馬智驄,姜春強

(1.中國西南電子技術(shù)研究所,成都610036;2.海軍裝備部駐重慶地區(qū)軍事代表局,成都610036)

高度綜合化航電系統(tǒng)對象管理模型設(shè)計與應(yīng)用*

馬智驄**1,姜春強2

(1.中國西南電子技術(shù)研究所,成都610036;2.海軍裝備部駐重慶地區(qū)軍事代表局,成都610036)

針對航空電子信息系統(tǒng)對象建模過程存在效率低下的問題,結(jié)合高度綜合化航電系統(tǒng)特點,采用面向?qū)ο笤O(shè)計思想及建模方法,分析了航電系統(tǒng)對象組成及相互關(guān)系,研究了系統(tǒng)基類設(shè)計構(gòu)型,并在此基礎(chǔ)上提出了基于虛擬表單的高度綜合化航電系統(tǒng)對象管理模型。該模型的應(yīng)用為航電系統(tǒng)設(shè)計研制提供了靈活、動態(tài)的管理手段,在輔助開發(fā)設(shè)計人員對系統(tǒng)進行面向?qū)ο蠼５耐瑫r,顯著提高了系統(tǒng)研發(fā)管理效率。

綜合化航電系統(tǒng);研發(fā)管理;面向?qū)ο笤O(shè)計;虛擬表單

1 引 言

作為現(xiàn)代航空器的“大腦”和“神經(jīng)”,航電系統(tǒng)已由最初的分立式、聯(lián)合式發(fā)展到綜合化、高度綜合化階段。高度綜合化航空電子結(jié)構(gòu)以基于“寶石臺”的聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(Joint Strike Fighter,JSF)航電系統(tǒng)為代表,是為適應(yīng)未來戰(zhàn)斗機戰(zhàn)技指標而研制的高度綜合化航空電子體系結(jié)構(gòu)。許多雷達、通信、電子戰(zhàn)功能從硬件的配置中消失,這些功能的獲取完全通過軟件實現(xiàn)[1]。航電系統(tǒng)的先進程度已經(jīng)成為現(xiàn)代軍機執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)能力的主要標志,也是航空器安全性、經(jīng)濟性和舒適性的重要保障[2]。

面向?qū)ο笫钱斀裰髁鞯能浖O(shè)計方法,在信息化技術(shù)高速發(fā)展的今天,面向?qū)ο笤O(shè)計方法已不再局限于程序設(shè)計和軟件開發(fā),對于信息系統(tǒng)建模分析、人機交互界面設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計等領(lǐng)域已有相關(guān)應(yīng)用[3]。針對系統(tǒng)組成及其相互關(guān)系進行統(tǒng)一管理是對象管理的主要內(nèi)容。本文旨在通過研究分析高度綜合化航電系統(tǒng)組成對象關(guān)系,基于面向?qū)ο蠓治鼋?提出高度綜合化航電系統(tǒng)對象管理模型,用于支撐高度綜合化航電系統(tǒng)對象分析,提供信息化對象管理手段,提高研發(fā)過程管理效率。

2 高度綜合化航電系統(tǒng)對象建模分析

2.1 高度綜合化航電系統(tǒng)對象建模過程及特點

航電系統(tǒng)對象建模過程是需求研究工作的重要組成,也是分析論證系統(tǒng)方案及戰(zhàn)技指標、功能性能指標的重要手段。航電系統(tǒng)對象建模的主要過程如圖1所示。

圖1　航電系統(tǒng)對象建模過程Fig.1 Process of avionics system object modelling

當前,高度綜合化航電系統(tǒng)對象建模過程包含以下特點:系統(tǒng)綜合化程度高,需求不確定性因素大;系統(tǒng)交互程度深,對象建模交聯(lián)關(guān)系復(fù)雜;建模立體化程度低,快速反應(yīng)機制少。

在當前航電系統(tǒng)對象建模過程中,對象關(guān)系模型一般遵循功能流程劃分原則,按功能子系統(tǒng)邊界及功能流程對系統(tǒng)組成進行劃分和建模,對于系統(tǒng)組成及相互關(guān)系缺乏更為立體和抽象的描述定義,對象間相互關(guān)系缺少動態(tài)映射,難以滿足需求研究和系統(tǒng)設(shè)計階段的快速響應(yīng)和動態(tài)建模的要求。

