李忠華 高小亮 強(qiáng)立冬 劉政男

(中國(guó)空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部 北京 100094)

0 引 言

傳統(tǒng)的衛(wèi)星測(cè)控模擬器研制模式以文檔為驅(qū)動(dòng)，通過(guò)文檔的版本管理進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)控制。產(chǎn)品的功能特性以及設(shè)計(jì)表達(dá)均通過(guò)文檔進(jìn)行陳述，由于文字表達(dá)的多樣性，較難形成格式化標(biāo)準(zhǔn)，使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)的數(shù)字化程度較低，將需求、設(shè)計(jì)和測(cè)試等各類(lèi)孤立文檔的信息進(jìn)行集成，需要消耗大量時(shí)間。產(chǎn)品研制的幾個(gè)階段之間需求和設(shè)計(jì)的更改追蹤需要人工比對(duì)，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)文檔不能直接映射到產(chǎn)品，相似產(chǎn)品之間的繼承和復(fù)用通過(guò)文檔復(fù)制實(shí)現(xiàn)，較難進(jìn)行自動(dòng)化的對(duì)比和分析[1-2]。另一方面，傳統(tǒng)的基于文檔的產(chǎn)品設(shè)計(jì)很難將設(shè)計(jì)文檔進(jìn)行直接仿真驗(yàn)證。

MBSE提供了解決現(xiàn)有研制模式問(wèn)題的指導(dǎo)方法，其基本思想是以模型驅(qū)動(dòng)工程設(shè)計(jì)，利用數(shù)字化模型進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)控制。文獻(xiàn)[2-3]提出了利用MBSE進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、任務(wù)分析與設(shè)計(jì)，文獻(xiàn)[4-6]提出了利用MBSE進(jìn)行天線、北斗接收機(jī)、機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與研究，以上是MBSE方法在設(shè)計(jì)上的具體實(shí)踐，但沒(méi)有進(jìn)行基于MBSE的仿真驗(yàn)證。文獻(xiàn)[7]提供了MBSE設(shè)計(jì)中的驗(yàn)證方法，但需要模型代碼的生成和集成，需要精確的數(shù)字模型，實(shí)施門(mén)檻較高。鑒于此，本文以衛(wèi)星測(cè)控模擬器的產(chǎn)品設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行MBSE在具體產(chǎn)品中的實(shí)施，并提出了一種快速的模型驗(yàn)證方法，最后結(jié)合產(chǎn)品實(shí)踐進(jìn)行應(yīng)用分析。

1 MBSE簡(jiǎn)介

國(guó)際系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)(International Council on System Engineering，INCOSE)對(duì)MBSE的定義是：基于模型的系統(tǒng)工程是通過(guò)形式化的建模手段，從概念設(shè)計(jì)階段開(kāi)始就能夠支持系統(tǒng)需求、設(shè)計(jì)、分析、驗(yàn)證和確認(rèn)等活動(dòng)，并持續(xù)貫穿整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程和后續(xù)的生命周期階段。根據(jù)在INCOSE發(fā)布的2020年規(guī)劃，到2025年各個(gè)領(lǐng)域?qū)?yīng)用MBSE[1]。

建模語(yǔ)言、建模方法和建模工具是MBSE的三大支撐，建模工具則是建模語(yǔ)言的設(shè)計(jì)應(yīng)用工具。MBSE作為一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法論，并沒(méi)有規(guī)定哪一種工具或者語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的建模和設(shè)計(jì)。一般而言，各種建模語(yǔ)言和專(zhuān)業(yè)的軟件工具都可以作為實(shí)施MBSE的工具，SysML是MBSE實(shí)施的常用建模語(yǔ)言之一。

SysML是一種多用途的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言，能夠支持復(fù)雜系統(tǒng)的詳細(xì)說(shuō)明、分析、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和確認(rèn)，這些系統(tǒng)可能包括硬件、軟件、信息、過(guò)程、人員和設(shè)備等。在MBSE工程實(shí)踐中，SysML是應(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng)級(jí)建模語(yǔ)言，支持SysML的商業(yè)工具有IBM Rational Rhapsody、MagicGrid及Enterprise Architect等。

