弹载1553B总线网络控制系统Petri网建模与性能分析

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                                   1553B                                        ˜
                                                      ˇ ˝ł ´ ¿ ˘ ˇ ˝‡ Petr i˝ł ‰¤£ º —˜ • ˛
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                                                                                                       , ¡¡ —»fl`œ
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                            ( 1.     ¶ ¯ –ł „⁄ ‡ § ” ,˛ † ¡¡ 710025; ¡¡ 2.                  ¶ ¯ –ł                  –‚ —¿ ”              ¨ —¿ ¸ø ,––'            ¡¡ 100085 )


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                                                                                                               ¿ ˘ ˝ł ´ ˜ Ł …˘ ˝ ¯ »flÆ „' `¸                              ´                ¡£
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                               n
       Petr i Net Ba sed M odeli g and Performance Ana lysis of M issile
          Networked Con trol System Ba sed on M I 2STD 2
                                                    L        1553B
                                                                      1                                    2                                  1
                                                        WU Chen , ¡¡ FANG Guohua , ¡¡ XU Hualong
                                                 ( 1. The Second A rtillery Engineering College, Xiπ 710025, China;
                                                                                                   an
                                                2. The Second A rtillery Equipment Academy, Beijing 100085, China)


      Abstract: It would be an im portant developm ent orientation that future onboard m issile networked control
      system works in a bus2                                                 m          .
                           mode fram ework due to the advantages of data trans ission bus During the design
      period of this new kind of system , it is crucial to establish formalized models and analyze their performance.
                                     m
      Based on Petri net theory, a for alized model of onboard m issile networked control system was built up
      based on M I 2STD 2
                 L       1553B for the situation w ith both periodic and non 2periodic messages, and the
           m                                                    m
      perfor ance indices were p resented. The analysis of perfor ance indices can p rovide a theoretical basis for
      the design and im p rovement of the system.
                                                        m
      Key words: m issile networked control system; deter inistic and stochastic Petri nets; performance index;
     M I 2STD 2
       L       1553B


                                                                                              ”‰               ¨ `             ¡£ ˜¿ ˙            –» ˆ „œ ”˝ ¯•                     ´‰ ¿
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                                                                                                                                                                       ¡£ „œ ˜        ˜¿       ˙        ›        —    —'


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                                                                             [1 ]                                    ¡£
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                                                                                                                     Petri†' ˚¿ Æ ‡ ˜ »ø– Petri˝ł ,¿                    ˆ · ˆŁ ˚ ˇ
                                                                                                                ˛“                   `
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        .
     Fig 1¡¡ The topology structure of m issile networked control                                     Petri˝ł ( DSPN ) ˚˙ ¸ »œ˝ł ˜ »                      ' „ ,¸ ˜ – ˙¤ †» ‰
                                          L
                        system based on M I - STD - 1553B
                                                                                                      ¿                     ˜
                                                                                                              „ `“ ‰‚ ˚ • †… ¸ »œ– `¿ ,¶ł ˙ ˜ „ `“ ‰» ‚
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                                                                                                                                                          ”ˇ
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                                                                                                                                            ”ˇ
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                                                                                                                                            ”ˇ
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                                                                                                                                   „       ”ˇ
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                                                                                                                                                             ˚¶  ”ˇ
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                                                                                                                                                                                                                                       Fig 3¡¡ Aperiodic message model
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                                                                                                                                                                                        ˚     ¡£ –        ˙¤          Tdatainte r–                       ˚                        … ‚                ˚–       …            , ˛» ˆ                    Pend–             ˚         ˇ     »
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                                                                                                                                                                                        ·˛    ˚           ·«     ˚            ‰Æ˚ł                  , ¨ ˝… 4¸ø ˚ ¡£
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                                                                                                                                                                                                                                  Fig 4¡¡ Channel trans ission model
                                                                                                                                                                                            2. 4¡¡ fl                      ¿ ˘ ˝ł ´ ˜ ¨«                                                                   D SPN˜£ —˝
                                                                                                                                                                                                    ‰« ˇ                          2‚                             ·
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                                                                                                                                                                                        ‰ 1553B fl                                         ¿ ˘ ˝ł ´ ˜ ¨«                                                                    DSPN ˜£ —˝, ¨ ˝… 5 ¸ø
                                                       ˝… 2¡¡                   ˘ ˇß ˇ¢ ˜£ —˝
                                                                                                                                                                                        ˚ ¡£
                                        .
                                     Fig 2¡¡ Periodic message model
                                                                                                                                                                                                    ¨«               ˜
                                                                                                                                                                                                                 ˜£ —˝ ˇ º †¿ • ˝ ˚˙ ˇß ˇ¢                                                                                                       ¶¨               ˜£ —˝, ¸ ·
    ¡¡ ¡¡ ˝… 2— , ˛» ˆ                                  Pmp–            ˚           —¡             ˘        ˜            ·             ‹              , ˛“ •˙ ¿ ˚– –
                                                                                                                                                                                           ¸ø
                                                                                                                                                                                        ‰ł—— —                                ˘ ˇß ˇ¢ ”˝ •˙                                                     ˘ — ˇß ˇ¢ ˜                                               ¶¨ ¡£ ‡ı ˚…˚– ,
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                                               ˘ ¿“ ˚…· —— ˛» ˆ                                                                   Pmpexc˛“                      •˙    ¿    ˚–    –
                                                                                                                                                                                        ˛» ˆ             Pmp seq—                 ”‹          — –Œ …˙                         , – ˚ ·¸ ˚– —¡ ˘ ˇß ˇ¢                                                                         —         ˇ
˚     —¡         ˘    ·«    ˚        ˚–        ¿        ‰ ·             ¡¢ˇß         ˇ¢   ·            ·«       ˚            ˜           ·            ‹         , ˘ — »¡ ¨¤             ˜ ¯ ˇ¨ ˚„ ˆ ¨¤ ¶ł –» ¯ ˇ¨                                                                               ¶¨ ¡£ – ˛» ˆ                                         Pmp req—               —    –Œ …˙

