融合构件的影响  43-45
  2.3 数据融合的模块划分  45-50
    2.3.1 模块划分的一般原则  45-46
    2.3.2 数据融合的模块划分方式  46-48
    2.3.3 融合构件的两种交互关系  48-50
  2.4 融合构件模型的数学表示  50-57
    2.4.1 标识号  50-51
    2.4.2 功能块  51
    2.4.3 接口块  51-54
    2.4.4 聚合点  54
    2.4.5 参数域  54-55
    2.4.6 组合方案  55-56
    2.4.7 类型标识  56-57
  2.5 本章小结  57-58
第三章领域框架与合成构件  58-79
  3.1 引言  58-59
  3.2 领域框架  59-68
    3.2.1 测试床的测试范围  59-60
    3.2.2 领域框架的表示方法  60-62
    3.2.3 领域框架的组成分析  62-63
    3.2.4 领域框架的数学表示  63-67
    3.2.5 连接子的数学表示  67-68
  3.3 合成构件  68-77
    3.3.1 模块划分的步骤  69
    3.3.2 合成构件的拓扑结构  69-71
    3.3.3 合成构件的组装效率分析  71-75
    3.3.4 聚合件的数学表示  75-77
  3.4 本章小结  77-79
第四章测试对象模型  79-101
  4.1 引言  79-80
  4.2 数据融合系统的体系结构  80-87
    4.2.1 数据融合系统的体系结构  80-84
    4.2.2 体系结构的特点  84-87
  4.3 评估对象合并  87-94
    4.3.1 测试评估的两种基本类型  87-88
    4.3.2 测试条件形式不一致的影响  88-89
    4.3.3 评估对象合并  89-93
    4.3.4 评估对象合并对测试对象的影响  93-94
  4.4 测试对象的数学模型  94-97
    4.4.1 基本概念  94-95
    4.4.2 数学表示  95-97
  4.5 构件替换条件  97-99
    4.5.1 构件替换的两种条件  97-98
    4.5.2 相对替换条件的分析  98
    4.5.3 相对替换条件的数学表示  98-99
  4.6 本章小结  99-101
第五章并行调度问题研究  101-129
  5.1 引言  101-102
  5.2 测试对象的并行调度问题  102-113
    5.2.1 运行引擎  102-105
    5.2.2 测试对象的并行性  105-108
    5.2.3 多处理器平台  108-110
    5.2.4 并行调度问题的描述  110-112
    5.2.5 并行调度的基本过程  112
    5.2.6 调度性能的评估指标  112-113
  5.3 并行性预测拓扑排序算法  113-120
    5.3.1 基本符号和定义  113-114
    5.3.2 并行性预测拓扑排序问题及其性质  114-117
    5.3.3 邻接矩阵  117-118
    5.3.4 实现算法  118-120
  5.4 并行调度算法  120-128
    5.4.1 触发条件  121-122
    5.4.2 任务分配  122-123
    5.4.3 调度算法描述  123-126
    5.4.4 仿真试验  126-128
  5.5 本章小结  128-129
第六章结束语  129-133
  6.1 主要研究内容和创新点  129-130
  6.2 研究成果的应用  130-131
  6.3 下一步工作展望  131-133
致谢  133-134
参考文献  134-141
作者在学期间取得的学术成果  141

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