2 衛(wèi)星測(cè)控模擬器簡(jiǎn)介

在衛(wèi)星發(fā)射前，衛(wèi)星地面站需要與衛(wèi)星進(jìn)行接口匹配性測(cè)試，以驗(yàn)證地面測(cè)控系統(tǒng)是否具備測(cè)控衛(wèi)星的能力。通常而言，衛(wèi)星制造商會(huì)使用衛(wèi)星測(cè)控模擬器到地面站進(jìn)行接口測(cè)試。衛(wèi)星地面站與衛(wèi)星測(cè)控模擬器之間通過(guò)無(wú)線射頻接口，進(jìn)行遙測(cè)參數(shù)、遙控指令和測(cè)距信息的檢查，以驗(yàn)證接口的匹配性。

衛(wèi)星測(cè)控模擬器仿真了衛(wèi)星的遙測(cè)、遙控與跟蹤設(shè)備的功能，在產(chǎn)品研制方面包含了軟件和硬件，傳統(tǒng)的衛(wèi)星測(cè)控模擬器研制分為需求制定、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和測(cè)試實(shí)驗(yàn)3個(gè)階段，每個(gè)階段的成果為文檔或者產(chǎn)品。

3 MBSE建模設(shè)計(jì)

在MBSE工程實(shí)踐中，不同角色的工程人員利用不同的建模工具工作。在典型的案例中，系統(tǒng)工程師通常采用SysML進(jìn)行系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)，控制工程師采用Simulink進(jìn)行控制模型設(shè)計(jì)，軌道工程師采用STK進(jìn)行航天器軌道建模設(shè)計(jì)。本節(jié)利用SysML對(duì)衛(wèi)星測(cè)控模擬器從需求、設(shè)計(jì)、測(cè)試三個(gè)方面進(jìn)行建模設(shè)計(jì)，并提出了利用中間件進(jìn)行SysML模型與其他模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證的方法。

3.1 需求模型設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的測(cè)控對(duì)接模擬器產(chǎn)品研制中，技術(shù)要求中規(guī)定了產(chǎn)品的功能、工作模式、性能和設(shè)計(jì)約束。本節(jié)通過(guò)需求圖、用例圖、狀態(tài)機(jī)圖及參數(shù)圖進(jìn)行產(chǎn)品需求模型的設(shè)計(jì)。

3.1.1需求圖設(shè)計(jì)

在SysML體系中，需求圖作為需求的拓?fù)浔磉_(dá)形式被廣泛應(yīng)用。需求圖的基本元素包含需求和需求關(guān)系兩部分。如圖1所示，衛(wèi)星測(cè)控模擬器產(chǎn)品的三方面的需求分別為功能需求、性能需求和可靠性需求，每個(gè)頂層需求下繼續(xù)分解為子需求，例如性能需求下面分為遙控誤碼率、遙測(cè)誤碼率和射頻信號(hào)捕獲門(mén)限需求。需求本身可以進(jìn)行逐級(jí)細(xì)分，需求關(guān)系表達(dá)了需求之間或與外部元素的關(guān)系，例如圖1中除了需求包含關(guān)系之外，還有需求跟蹤trace關(guān)系。例如圖中表示“遙控模塊”的設(shè)計(jì)需要跟蹤“遙控指令接口”的需求，當(dāng)需求變更時(shí)，相應(yīng)的設(shè)計(jì)部分將會(huì)收到提示信息，同時(shí)也能需求跟蹤矩陣的建立。需求圖可以涵蓋技術(shù)要求中各需求條目，需要進(jìn)行說(shuō)明的是，SysML建模工具在進(jìn)行需求分解時(shí)，如果單純的框圖無(wú)法表達(dá)具體需求，每個(gè)框圖都支持框圖的迭代描述，以及文檔鏈接或文字陳述的鏈接。

圖1 系統(tǒng)需求圖設(shè)計(jì)

3.1.2用例圖設(shè)計(jì)