    nmpm sg–     ˚    ˆ¿    »         ‚            —¡               ˘       ˜        ¶… —Ł “                    ·«               ¸˝          ˜            —¡          ˘    ˇß    ˇ¢     ˚–                            “         ·«
                                                                                                                                                                                                  , – ˚ — —¡ ˘ ˇß ˇ¢ —Ł `¢ ¿ ‰ł—— ˚ ,                                                                                                                                  ˚˙ …⁄» ¸†
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      ˇ     ˇ    ‰ł ——·«             ¸˝        ˜        ·       ‹        , ˛“ ¿ ˚– ·œ – ˆ» — —¡                                                                       ˘ ˇß ˇ¢           ¿Ø— ˜ ˛» ˆ                                P send ,                        ·¸ …⁄» ß ‚ ˝¤                                                              ˜£ ¿Ø˜ „⁄                              ¡£ ¨
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—Ł ·« ¸˝ ; ˛» ˆ                                Phpexc ¡¢ Php req•                          –           ·œ       –                ¶           ƒ            ˜     ·          ˘     ˚–     „߲» ˆ                 Pmp req˛“                      ¿         , – ˚ ‚ˆ ´                                            ¶¨ — ˆ» — —¡                                             ˘ ˇß ˇ¢ “
    ¡¡            2˘                                                   ˛ ¡¡ ‡¿ ¨ : ¡¡ fl                              1553B                   ˇ ˝ł ´ ¿ ˘ ˇ ˝‡ Petri˝ł ‰¤£ º —˜ • ˛ ¡¡ ¡¡ ¡¡ ¡¡ ¡¡ ¡¡ ¡¡ ¡¡ ¡¡ ¡¡
                                                                                                                                                                      ˜                                                                                                                         51