高度綜合化航電系統(tǒng)往往具有技術(shù)高新程度高、系統(tǒng)綜合化程度深、生產(chǎn)關(guān)系復(fù)雜、管理頭緒多等特點,如何創(chuàng)造性地運用新技術(shù)、新流程、新模型,探索實踐適應(yīng)綜合化航電系統(tǒng)研制的對象管理方法已成為業(yè)界研究重點[4-5]。

2.2 高度綜合化航電系統(tǒng)組成的面向?qū)ο蠓治?/p>

面向?qū)ο笤O(shè)計原則(Object-Oriented-Principles)的主要思想是以數(shù)據(jù)為中心的劃分準則取代以功能為中心的劃分準則,將實體對象抽象為對象類,用類的屬性和方法對其進行描述,由類與類之間的相互關(guān)系來定義對象提供的功能。遵循面向?qū)ο笤O(shè)計方法繼承性、封裝性、多態(tài)性三大原則,以一個典型的高度綜合化航電系統(tǒng)任務(wù)傳感器系統(tǒng)為例,對其進行面向?qū)ο蠓治?可提出如下面向?qū)ο蠓治鼋Ｋ悸?

(1)封裝性 各功能傳感器的戰(zhàn)技術(shù)指標、功能性能指標等屬性(包含功率大小、探測距離、靈敏度、重量、體積等所有屬性)、傳感器功能或操作的實現(xiàn)途徑封裝在傳感器類定義中,對外隱藏其實現(xiàn)過程。

(2)繼承性 提取出各傳感器共同的操作或活動(如上電下電、協(xié)同探測、初始化等),并將這些操作定義在傳感器基類里,建立統(tǒng)一的對外接口。

(3)多態(tài)性 傳感器基類中定義相同操作,在不同功能傳感器中以不同的途徑加以實現(xiàn)(如雷達系統(tǒng)初始化與光電系統(tǒng)初始化過程不盡相同),從而達到各傳感器擁有統(tǒng)一操作接口但可擁有不同的實現(xiàn)形式。

在面向?qū)ο笤O(shè)計過程中,上述三原則相輔相成、互相促進,目的是為了以更直觀、更加符合客觀世界角度的方式對系統(tǒng)進行描述和定義。

3 高度綜合化航電系統(tǒng)對象管理模型

3.1 高度綜合化航電系統(tǒng)基類組成

面向?qū)ο笤O(shè)計方法中,基類是對系統(tǒng)頂層對象的抽象和定義,相同種類的對象均可繼承至同一個基類,通過定義基類及它們間的相互關(guān)系,可對一個復(fù)雜系統(tǒng)進行原始建模。以一個典型的高度綜合化航電系統(tǒng)中的功能子系統(tǒng)為例,可對其中的對象分成獨立設(shè)備、綜合設(shè)備和軟件3類。功能子系統(tǒng)的組成對象可由這3類基類繼承而來,系統(tǒng)基類模型組成如圖2所示。

圖2　功能子系統(tǒng)基類模型組成圖Fig.2 Composition of base class model of functional subsystem

3.2 基于虛擬表單的高度綜合化航電系統(tǒng)對象管理模型設(shè)計

為了更為準確地描述高度綜合化航電系統(tǒng)的對象組成,提高系統(tǒng)研發(fā)管理工作效率,提升管理質(zhì)量,有必要按照上述基類劃分原則,設(shè)計對象管理模型。關(guān)系數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲管理的重要手段,也是建模結(jié)果在真實系統(tǒng)中的具體體現(xiàn)。為此,可用關(guān)系表的方式進行航電系統(tǒng)對象建模設(shè)計,將系統(tǒng)組成及其描述元素用結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫表進行描述,提升對象管理能力。

高度綜合化航電系統(tǒng)的功能組成豐富、復(fù)雜,呈現(xiàn)出的功能、性能指標種類繁多,描述系統(tǒng)硬件組成的尺寸、能耗、外觀風格等描述元素也不盡相同,如果按照傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)進行建模,難以窮盡上述所有指標,也無法在需要時動態(tài)添加所需指標定義,因此,構(gòu)建高度綜合化航電系統(tǒng)對象管理模型需要解決的關(guān)鍵之一就是要解決組成對象及其元素無法動態(tài)管理的問題。