技術(shù)要求的提出者為產(chǎn)品的用戶(hù)，因此會(huì)從用戶(hù)角度對(duì)產(chǎn)品的功能進(jìn)行描述。SysML中的用例圖是從用戶(hù)角度來(lái)描述系統(tǒng)功能的模型圖。如圖2所示，user是抽象的用戶(hù)，衛(wèi)星測(cè)控模擬器對(duì)于用戶(hù)而言，其主要的操作的功能為遙測(cè)遙控仿真用例以及跟蹤仿真用例，遙測(cè)遙控仿真用例又包含遙控指令解析、遙控指令執(zhí)行、遙測(cè)參數(shù)組幀、遙測(cè)參數(shù)發(fā)送和停止仿真用例。用例圖一方面用于需求模型的建立，另一方面也用于系統(tǒng)的測(cè)試。

圖2 系統(tǒng)用例圖設(shè)計(jì)

3.1.3狀態(tài)機(jī)圖設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的衛(wèi)星測(cè)控模擬器技術(shù)要求中，除了對(duì)產(chǎn)品功能的描述外，還會(huì)對(duì)產(chǎn)品的工作模式進(jìn)行規(guī)定。SysML中的狀態(tài)機(jī)圖描述系統(tǒng)或模塊根據(jù)事件而產(chǎn)生的行為，在系統(tǒng)各個(gè)層級(jí)的建模中均可使用。狀態(tài)機(jī)圖既可以描述系統(tǒng)層級(jí)的工作行為，也可以描述模塊細(xì)節(jié)行為，因此狀態(tài)機(jī)圖可直接用于代碼的生成。在技術(shù)要求這種系統(tǒng)層的狀態(tài)機(jī)圖，主要描述產(chǎn)品頂層的行為。衛(wèi)星測(cè)控模擬器系統(tǒng)層的狀態(tài)機(jī)圖如圖3所示，系統(tǒng)啟動(dòng)后默認(rèn)進(jìn)行遙測(cè)遙控仿真，再通過(guò)使能或者禁止事件來(lái)進(jìn)行跟蹤仿真或者結(jié)束仿真。

圖3 系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)圖設(shè)計(jì)

3.1.4參數(shù)圖設(shè)計(jì)

產(chǎn)品技術(shù)要求中還會(huì)對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)外部參數(shù)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行限制，一般而言作為設(shè)計(jì)約束出現(xiàn)在文檔中，SysML中參數(shù)圖可以表示等式或者不等式的數(shù)學(xué)模型。如圖4所示，在衛(wèi)星測(cè)控模擬器跟蹤仿真中，跟蹤仿真即仿真跟蹤接收機(jī)與地面設(shè)備間的時(shí)間延遲，除了跟蹤接收機(jī)的固定延遲a外，還可以設(shè)置附加延遲b。固定延遲a仿真的是衛(wèi)星本身對(duì)測(cè)距信號(hào)的延遲，附加延遲b仿真衛(wèi)星與地面設(shè)備間空間距離造成的信號(hào)延遲，因此衛(wèi)星測(cè)控模擬器輸出的總延遲為兩者之和，即對(duì)輸入測(cè)距信號(hào)的延遲為a+b，參數(shù)圖從數(shù)學(xué)角度表達(dá)了這一設(shè)計(jì)約束。

圖4 測(cè)距參數(shù)圖設(shè)計(jì)

3.2 技術(shù)方案模型設(shè)計(jì)

在工程實(shí)踐中，產(chǎn)品技術(shù)要求確定后需要進(jìn)行技術(shù)方案或者設(shè)計(jì)方案的制定?；贛BSE的思想，這一階段的模型與需求模型緊密對(duì)應(yīng)，將需求模型對(duì)應(yīng)的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)表達(dá)。本節(jié)通過(guò)模塊定義圖、內(nèi)部模塊定義圖和活動(dòng)圖三種元素進(jìn)行產(chǎn)品技術(shù)方案模型的設(shè)計(jì)。

3.2.1模塊定義圖設(shè)計(jì)