                                 ,        ˝¤ „ ¸† ˚– – ˙¤ Tmp leap‰«                                  ˇ    ˚„    ˆ       ¨¤       ·«          ‚ł      ‡ ˜ „«˚‰ – ˛“
                                                                                                                                                              •
·             ˘        ˇß    ˇ¢          ,·          ˘ ˇß ˇ¢ ˜ ˜£ —˝„⁄                                „ ‡ º ˇ ˚ —¡                                                                                                                  E{ #Pmp tx }
                                                                                                                                                                                          TXD ELA Ymp =                                                                                         ( 2)
˘ ˇ ˝‹ ¡£·                                     ˘ ˇß ˇ¢ ·« ˚ ˝Œ–ˇ ” ¨ ˛» ˆ                                            P sreq —            —    –Œ                                                                                      ƒ¸ T tx
…˙       ,        – ˚ — •˙                                    “
                                                     ˘ ˇß ˇ¢ —Ł ·« ˚ ¡£                                   » ‚ —¡ ˘ ˜ ,                                                                                                              E{ #Php tx }
                                                                                                                                                                                           TXD ELA Yhp =                                                                                        ( 3)
˜£ —˝˚˙ ˝Œ‡ ¸ø —                                          ˘ ˇß ˇ¢ ·« ˚ ” ,                            ‰ł——
                                                                                                         •˙                       ˘ ˇß ˇ¢                                                                                             ƒ¸ T tx

˜ ·« ˚ ¡£˜£ —˝˜ ˇ´ º †¿ •                                                     ˚˙ ˝¤               ·« ˚               ˜£ —˝, ¸ ‚”                                 ‚ø          ˇ ˚ • ˛ ‰Æ , ß ˆ ´ „œ Dortmund· §
                                                                                                                                                                                      „ß                                                                                                        L in2
         ˜£ ˜                ˇß ˇ¢                  ¶¨         ˜£ —˝     ‰» · ˜ · •¢ ¸˝ ˇß ˇ¢
                                                                          „                                                                            demann‰˚ —¿ ”˝ ¿“ •¢ ˜ ¨• ¶¤ º ¸ »œ Petri˝ł ¨ …
                                                                                                                                                                                                                                                                             [8]
ˇ ˇ ‰ł—— ˚ ˜ „ ‡ ¡£
       ·«                                                                                                                                                                  ˜£    •´
                                                                                                                                                       DSPNexp ress ¶ ¸ø ‰¤ —˝‰ł——                                                                               • ˛                  ¡£   »     ‚

                                                                                                                                                       1553B ˚                       ·« ˚ ˚– ……˛“ 20 ƒ s, ¨¡ ˇß ˇ¢ ˜ ˘‰ø                                                                         ˚
                                                                                                                                                      ˛“ 16‚ ,                   – ˙¤ T tx˜              ˘‰ ø              ˚        ˚'        ¸     ´˚     ˛“       1 / 0. 32; 1553B
                                                                                                                                                           º          ˜ …‚ … ˛“ 4 ¡« 12 ƒ s,                                                      ¨¡ – ˙¤ Tmpgap ¡¢ Thpgap
                                                                                                                                                      …        Tmp inter”˝       Thp inter˜       ˘‰ ø       ˚        ˚'        ¸        ´˚       ˛“       1 / 0. 006¡£ – ·œ –
                                                                                                                                                      •˙         ˘ ˇß ˇ¢ ‰· „ ‡ ˜ – ˙¤ T sarrival˜                                                          ˘‰ ø         ˚   ˚'       ¸    ´˚    ¨¡

