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。     

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。     

面向能热需求的飞机机电系统架构设计研究

飞机综合能力提升使机电系统产生了能量需求激增、热负载加剧等难题。文中为解决飞机机电系统所面临的能量供给和散热问题,重点从能量管理、热管理2个方面开展机电系统顶层架构设计研究,以飞机全任务剖面的能力特征及需求作为牵引,突破传统架构设计方法,采用能量优化的设计理念实现对机电系统的综合管理与优化,最终形成以能热为技术核心的飞机机电系统架构设计方法。仿真结果表明,该方法可实现基于飞行任务及飞行状态需求的能量和热沉供给、传输和使用的动态管理和优化控制。     

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。     

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SySML的系统架构设计与建模方法

在MBSE的方法论中,系统架构作为复杂产品系统设计的核心,向上承接系统需求,向下支持详细设计。因此,对系统架构进行准确、清晰地描述对于不同领域设计师之间的沟通交流至关重要。建立SysML语言的系统架构功能逻辑模型是系统架构设计的一种有效方法。这种基于Harmony SE的方法从识别关键的系统功能出发,对系统架构的方案权衡分析后,通过模块定义图进行系统架构设计,并在下层级系统完成架构设计后,通过模型集成将动作与接口合并,为上层系统的架构设计提供反馈,实现迭代及优化设计,避免设计问题向下传递。     

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。     

通用飞行器气动优化设计数字化集成平台——DIPasda

未来航空工业的发展,需要解决多学科综合设计的关键问题,为新型高性能飞行器的设计提供有力的设计方法和设计工具。DIPasda作为复杂外形设计的通用飞行器多学科优化设计平台,研制目的主要是提供一套新型通用、鲁棒、高效的优化设计架构,应用于通用飞行器工业设计环境,改善传统设计耗时低效的状况,提高新型飞行器设计的效率和精度。DIPasda平台系统包含了优化设计过程中所需用到的各类方法,主要包括数值优化算法、几何模型参数化方法、代理模型方法、高精度的学科分析工具等。通过详细介绍平台的系统架构、主要的功能模块、伴随优化设计和多目标优化设计流程,展现了DIPasda平台系统架构设计的灵活性和功能模块的完备性。最后通过优化算例展示了系统的综合优化设计能力。     

一种基于UPDM的载人月面活动体系架构建模研究

针对未来载人月球探测月面活动具有多阶段、多场景、多飞行器协同工作的特点,基于体系工程方法论,开展了基于UPDM的月面活动体系架构建模方法和建模过程研究。通过对月面活动体系架构的建模,定义了月面活动体系总体构想,建立月面活动体系能力谱系,分析月面活动体系运行活动,定义月面活动体系能力解决方案,详细梳理了月面活动系统功能,并对不同飞行器配置下月面活动能力进行了评估。初步验证了建模方法和建模流程的可行性,为未来月面活动任务设计提供支持。