技術(shù)方案的首要內(nèi)容是對(duì)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的闡述，在SysML體系中模塊定義圖，英文名稱(chēng)為“Block Definition Diagram”，簡(jiǎn)稱(chēng)BDD，是系統(tǒng)建模過(guò)程中最為常見(jiàn)的圖之一，BDD是一種結(jié)構(gòu)圖，它主要對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成以及組成元素間的關(guān)系進(jìn)行描述[8-9]。如圖5所示，在技術(shù)方案中衛(wèi)星測(cè)控模擬器由遙測(cè)遙控模塊、跟蹤模塊和用戶(hù)界面組成。每個(gè)模塊還能繼續(xù)細(xì)分成更小的功能模塊，遙測(cè)遙控模塊分成遙控模塊和遙測(cè)模塊，跟蹤模塊分成調(diào)制解調(diào)模塊和測(cè)距應(yīng)答模塊。模塊定義圖從結(jié)構(gòu)上對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行了說(shuō)明，也可以作為系統(tǒng)研制進(jìn)度管理中的工作分解結(jié)構(gòu)的依據(jù)。

圖5 系統(tǒng)模塊定義圖設(shè)計(jì)

3.2.2內(nèi)部模塊定義圖設(shè)計(jì)

在進(jìn)行功能模塊設(shè)計(jì)后，技術(shù)方案會(huì)給出各設(shè)計(jì)模塊間的接口關(guān)系。在SysML體系中的內(nèi)部模塊定義圖，英文名稱(chēng)為“Internal Block Diagram”，簡(jiǎn)稱(chēng)IBD，IBD定義了系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)及接口關(guān)系[8-9]。如圖6所示，衛(wèi)星測(cè)控模擬器的IBD中定義了對(duì)外的射頻接口，明確了射頻接口功能由跟蹤模塊提供。射頻接口接收和發(fā)送衛(wèi)星射頻信號(hào)，調(diào)制解調(diào)模塊將解調(diào)后的遙控指令發(fā)送到遙控模塊，遙控模塊在遙控指令解析和執(zhí)行后，驅(qū)動(dòng)遙測(cè)參數(shù)變化以及組幀和發(fā)送。遙測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到調(diào)制解調(diào)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制后，通過(guò)射頻接口發(fā)送。IBD支持級(jí)聯(lián)定義，兩個(gè)模塊間的接口可以通過(guò)IBD進(jìn)行詳細(xì)定義，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)軟件產(chǎn)品研制中的接口數(shù)據(jù)單。

圖6 系統(tǒng)內(nèi)部模塊定義圖設(shè)計(jì)

3.2.3活動(dòng)圖設(shè)計(jì)

在產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)中，基于MBSE的體系既可繼續(xù)迭代使用SysML提供的模型圖進(jìn)行設(shè)計(jì)陳述，也可使用其他專(zhuān)業(yè)工具進(jìn)行建模。在衛(wèi)星測(cè)控模擬器的詳細(xì)設(shè)計(jì)中，跟蹤模塊須采用硬件設(shè)備進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在建模時(shí)可使用System C、Verilog、VHDL等硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行建模。在本文中，衛(wèi)星測(cè)控模擬器的跟蹤模塊采用貨架式產(chǎn)品，因此不再贅述。衛(wèi)星測(cè)控模擬器的遙測(cè)遙控模塊和用戶(hù)界面模塊采用軟件形式實(shí)現(xiàn)，在建模形式繼續(xù)沿用SysML的活動(dòng)圖、序列圖和狀態(tài)機(jī)圖進(jìn)行建模。在行為模型建模中，活動(dòng)圖被廣泛地應(yīng)用，一些商業(yè)的SysML建模工具可支持活動(dòng)圖生成C++、C#、Java等編程語(yǔ)言源代碼。如圖7所示，遙測(cè)模塊和遙控模塊在收到遙控指令這一事件后產(chǎn)生的一系列活動(dòng)。遙控指令模塊首先驗(yàn)證指令譯碼，并進(jìn)行指令驗(yàn)證，然后將驗(yàn)證結(jié)果以遙測(cè)的形式通過(guò)遙測(cè)模塊進(jìn)行下傳。如果遙控模塊驗(yàn)證指令錯(cuò)誤，則事件相關(guān)活動(dòng)結(jié)束，如果指令正確則指令執(zhí)行，并將指令執(zhí)行結(jié)果以遙測(cè)形式下傳。遙測(cè)模塊的常駐狀態(tài)為遙測(cè)定時(shí)下傳，根據(jù)遙控模塊的事件響應(yīng)更新遙測(cè)。