                                                                                                                                                       100 m s˚– , ¿ ˆ ‰ –                              1—˜ •´                             „ß
                                                                                                                                                                                                                                          ‰Æ ¡£ • ˛ –                                 1¿ “ ,
                                                                                                                                                      – •˙            ˘ ˇß ˇ¢ ˚ `¿                      ¶ ˜ ˚– ” , ˘‰ø                                              ˇ ‚”              ”˝ ˘‰ø
                                                                                                                                                      ˇß ˇ¢ ·« ˚                 ‡ †              · ¡£
                                                                                                                                                                    – 1¡¡ •˙               ˘ —ˇß ˇ¢ ˚ – »fl˚–                                             ˇ ‚”            º        ˘
                                                                                                                                                                                                        ˇß ˇ¢ ˘‰ø                        ‡
                                                                                                                                                           Table 1¡¡ Bus load and per iod ic m essage average delay
                                                                                                                                                                      when the num ber of aper iod ic m essage var ies
                                     ˝… 5¡¡ 1553B fl                    ¿ ˘ ˝ł ´ ¨«                        ˜£ —˝                                             •˙ ˘ —                   ˇ ‚” ´˚ / —¡ ˘ ˇß ˇ¢ ˘‰ ø                                                      ·        ˘ ˇß ˇ¢ ˘‰
                                                                                                                                                           ˇßˇ¢˚ /‚                      %           ‡ /m s                                                              ø     ‡ /m s
                      .
                   Fig 5¡¡ Global model of m issile networked control
                                                                                                                                                                    1                0. 290 013  0. 091 078 7                                                            0. 037 678 8
                                                           L
                                         system based on M I - STD - 1553B
                                                                                                                                                                    2                0. 312 418                        0. 094 186 4                                      0. 036 345 7
                                                                                                                                                                    4                0. 303 277                        0. 094 976 8                                      0. 039 937 4
    3¡¡ —˜ ‚ –Œ¶¤                                              …• ˛                                                                                                 6                0. 324 460                        0. 107 378 4                                      0. 042 017 3
                                                                                                                                                                    8                0. 330 170                        0. 106 393 2                                      0. 042 336 0
                                „ ˜
                       ˇ ˇ ˝‡» —' —˜                                                  „«˚‰
                                                                              “ —˜ ‚ –Œ ¿                                                     ·                    10                0. 357 947                        0. 103 944 5                                      0. 043 105 8
                                                                                                                                                                   12                0. 362 914                        0. 109 200 6                                      0. 046 964 7
         ˜   ˚¶              ˇ
DSPN ˜£ —˝ –Œ ˛¨ ‹ ‚¯ ´˚ • †… ˆ ‰ ¡£ ˚ ˇ¨ ¶¤                                                                                                  ˇ´
˚ •ß ”¯ ¡£                                                                                                                                             ¡¡ ¡¡          ‰ T sa rrival˜          ˚    ˚'    ¸       ´˚        ,¿ ˆ –                          2¡£– 2— , ¸ ˚– …
                  E ( #p lacename ) :– ˚ ˜‡ ‚ ˛» ˆ                                                    ˇ ˝‡ ·ƒ                     ˛¨ ‹ ˚–             …‚                     ·   ,     ˇ ‚”              ”˝ ·« ˚                          ‡ ¶… ˇ ˇ´ ‰ , …·•˙
                                                                                                                                                                                                                                              ˆ

˜ ˘‰ –Œ ˚ ¡£
    ø  …˙                                                                                                                                             ˘ — ˇß ˇ¢ ˜ ‰ · … ‚ ‰ · ‰ · ˜ ˚– ” , ˘ ¶                                                                                        ˘ — ˇß

