模块化开放式航空电子系统架构标准研究

国外对开放式系统架构（OSA）概念的探索至今已有40 多年。美国国防部模块化开放式系统方法 （MOSA）正是建立在OSA 概念之上，综合了采办和工程方法，来实现低成本、优化和快速能力升级的武器 系统灵活开发。本文将集中讨论MOSA 构建方法及其开放式架构的最佳实践，包括开放式任务系统、未来机 载能力环境和传感器开放式系统架构。最后，本文讨论了MOSA 在开放式架构上开展的工作及其挑战，以期 对我国在航空电子OSA 标准研究和实践上有所裨益。     

复杂航电架构的开放式系统标准研究

随着越来越多的功能被综合到航空电子系统中,系统的规模日渐庞大且复杂程度也越来越高,这对新平台的设计及现有平台任务能力的扩展提出了新的挑战。然而,目前由于在平台架构设计上缺乏通用化解决方案,以及软硬件专利化导致的重用性受阻,系统的开发和综合成本居高不下,开发周期也较长。因此必须为未来平台任务能力的发展开发出一种先进的复杂系统架构或环境。开放式系统架构是一种最佳的解决方案,它的概念也在不断得到发展。本文以开源组织提出的未来机载能力环境(FACE)架构标准为例,通过深入研究其相关内容和技术,分析了开放式系统架构的未来发展方向。     

基于能力仓库的航空电子体系架构设计

分析了航空电子系统领域面临的新技术有效导入、研发周期及成本高、跨平台互操作性差等问题,深入研究了国外项目实践和标准规范,将开放式系统架构应用于航空电子系统,提出开放式航空电子系统架构设计方法,实现应用软件与资源解耦,通过标准化接口的定义提高组件的可复用与可移植性。应用面向服务的思想,构建能力仓库,通过体系级服务的设计为各装备平台间提供了语义理解的基础,为装备平台互操作提供了解决思路,并列出了需要解决的关键技术。     

开放式飞机总体设计环境的原型研究

 为综合集成飞机总体设计过程中所使用的各种设计分析工具以更大程度地发掘软件资源的技术价值、提高设计质量和设计效率,提出了采用开放式系统进行资源整合的方法。分析了飞机总体设计中软件应用所存在的问题及典型集成系统发展现状,定义了飞机总体设计中的模块、组件、子系统等功能实体单元及开放式系统架构的概念,并以此为基础设计了包含资源层、中间层、应用层和协同层4个层次的系统软件架构以及构建于网络之上的系统硬件架构体系。规划了系统集成与数据传输逻辑,提出了采用智能体进行飞机总体设计分析工具集成的途径,完成了包括组件自定义开发、方案设计和任务管理在内的各子系统构建逻辑并实现其正常运转。最后给出了基于系统开放式架构所形成的战斗飞机总体设计环境以说明系统集成的可行性及应用前景。     

战斗机电子战系统架构总体设计

战斗机电子战系统提供的态势感知、无源攻击引导、电子对抗和主动隐身等作战能力可以极大提升飞机的生存力和杀伤力。为满足电子战系统越来越高的新质作战能力要求、作战对象快速能力提升、贴近实战的作战样式和作战环境不断变化带来的新要求、适应不同战斗机平台及航电任务系统要求等需求,追求高质量和敏捷开发模式,电子战系统架构必须精心设计。采用系统工程方法,按照能力视图、作战视图、系统视图和技术视图对需求和技术进行了迭代研究,基于灵活数字处理算法支持不同战法、全域综合共用、以快应变和以柔制变等顶层设计思想,从全数字化处理、综合化、可扩展和开放式等多个视角论证了电子战系统架构设计需求,并给出了核心设计要点和方案。战斗机电子战系统架构在大量实践中得到验证,效果良好,能够满足作战使用需求,对下一代战斗机电子系统的研究具有借鉴意义。     

开放式系统结构标准研究

分析研究了开放式系统结构技术发展现状及典型装备应用案例,深入剖析国内外开放式系统结构标准情况,在此基础上,结合我国目前的开放式航电系统研究现状,提出构建我国开放式航电系统的标准体系,并针对重点标准进行分析,积极探索我国开放式系统结构标准建设之路.     