圖7 指令譯碼活動(dòng)圖設(shè)計(jì)

需要進(jìn)行說(shuō)明的是，SysML中的活動(dòng)圖可通過(guò)建模工具生成測(cè)試用例，因此活動(dòng)圖是系統(tǒng)驗(yàn)證的基礎(chǔ)。

3.3 產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)

3.1節(jié)利用SysML進(jìn)行了衛(wèi)星測(cè)控模擬器的需求模型設(shè)計(jì)，3.2節(jié)進(jìn)行了技術(shù)方案模型設(shè)計(jì)，本節(jié)將給出產(chǎn)品模型的整體設(shè)計(jì)，如圖8所示，整個(gè)產(chǎn)品模型包含需求、結(jié)構(gòu)和行為三大部分。按照SysML的分類(lèi)，需求模型、結(jié)構(gòu)模型屬于靜態(tài)模型，描述了產(chǎn)品構(gòu)造性的特征；行為模型屬于動(dòng)態(tài)模型，描述了產(chǎn)品執(zhí)行任務(wù)時(shí)的狀態(tài)；產(chǎn)品的模型圖即為產(chǎn)品模型。需求模型和結(jié)構(gòu)模型已經(jīng)在前面進(jìn)行了論述，行為模型中只討論了指令譯碼。根據(jù)產(chǎn)品需求，系統(tǒng)還具備遙測(cè)組幀和測(cè)距信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)兩個(gè)活動(dòng)，限于篇幅沒(méi)有對(duì)遙測(cè)組幀和測(cè)距信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)這兩個(gè)活動(dòng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行展開(kāi)敘述。需要進(jìn)行說(shuō)明的是，行為模型可以在建模工具中進(jìn)行仿真，從而驗(yàn)證所建立模型的正確性。在建模工具中，這些模型彼此關(guān)聯(lián)，既能進(jìn)行需求追蹤，又可以進(jìn)行模型的調(diào)試。因此，模型的仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是對(duì)產(chǎn)品行為模型的執(zhí)行與調(diào)試。

圖8 衛(wèi)星測(cè)控模擬器產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型

4 模型驗(yàn)證擴(kuò)展設(shè)計(jì)

在SysML中，行為模型(序列圖、狀態(tài)機(jī)圖和活動(dòng)圖)在建模工具中可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)行，在形式上和邏輯上驗(yàn)證模型設(shè)計(jì)的合理性。SysML作為系統(tǒng)級(jí)的建模工具，適合于總體設(shè)計(jì)，不能代替MATLAB等專(zhuān)業(yè)工具的仿真，因此在進(jìn)行模型驗(yàn)證時(shí)需要引入其他工具。在文獻(xiàn)[7]中SysML與Simulink通過(guò)生成C/C++代碼的方式進(jìn)行系統(tǒng)協(xié)同驗(yàn)證，這種方式需要SysML模型顆粒度精細(xì)，能夠通過(guò)SysML模型生成直接應(yīng)用于工程的C/C++代碼，需要投入大量時(shí)間進(jìn)行模型細(xì)化和調(diào)試，不適用于快速系統(tǒng)驗(yàn)證。此外，在現(xiàn)有技術(shù)中，F(xiàn)MU(Function Mock-up Unit功能模型)作為外部模型進(jìn)行嵌入，與SysML模型進(jìn)行聯(lián)合仿真，但FMU需要專(zhuān)用的工具進(jìn)行封裝及設(shè)計(jì)。鑒于此，本文提出基于中間件的驗(yàn)證擴(kuò)展設(shè)計(jì)，大多數(shù)成熟的模型仿真工具都提供中間件接口。