              – ˛˜ „ —˜ —˜ “ ˙
                      ˜                                                            —¿ •˙                   ˘ —ˇß ˇ¢ ¶                                 ˇ¢ ˜ ·« ˚                  ˇ ‰ · ‰ —¡¡£– ˘ ·                                                         1 000 m s˚– ,                         ˇ
                                                                                                                                                      ‚”               —
                                                                                                                                                                 ”˝ · ¡¢ ¡ ˘ ˇß ˇ¢ ·« ˚                                             ‡ ¶…˙                        ˛¨ ¶¤ , •˙                ˘ —
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                                                                                                                                                      ˇß ˇ¢ ˜ ‰ · …‚”ı ˆ» —                                  ˇ ¡£
         ´˚            ˇ ˜ ˚˙                                 ´
                                                    ˇ ˜ ˚„ ˆ —§˚ ,¶¤                                        ·
                                                                                                      ˛“ ˚ …˚« ˚ º
                                                                                                                                                                    – 2¡¡ •˙               ˘ —ˇß ˇ¢ ‰· …‚ – »fl˚–                                                         ˇ ‚”
· ¿ ˜ ˚ — ˜ ·« ˚ `¿ ˜ –¨                                                           , DSPN ˜£ —˝— ˜ ˛» ˆ
                                                                                                                                                                                              º          ˘ ˇß ˇ¢ ˘‰ø                                   ‡
    Pnum data…·             ˜£       ˜    `¸    ˇ    ˝‡    —       ˇ                ·«   ˚        º       •æ ˜       ·        ‹         ,– ¸
                                                                                                                                                           Table 2¡¡ Bus load and per iod ic m essage average delay
˛“ •˙ ¿ ˜ ˚– ” – ˚                                             ˇ ˆƒ ´ , •· fi                      ¿ ˇ—,                  ·¸ ‚ˆ ˛» ˆ                                           m n
                                                                                                                                                          when the arr iva l ti e i terva l of aper iod ic m essage var ies
         ˇ ˝‡ ˛¨ ‹ ˚– ˜ ˘‰ø –Œ…˙˚ ·œ – `¸                                                                 ˇ „⁄                ˜ ‚¯ ´˚ ,                     •˙ ˘ —ˇß
                                                                                                                                                                                           ˇ ‚”              —¡ ˘ ˇß ˇ¢ ˘‰ø                                     ·        ˘ ˇß ˇ¢ ˘‰ø
…· :                                                                                                                                                       ˇ¢‰· …‚ /
                                                                                                                                                                                          ´˚ / %                  ‡ /m s                                                   ‡ /m s
                                                                                                                                                                    ms
                                               BUSLOAD = E{ #Pnum da ta } ¡¡ ¡£                                                              ( 1)                    10              0.   510 701                     0.       173 767 1                            0.   046 746 04
                                                                                                                                                                    100              0.   448 941                     0.       130 763 2                            0.   041 463 43
              ·« ˚                       ‡ ˚– … ¶¤                                       ˚–
                                                                 ˛“ · ˇß ˇ¢ ·« ˚ ˙º ˙ Æ ‰» ¿ ‰
                                                                                                                                                                    200              0.   415 678                     0.       128 907 7                            0.   039 910 79
ˇß ˇ¢ ‡ „ƒ–»                                   ˇ ·« ¸˝ ˜               ” ˚– ¿ fi … ˜ ˚– … , ˆ · •·                                                                   300              0.   410 002                     0.       124 439 1                            0.   039 012 07
                                                                                                                                                                    500              0.   398 983                     0.       117 551 3                            0.   038 652 04
‡            1553B fl                           ¿ ˘ ˝ł ´ ˜ ˚ ˚– — ¡£ ¿ ˆ ˛» ˆ                                                           Pmp tx”˝
                                                                                                                                                                   1 000             0.   384 239                     0.       118 451 1                            0.   039 108 38
    Php tx˜        ˘‰ ø              –Œ …˙ ˚         º     ¸    »œ –     ˙¤    ˜     ˚       ˚'       ¸    ´˚    ˜       –¨              ·    •                    2 000             0.   380 013                     0.       116 610 8                            0.   038 479 12
                                                                                                                                                                   5 000             0.   382 067                     0.       118 964 2                            0.   038 812 14
–        –    ˚         10 m s—¡ ˘ ”˝ 40 m s·                                                            ø
                                                                                             ˘ ˜ ˇß ˇ¢ ˘‰ ·« ˚
         ‡ ˚– … , —¡ ˘ ˇß ˇ¢ ˘‰ø                                               ‡ ”˝ ·                      ˘ ˇß ˇ¢ ˘‰ø                                                                                                                                          (ˇ´ “                 62‡ )
     62 ¡¡                                                                         ¡¡ „ ¡¡ º   ¡¡ ¿ ¡¡ ˘                                                                           17


      ,º ˜£          ˇ
                  · —¡ „ —” —¡,¸ø                         ˜£            · ˙Ø¿ ˇ´ ¸               [ 4 ] ¡¡ ˝ı ¸ † ,                  »
                                                                                                                                   ‰¤ “ ,     ˙ . ‚˜ ‰ł˜       OFGA …˘         ˝…ˇæ˘¥ ¯
¸ ˜ ˛» ˆ …ı             ,† ˝ ‰˝ `¸ ˘¥ ¯ ¸ø »¤˚– … ,                       ª º » ª                           —˜ ƒ ˆ                 [ J ]. ˙ ˘ ˙ – § –¤ , 2005, 26 ( 10 ) : 1027 2

˜ ˝…ˇæ˘¥ ¯ ¸ª •¤ †»˝‹ ,                 ˜£        ‰ˇ ˚– ‚ ˜
                                                   ·                      ˇ – ¸ª •¤                             1030.