數(shù)據(jù)庫關(guān)系表的行可以動態(tài)增刪,不同關(guān)系表可通過外鍵的形式完成行與行之間的關(guān)聯(lián)。據(jù)此,可將航電系統(tǒng)中對象的定義及其描述元素通過表間關(guān)系進行構(gòu)建,以虛擬表單的形式實現(xiàn)對象的定義,通過行的增刪來實現(xiàn)航電系統(tǒng)對象的管理?；谔摂M表單的高度綜合化航電系統(tǒng)對象管理模型由7個關(guān)系表組成。

(1)功能子系統(tǒng)定義表

對航電系統(tǒng)中的功能子系統(tǒng)進行描述,包括功能子系統(tǒng)名稱、集成商、實現(xiàn)功能,其結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1　功能子系統(tǒng)定義表Tab.1 Functional subsystem definition table

表2　硬件定義表Tab.2 Hardware definition table

(3)指標定義表

對功能子系統(tǒng)、硬件的功能指標、性能指標、結(jié)構(gòu)指標、電氣指標等所有指標進行描述,是虛擬表單指標定義的核心組成,其結(jié)構(gòu)如表3所示。

表3　指標定義表Tab.3 Index definition table

(4)指標關(guān)系映射表

記錄指標與功能、硬件間的映射關(guān)系,是指標與功能、硬件多對多關(guān)系的連接紐帶,其結(jié)構(gòu)如表4所示。

表4　指標關(guān)系映射表Tab.4 Index relationship mapping table

其中,硬件ID允許為空,且硬件ID為空時,該行記錄僅表示功能子系統(tǒng)與指標的映射關(guān)系。

(5)指標數(shù)值記錄表

記錄子系統(tǒng)或硬件的具體指標值,通過子系統(tǒng)或硬件與指標的共同關(guān)聯(lián)記錄當前數(shù)值,其結(jié)構(gòu)如表5所示。

表5　指標數(shù)值記錄表Tab.5 Index value record table

其中,硬件ID允許為空,且硬件ID為空時,該行記錄僅表示功能子系統(tǒng)的指標值。

(6)軟件定義表

對系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件及功能軟件進行描述,包括軟件ID、軟件名稱、軟件類別、軟件功能、承研商、代碼行數(shù)等,其結(jié)構(gòu)如表6所示。

表6　軟件定義表Tab.6 Software definition table

(7)軟件部署映射表

記錄軟件在硬件的部署情況,表是軟件與硬件多對多部署的實現(xiàn)紐帶,其結(jié)構(gòu)如表7所示。

表7 軟件部署映射表Tab.7 Software deployment mapping table

通過上述7張關(guān)系表及它們的相互關(guān)聯(lián),可構(gòu)造出基于虛擬表單的高度綜合化航電系統(tǒng)對象管理模型,通過對組成虛擬表單的各關(guān)系表的操作,可以取得具體值不同但屬性相同的元素集合,用以對航電系統(tǒng)對象進行描述,且這些元素可根據(jù)需要動態(tài)增刪。基于虛擬表單的航電系統(tǒng)對象管理模型如圖3所示。

圖3　基于虛擬表單的航電系統(tǒng)對象管理模型Fig.3 Avioncis system object management model based on simulated table

3.3 基于虛擬表單的高度綜合化航電系統(tǒng)對象管理模型應(yīng)用

在航電系統(tǒng)最初的需求研究工作中,系統(tǒng)的組成架構(gòu)、軟硬件詳細組成及部署情況往往尚未清晰,為此,可保留虛擬表單中的子系統(tǒng)定義部分,對于硬件定義和軟件定義可暫不新增表單的行記錄,待需求研究結(jié)束,開始系統(tǒng)設(shè)計并明確軟件組成后,再定義該部分。需求研究階段,對象管理模型如圖4所示。其中,ID為“102”的“XX功能子系統(tǒng)”所需的指標及現(xiàn)階段的具體指標要求可通過上述表進行定義和描述,如需新增功能子系統(tǒng)或指標時,在相應(yīng)表單增加行記錄即可實現(xiàn)。

圖4　需求研究階段管理模型Fig.4 Object management model for requirement research stage

在需求階段完成研究后,可繼續(xù)應(yīng)用該管理模型對系統(tǒng)設(shè)計、研制階段的軟硬件對象進行建模和管理,系統(tǒng)組成硬件、軟件可通過相應(yīng)表單進行定義。系統(tǒng)設(shè)計及研制階段對象管理模型如圖5所示。其中,ID為“401”的“IO軟件”可通過“4001”映射關(guān)系與“301”的硬件模塊“接口模塊”建立部署關(guān)系,以此建立系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)。