如圖9所示，SysML模型與外部模型間彼此的交互通過(guò)中間件實(shí)現(xiàn)。中間件既可以作為外部模型的容器，也可以作為外部模型的中轉(zhuǎn)接口，典型的中間件有COM、Javabean和CORBRA。SysML建模工具支持的腳本語(yǔ)言作為調(diào)用主體，以使中間件處于工作狀態(tài)，并返回仿真參數(shù)到SysML模型。

圖9 中間件交互設(shè)計(jì)

在圖9中，SysML模型中的行為模型用于系統(tǒng)行為建模和驗(yàn)證，因此在引入外部模型時(shí)主要是對(duì)模型元素進(jìn)行修改和行為的展示。EA模型工具即Enterprise Architect的建模環(huán)境，腳本語(yǔ)言在系統(tǒng)作為模型檢查工具，并不參與模型仿真。與SysML模型運(yùn)行在不同的上下文環(huán)境中，腳本語(yǔ)言可以獲取模型元素的屬性，但無(wú)法識(shí)別每一個(gè)模型元素的具體功能，需要腳本語(yǔ)言對(duì)模型元素進(jìn)行識(shí)別，具體流程如下：

1) 遍歷行為模型圖中的元素，根據(jù)元素屬性和預(yù)先指定的元素特征識(shí)別元素，例如以元素名稱(chēng)識(shí)別模型元素。

2) 根據(jù)識(shí)別的結(jié)果，建立模型元素變量以備和外部模型進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

4.1 基于COM組件的仿真擴(kuò)展

以遙控指令譯碼為例進(jìn)行中間件設(shè)計(jì)說(shuō)明，在圖7中有活動(dòng)“遙控指令譯碼”，該活動(dòng)采用外部模型的譯碼工具實(shí)現(xiàn)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證時(shí)，將譯碼工具封裝為COM組件。以腳本語(yǔ)言VBScript進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，譯碼活動(dòng)有“指令碼”和“譯碼輸出參數(shù)”兩個(gè)屬性，基于中間件的驗(yàn)證流程如下。

1) SysML流程到達(dá)“遙控指令譯碼”，VBScript根據(jù)存儲(chǔ)的模型元素讀取屬性“指令碼”。

2) VBScript以COM組件方式調(diào)用譯碼工具，具體實(shí)現(xiàn)為利用CreateObject函數(shù)創(chuàng)建COM對(duì)象，將“指令碼”傳入COM對(duì)象，并獲取“譯碼輸出參數(shù)”。

3) VBScript將譯碼工具輸出寫(xiě)入模型元素屬性“譯碼輸出參數(shù)”。

需要進(jìn)行說(shuō)明的是，在Windows平臺(tái)下，STK、Matlab和Simulink等專(zhuān)業(yè)仿真工具均支持COM組件形式調(diào)用，因此利用此方法可以進(jìn)行SysML模型與外部模型的協(xié)同仿真，以實(shí)現(xiàn)快速驗(yàn)證設(shè)計(jì)。

4.2 基于RPC的仿真擴(kuò)展

遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用(Remote Procedure Call，RPC)最早應(yīng)用于分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，為本地計(jì)算機(jī)提供了訪問(wèn)遠(yuǎn)程服務(wù)器上應(yīng)用構(gòu)件的方法。隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的不斷提升，RPC也適用于同一計(jì)算機(jī)內(nèi)獨(dú)立構(gòu)件的交互。RPC在本質(zhì)上也是通過(guò)中間件接口進(jìn)行通信，只不過(guò)在底層形式上可能是進(jìn)程通信、網(wǎng)絡(luò)通信等，部分仿真工具直接提供了RPC接口。在圖4中，附加延遲b可由外部模型工具STK計(jì)算得到，具體流程如下：

1) 腳本語(yǔ)言創(chuàng)建與STK連接的字符串，并通過(guò)Socket接口發(fā)送到STK。

2) 腳本語(yǔ)言讀取模型元素的屬性，將衛(wèi)星軌道根數(shù)、地面站經(jīng)緯度發(fā)送到STK，并獲取衛(wèi)星距離地面站的距離。