开放式航空电子系统和COTS技术

航空电子系统面临着提高可负担性、可用性和可支持性的挑战。采用开放式系统结构的航空电子系统是获得可负担性和可用性的有前景的途径。本文介绍了开放式系统标准、开放式系统结构，以及作为实现开放式航空电子技术途径的COTS技术。还介绍了开放式航空电子系统的一些实现方法。     

从新式作战概念看未来航空电子系统特征和技术途径

目前,作战概念的牵引与技术推动已经到了临界点,新一代的作战飞机即将出现,一代颠覆性的作战飞机必然有一代颠覆性的航空电子系统。文中以联合全域作战和马赛克战为代表,介绍了美军近年开展的作战概念研究,总结了美军作战概念研究的脉络和主线,分析了美军未来作战概念的共性与制胜机理。在此基础上,分析得出未来航空电子系统应具有开放化、智能化、动态化、综合化、模块化、通用化的特征。最后,从模型驱动航空电子系统架构设计、开放式系统架构、服务化软件架构等关键技术的角度,论述了未来航空电子系统的实现途径,对下一代航空电子系统设计具有借鉴意义。     

美国陆军PNT能力发展趋势分析

针对当前全球定位系统(GPS)易受干扰和攻击的影响,定位、导航与授时(PNT)系统需灵活应对多种复杂战场环境。分析了美国陆军未来发展先进PNT技术的背景,重点分析了美国陆军PNT能力的发展趋势,其中主要包括了伪卫星系统、车辆导航系统、惯性导航、定位、导航系统辅助传感器、导航传感器融合、导航仿生技术、授时、PNT建模与仿真、导航战技术应用、自主与人工智能在PNT中的应用等11个方面的发展趋势。最后给出了简要总结,认为美陆军将注重改进单兵和车辆态势感知能力,以提高未来支持战场指挥官的任务指挥和决策能力,同时重点关注了开放式系统架构、SWaP-C优化、自主技术和人工智能技术,以提升PNT的整体能力。     

基于模型的飞机系统架构设计综述

从飞机系统架构设计的必要性、系统架构的建模和分析过程、支持架构建模分析的MBSE方法论、架构建模语言、架构建模工具、面向全机系统架构的协同设计和联合建模仿真等角度出发,对飞机系统架构设计相关的基础内容进行了全方位的综述,并提出了初步的飞机系统架构设计思想及其落实途径。     

下一代综合模块化航空电子系统关键技术研究

随着高新技术的不断发展,航空电子机载系统能支持越来越复杂的功能,当前的综合模块化航空电子(IMA)系统架构采用模块化的设计以及开放式的架构,在提高航空电子系统可靠性的同时大大降低了功耗及成本。但随着飞行任务的日益复杂以及机载系统功能的不断增加,当前的IMA系统在面对复杂的应用需求时出现了无法突破的技术瓶颈。基于当前IMA系统的技术瓶颈,详细描述了下一代IMA系统的架构设计细节,总结了实施下一代IMA系统将面临的技术挑战,从高速网络,高性能多核处理器以及多核虚拟化等方面分析了有望发挥重要作用的关键技术,并提供了关键技术可行的研究思路,为下一代IMA系统的相关研究提供参考。     

开放式系统结构及其标准研究

介绍了开放式系统结构概念及航空电子系统采用开放式系统结构的理由及优势,通过介绍典型的开放式航空电子系统结构,着重讨论了开放式系统结构标准,并对我国如何开展这项工作提出了若干建议。     

基于系统工程的飞机系统架构设计过程

随着电子化和集成化程度越来越高,现代飞机系统架构设计中出现越来越多的综合性问题,业界提出了体系性的飞机系统架构设计要求,包括系统工程过程要求、适航条款对架构设计的约束要求、高安全性设计要求等,但缺乏规范的、可落实的飞机系统架构设计过程。针对这个问题,提出了"基于系统工程的飞机系统架构设计过程",并引入了多视角策略(功能视角、逻辑视角、物理视角),针对每个视角,给出了完整的架构设计过程描述和输入输出定义;横跨三个视角,定义了五条设计主线,包括需求主线、架构主线、行为主线、性能主线和安全性分析主线;在多视角的框架下,五条主线上的设计数据可以构成全局性的追溯网络,支持开展各项架构设计分析,并最终支持架构设计质量的提高。     