˝…ˇæ˘¥ ¯ ˜ ¿ ¸ — ¡£                                                                              [ 5 ] ¡¡ ¸˛ ª               ¶
                                                                                                                        ,· ˘‰ ,             ” »“ . »         ˇæ
                                                                                                                                                           ˝… ˘¥ ¯ — SSD ”˝ NCC
                                                                                                            ¸ª •¤ ˜ ‚˜ ‰ł [ J ]. …˘ ª »œ„⁄ ‡ º ƒ ˆ , 2006 ( 2 ) : 42 2
                                                                                                                                  ¸                                   44.
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                                                                                                            ˙ »“ · § ‡                      , 2006: 52 255.
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                                                                                                                                                        ˚ı
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                                      Æ    ˇæ˘¥ ¯ ˜                             ¨• ´˚ ‰«         [ 9 ] ¡¡ WANG W ei, YANG Xin, CHEN Shoushui A kernel matc2
                                                                                                                                           .
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                                                                                                                                             made objects detection in
                                                                                                                aerial im ages[ C ] / / IbPR I 2007 LNCS 4478, 2007: 507 2
                                                                                                                                             A
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                                                                                                                514.
[ 1 ] ¡¡ ˛ ¯          ,‡´ „ ˆ˛ . »      ‚˜ ‰ł
                                            ˜      SSDA ˝…ˇæ˘¥ ¯ ¸ª •¤ [ J ].                                                      .
                                                                                                 [ 10 ] ¡¡ ZHOU J i, SH I J iaoying A robust algorithm for feature
           …˘ ª »œ„⁄ ‡ º ƒ ˆ , 2005, 41 (33) : 76 2
            ¸                                      78.                                                           point matching [ J ]. Computer & Graphics, 2002, 26
[ 2 ] ¡¡ `ı ˚ ,´ Ł ˘ ,            ˚¿ “ . »ø       ` ‰           ª ˜ ˝…ˇæ˘¥ ¯ ¸ª                                   ( 3 ) : 429 2436.
           •¤ [ J ]. …˘ ª »œ„⁄ ‡ , 2007, 33 (10) : 173 2
                      ¸                                 174, 182.                                [ 11 ] ¡¡ ZITOVA πB , FLUSSER J. I age registration methods: a
                                                                                                                                  m
[ 3 ] ¡¡ ‚˚ ‰ł,˝ı ˇ ⁄        ,¨¤ ˛˜ . »ø            ª ˜ ¿ ¸ ˘¥ ¯ ¸ª •¤ [ J ].                                    survey[ J ]. I age and V ision Computing, 2003, 21: 977 2
                                                                                                                              m
              „ º ¿ ˘ , 2009, 16 ( 2 ) : 64 266.                                                                 1000.




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                                                                                                                15 219.
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                                                                                                                                                   . …fl ˙¶ ¨º ˚‰ ˘ ˇ ˝‡ 1553B

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                                                                                                                44.
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                                                                                                             O       .                        m
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     ˇ ‚”        ”˝     ˘ —ˇß ˇ¢           ‡ ˜      ˇ ¡£¸ø ‰¤£ —˝ “ »ø
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                                                                                                                the efficient solution of determ inistic and stochastic Petri
                                     †˛ ¿…˛˜ ˇ
                                                                                                                nets[ J ]. Performance Evaluation, 1995, 22: 2 23.
[ 1 ] ¡¡      ˇ » . ˇ ‡¡          ˇ …… … ˘ ƒ ˆ
                                     ˚ı                    [M ]. –– '           :˙ »“ ·          [ 9 ] ¡¡                   ¿
                                                                                                                  ˚¢ »‡ . ”‰ » ¿ ˇ ˝‡ — ˜ ‚ —´ ˚ı [ J ].
                                                                                                                                             ……                                  „ º ¿
           § ‡          , 2002.                                                                             ˘ , 1997, 4 (4) : 1 210.
[ 2 ] ¡¡ MURDOCK J R , KOEN IG J R. Open system s avionics                                       [ 10 ] ¡¡                . L
                                                                                                                        ˇ… M I - STD - 1760                   ˛· ·   ˆ • »œˇ ˜ ˚ …˚
                                  L
            network to rep lace M I - STD - 1553 [ J ] .                  IEEE Aero 2                           ƒ ˆ       [ J ].      „ º ¿ ˘ , 1992 ( 4 ) : 46 252.

				
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