3) 衛(wèi)星距離地面站的距離除以光速即可得到附加延遲b，將b的數(shù)值寫(xiě)入模型元素的屬性。

4.3 與傳統(tǒng)方法的比較

基于中間件的模型擴(kuò)展驗(yàn)證方法，在技術(shù)途徑上更利于實(shí)現(xiàn)快速仿真，有更廣泛的應(yīng)用范圍。如表1所示，通過(guò)每種方法的實(shí)現(xiàn)途徑可知，本文方法需要的工作步驟較少且簡(jiǎn)易。在模型調(diào)試和修改過(guò)程中，其他方法都需要做較多的調(diào)整，而本文方法僅須腳本語(yǔ)言且即時(shí)生效。此外，在方法適用范圍上，本文方法的環(huán)境適應(yīng)性也更強(qiáng)。

表1 幾種模型擴(kuò)展驗(yàn)證方法比較

5 應(yīng)用分析

通過(guò)基于MBSE的方法進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，將衛(wèi)星測(cè)控模擬器的設(shè)計(jì)由傳統(tǒng)的文檔驅(qū)動(dòng)替換為模型驅(qū)動(dòng)，通過(guò)MBSE的應(yīng)用設(shè)計(jì)和模型驗(yàn)證擴(kuò)展設(shè)計(jì)，可得到如下的分析。

1) 維度清晰，易于復(fù)用、更改易于追蹤。用SysML語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需求和設(shè)計(jì)都被組織成模型圖，各圖之間又緊密聯(lián)系，各圖的組織結(jié)構(gòu)清晰。因此進(jìn)行相似產(chǎn)品的復(fù)用時(shí)，只需修改特定圖表的某一部分，即可完成設(shè)計(jì)。SysML建模工具會(huì)對(duì)SysML模型進(jìn)行一致性檢查，在某個(gè)圖表修改時(shí)，會(huì)自動(dòng)識(shí)別影響區(qū)域，因此產(chǎn)品的復(fù)用和修改都具有較高的效率。

SysML在需求管理方面，在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行需求的鏈接和跟蹤，可以快速進(jìn)行需求變更分析，以及進(jìn)行相應(yīng)模型的更新，有較強(qiáng)的產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)控制能力。

2) 系統(tǒng)集成和深度驗(yàn)證。SysML的建模工具不能直接進(jìn)行與專(zhuān)業(yè)工具的集成，利用中間件方式進(jìn)行集成后進(jìn)行模型的驗(yàn)證，使得設(shè)計(jì)和驗(yàn)證同步進(jìn)行。另一方面，目前的集成方式僅限于數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能在形式上和邏輯上的驗(yàn)證，尚難以進(jìn)行精確的時(shí)序仿真、系統(tǒng)性能評(píng)估等。各專(zhuān)業(yè)建模工具隸屬于不同技術(shù)領(lǐng)域，各廠商產(chǎn)品對(duì)外接口不統(tǒng)一，還沒(méi)有相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此在后續(xù)的基于MBSE的衛(wèi)星相關(guān)配套產(chǎn)品研制時(shí)，進(jìn)一步研究SysML模型與各專(zhuān)業(yè)建模工具的深度交互接口，能夠進(jìn)一步提升MBSE的設(shè)計(jì)驗(yàn)證能力。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文利用MBSE實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星測(cè)控模擬器設(shè)計(jì)，并利用中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)了SysML模型與其他專(zhuān)業(yè)建模工具的協(xié)同驗(yàn)證，克服了基于設(shè)計(jì)文檔的產(chǎn)品研制模式在信息孤立、難于需求跟蹤和復(fù)用方面的問(wèn)題。在模型擴(kuò)展驗(yàn)證方面，緩解了傳統(tǒng)驗(yàn)證方法技術(shù)途徑復(fù)雜，難于快速仿真驗(yàn)證的技術(shù)問(wèn)題。此外，本文分析了基于MBSE的衛(wèi)星測(cè)控模擬器的設(shè)計(jì)在實(shí)踐中仍然需要研究的內(nèi)容。