实现航行新技术的CNS系统架构设计研究

从国际民航组织、美国联邦航空局、欧洲航空安全局和中国民用航空局已经发布的航行新技术政策及规章出发，包括基于性能的导航技术、自动相关监视技术、卫星通信技术和卫星着陆技术，提出了民机机载通信导航监视系统实现这些航行新技术的需求，总结了通信导航监视系统的传统系统架构，结合先进的航电系统架构设计技术、先进的航电数据网络设计技术，在民机型号研制经验的基础上，提出了一种新的通信导航监视系统实现架构。新架构是高度综合化、开放式的系统架构，增加了系统扩充功能的灵活性。最后，提出了工程实现上需要进一步考虑的适航和安全性分析、时间延迟及信号失真等方面的问题。     

基于模型的飞机地面减速系统架构设计方法

地面减速功能在飞机上的实现涉及多个系统,其综合系统架构具有很高的复杂性,多系统间的接口数量巨大且接口形式多样,多系统间的动态协同工作逻辑比较复杂。为了应对这种复杂性,提出了基于模型的系统架构设计方法,将SysML建模语言和面向对象的建模思想应用到飞机地面减速系统的架构设计和行为分析中,可以实现系统架构元素的统一定义和分解,以及多系统集成架构的统一接口定义和分析,同时可以实现系统静态架构和动态行为的协同设计;搭建了飞机级和系统级的架构模型和行为模型,实现了地面减速综合功能的分析和多系统集成架构的设计。实践表明,基于SysML的飞机地面减速综合系统架构设计方法可以有效应对多系统集成设计的复杂性,并提升集成设计的效率和质量。     

机载防撞系统现场诊断软件的架构设计

本文阐述了机载防撞系统现场诊断软件（ACAS Diag）的架构设计过程。从软件的需求分析入手,引入用例分析的方法描述了ACAS Diag的功能需求;介绍了架构设计的五视图方法;并在此基础上进行ACAS Diag的软件架构设计,分别给出了软件的逻辑架构、物理架构、开发架构和运行架构视图,从而为后续的软件开发奠定基础。     

通用航空电子体系系统的应用研究

开放式、综合化是目前航空电子系统的重要特征和发展方向。通用航空电子体系系统(CAAS:Common Avionics Architecture System)的开放式架构使其得到广泛应用。介绍了CAAS的架构、硬件、软件结构,以及在我国直升机上的应用研究。     

基于模型的飞机机电综合管理系统设计应用研究

针对飞机机电综合管理系统功能高度集成、系统架构和接口设计复杂等特点,基于Harmony MBSE设计方法,开展了基于模型的机电综合管理系统设计应用研究。采用系统建模软件Rhapsody构建了某型飞机机电综合管理系统需求模型、功能分析模型和架构设计模型,实现了系统需求确定、功能分解、架构设计等关键技术过程,并通过状态机模型对系统设计的正确性进行了验证。应用结果证明,该方法可以有效支持机电综合管理系统的研制,为复杂系统的设计提供了一种有效的实施途径。     

机电系统顶层架构设计方法

结合我国机电系统发展现状,分析波音和罗尔斯·罗伊斯公司为能量优化飞机设计提出的"架构遴选策略",剖析该方法从机电系统顶层设计阶段开始,不断缩小系统/子系统架构选择范围的整个设计过程,最终得到可供选择的机电系统架构设计方案。"架构遴选策略"为我国机电系统顶层架构设计提供可以借鉴的方法,能够满足能量优化要求下的全新机电系统正向设计需求,可以促进机电系统在能量、控制、功能和物理等方面的综合设计,实现机电系统整体性能最优。     

面向服务的航天测控软件架构设计

在概述SOA(面向服务体系架构)的基础上,分析了目前航天工程地面测控软件系统体系架构的特点和不足,提出一种可基于继承、基于面向服务体系结构的多层架构设计思想,以航天器故障仿真系统的设计为例,描述了该架构的具体实现方法。所研制的系统架构耦合度低,在充分继承和复用已有的历史软件部件基础上,能够通过动态配置支持各类航天器故障的仿真,具有易组合、易适应和易复用等优点。