圖5　系統(tǒng)設(shè)計及研制階段對象管理模型Fig.5 Object management model for system design and development stage

相比于傳統(tǒng)的對象管理手段,基于虛擬表單的對象模型提供了更為靈活的管理手段,兩種對象管理手段對比情況如表8所示。從表中對比分析可以看出,基于虛擬表單的管理模型在航電系統(tǒng)動態(tài)化、立體化對象建模方面具有明顯優(yōu)勢,例如:當用戶需求、系統(tǒng)組成、指標特征等內(nèi)容發(fā)生變化時,僅需修改對應(yīng)定義表單,不用對系統(tǒng)設(shè)計全過程進行改動。此外,該模型提供了立體化的管理方式,描述了功能子系統(tǒng)-硬件-軟件-指標立體層面的建模方式,覆蓋了系統(tǒng)頂層到底層的設(shè)計管理方式,便于系統(tǒng)研發(fā)分工協(xié)作,提高系統(tǒng)研發(fā)管理效率。

表8　對象管理手段對比分析表Tab.8 Comparison between two object management methods

4 結(jié)束語

本文分析了高度綜合化航電系統(tǒng)對象建模過程和特點,在進行面向?qū)ο蠓诸悇澐值幕A(chǔ)上,提出了航電系統(tǒng)組成基類。同時,結(jié)合高度綜合化航電系統(tǒng)軟硬件組成及其相互關(guān)系特征,設(shè)計了基于虛擬表單的高度綜合化航電系統(tǒng)對象管理模型,為航電系統(tǒng)需求、設(shè)計、研制階段提供了一種靈活動態(tài)的對象管理手段。

本文提出的基于虛擬表單的綜合化航電系統(tǒng)對象建模管理模型,其設(shè)計突出了“高內(nèi)聚、低耦合”的面向?qū)ο笤O(shè)計思路,滿足了高度綜合化航電系統(tǒng)對象管理的動態(tài)化、立體化需求,可在航電系統(tǒng)研制各階段得到應(yīng)用。該模型的實際應(yīng)用,可為高度綜合化航電系統(tǒng)對象組成及相互關(guān)系的管理提供高效、靈活的管控手段和數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ),并為系統(tǒng)設(shè)計提供清晰的架構(gòu)組成支撐。

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馬智驄(1983—),男,四川瀘州人,2009年于重慶大學獲碩士學位,現(xiàn)為工程師,主要研究方向為航空電子信息系統(tǒng)、工程管理、計算機軟件工程等;

MA Zhicong was born in Luzhou,Sichuan Province,in 1983.He received the M.S.degree from Chongqing University in 2009.He is now an engineer.His research concerns avionics information system,engineer management and computer software engineering.

Email:49601434@qq.com

姜春強(1977—),男,山東威海人,2010年獲工程碩士學位,主要從事無線通信系統(tǒng)的研究工作。

JIANG Chunqiang was born in Weihai,Shandong Province, in 1977.He received the M.S.degress in 2010.His research concerns wireless communications.

Design and Implementation of an Object Management Model for Highly Integrated Avionics Systems

MA Zhicong1,JIANG Chunqiang2
(1.Southwest China Institute of Electronic Technology,Chengdu 610036,China;
2.Military Representative Bureau of Naval Equipment Department in Chongqing Area,Chengdu 610036,China)

To improve the efficiency of traditional avionics system modeling method and according to the characteristics of highly integrated avionics systems,this paper uses object-oriented principles and modeling method to analyze the composition and relationship of avionics systems,and presents the base class configuration.On this base,it proposes a highly integrated avionics system object management model based on simulated table.This model provides a flexible and dynamic object management way for system design and improves the efficiency of system research and development management.

integrated avionics;research and development management;object-oriented design;simulated table

The National Key Basic Research Program(973 Program)of China

**通信作者:49601434@qq.com 49601434@qq.com

V243.1

A

1001-893X(2016)11-1288-05

10.3969/j.issn.1001-893x.2016.11.019

2016-08-05;

2016-10-19

date:2016-08-05;Revised date:2016-10-19

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)項目

引用格式:馬智驄,姜春強.高度綜合化航電系統(tǒng)對象管理模型設(shè)計與應(yīng)用[J].電訊技術(shù),2016,56(11):1288-1292.[MA Zhicong,JIANG Chunqiang.Design and implementation of an object management model for highly integrated avionics systems[J].Telecommunication Engineering,2016,56(11):1288-1292.]