高度综合化航电系统对象管理模型设计与应用*

马智骢,姜春强

(1.中国西南电子技术研究所,成都610036;2.海军装备部驻重庆地区军事代表局,成都610036)

高度综合化航电系统对象管理模型设计与应用*

马智骢**1,姜春强2

(1.中国西南电子技术研究所,成都610036;2.海军装备部驻重庆地区军事代表局,成都610036)

针对航空电子信息系统对象建模过程存在效率低下的问题,结合高度综合化航电系统特点,采用面向对象设计思想及建模方法,分析了航电系统对象组成及相互关系,研究了系统基类设计构型,并在此基础上提出了基于虚拟表单的高度综合化航电系统对象管理模型。该模型的应用为航电系统设计研制提供了灵活、动态的管理手段,在辅助开发设计人员对系统进行面向对象建模的同时,显著提高了系统研发管理效率。

综合化航电系统;研发管理;面向对象设计;虚拟表单

1 引 言

作为现代航空器的“大脑”和“神经”,航电系统已由最初的分立式、联合式发展到综合化、高度综合化阶段。高度综合化航空电子结构以基于“宝石台”的联合攻击战斗机(Joint Strike Fighter,JSF)航电系统为代表,是为适应未来战斗机战技指标而研制的高度综合化航空电子体系结构。许多雷达、通信、电子战功能从硬件的配置中消失,这些功能的获取完全通过软件实现[1]。航电系统的先进程度已经成为现代军机执行作战任务能力的主要标志,也是航空器安全性、经济性和舒适性的重要保障[2]。

面向对象是当今主流的软件设计方法,在信息化技术高速发展的今天,面向对象设计方法已不再局限于程序设计和软件开发,对于信息系统建模分析、人机交互界面设计、数据库设计等领域已有相关应用[3]。针对系统组成及其相互关系进行统一管理是对象管理的主要内容。本文旨在通过研究分析高度综合化航电系统组成对象关系,基于面向对象分析建模,提出高度综合化航电系统对象管理模型,用于支撑高度综合化航电系统对象分析,提供信息化对象管理手段,提高研发过程管理效率。

2 高度综合化航电系统对象建模分析

2.1 高度综合化航电系统对象建模过程及特点

航电系统对象建模过程是需求研究工作的重要组成,也是分析论证系统方案及战技指标、功能性能指标的重要手段。航电系统对象建模的主要过程如图1所示。

图1　航电系统对象建模过程Fig.1 Process of avionics system object modelling

当前,高度综合化航电系统对象建模过程包含以下特点:系统综合化程度高,需求不确定性因素大;系统交互程度深,对象建模交联关系复杂;建模立体化程度低,快速反应机制少。

在当前航电系统对象建模过程中,对象关系模型一般遵循功能流程划分原则,按功能子系统边界及功能流程对系统组成进行划分和建模,对于系统组成及相互关系缺乏更为立体和抽象的描述定义,对象间相互关系缺少动态映射,难以满足需求研究和系统设计阶段的快速响应和动态建模的要求。

高度综合化航电系统往往具有技术高新程度高、系统综合化程度深、生产关系复杂、管理头绪多等特点,如何创造性地运用新技术、新流程、新模型,探索实践适应综合化航电系统研制的对象管理方法已成为业界研究重点[4-5]。

2.2 高度综合化航电系统组成的面向对象分析

面向对象设计原则(Object-Oriented-Principles)的主要思想是以数据为中心的划分准则取代以功能为中心的划分准则,将实体对象抽象为对象类,用类的属性和方法对其进行描述,由类与类之间的相互关系来定义对象提供的功能。遵循面向对象设计方法继承性、封装性、多态性三大原则,以一个典型的高度综合化航电系统任务传感器系统为例,对其进行面向对象分析,可提出如下面向对象分析建模思路:

(1)封装性 各功能传感器的战技术指标、功能性能指标等属性(包含功率大小、探测距离、灵敏度、重量、体积等所有属性)、传感器功能或操作的实现途径封装在传感器类定义中,对外隐藏其实现过程。

(2)继承性 提取出各传感器共同的操作或活动(如上电下电、协同探测、初始化等),并将这些操作定义在传感器基类里,建立统一的对外接口。

(3)多态性 传感器基类中定义相同操作,在不同功能传感器中以不同的途径加以实现(如雷达系统初始化与光电系统初始化过程不尽相同),从而达到各传感器拥有统一操作接口但可拥有不同的实现形式。

在面向对象设计过程中,上述三原则相辅相成、互相促进,目的是为了以更直观、更加符合客观世界角度的方式对系统进行描述和定义。

3 高度综合化航电系统对象管理模型

3.1 高度综合化航电系统基类组成

面向对象设计方法中,基类是对系统顶层对象的抽象和定义,相同种类的对象均可继承至同一个基类,通过定义基类及它们间的相互关系,可对一个复杂系统进行原始建模。以一个典型的高度综合化航电系统中的功能子系统为例,可对其中的对象分成独立设备、综合设备和软件3类。功能子系统的组成对象可由这3类基类继承而来,系统基类模型组成如图2所示。

图2　功能子系统基类模型组成图Fig.2 Composition of base class model of functional subsystem

3.2 基于虚拟表单的高度综合化航电系统对象管理模型设计

为了更为准确地描述高度综合化航电系统的对象组成,提高系统研发管理工作效率,提升管理质量,有必要按照上述基类划分原则,设计对象管理模型。关系数据库是信息系统中数据存储管理的重要手段,也是建模结果在真实系统中的具体体现。为此,可用关系表的方式进行航电系统对象建模设计,将系统组成及其描述元素用结构化的数据库表进行描述,提升对象管理能力。

高度综合化航电系统的功能组成丰富、复杂,呈现出的功能、性能指标种类繁多,描述系统硬件组成的尺寸、能耗、外观风格等描述元素也不尽相同,如果按照传统数据库表结构进行建模,难以穷尽上述所有指标,也无法在需要时动态添加所需指标定义,因此,构建高度综合化航电系统对象管理模型需要解决的关键之一就是要解决组成对象及其元素无法动态管理的问题。

数据库关系表的行可以动态增删,不同关系表可通过外键的形式完成行与行之间的关联。据此,可将航电系统中对象的定义及其描述元素通过表间关系进行构建,以虚拟表单的形式实现对象的定义,通过行的增删来实现航电系统对象的管理。基于虚拟表单的高度综合化航电系统对象管理模型由7个关系表组成。

(1)功能子系统定义表

对航电系统中的功能子系统进行描述,包括功能子系统名称、集成商、实现功能,其结构如表1所示。

表1　功能子系统定义表Tab.1 Functional subsystem definition table

表2　硬件定义表Tab.2 Hardware definition table

(3)指标定义表

对功能子系统、硬件的功能指标、性能指标、结构指标、电气指标等所有指标进行描述,是虚拟表单指标定义的核心组成,其结构如表3所示。

表3　指标定义表Tab.3 Index definition table

(4)指标关系映射表

记录指标与功能、硬件间的映射关系,是指标与功能、硬件多对多关系的连接纽带,其结构如表4所示。

表4　指标关系映射表Tab.4 Index relationship mapping table

其中,硬件ID允许为空,且硬件ID为空时,该行记录仅表示功能子系统与指标的映射关系。

(5)指标数值记录表

记录子系统或硬件的具体指标值,通过子系统或硬件与指标的共同关联记录当前数值,其结构如表5所示。

表5　指标数值记录表Tab.5 Index value record table

其中,硬件ID允许为空,且硬件ID为空时,该行记录仅表示功能子系统的指标值。

(6)软件定义表

对系统基础软件及功能软件进行描述,包括软件ID、软件名称、软件类别、软件功能、承研商、代码行数等,其结构如表6所示。

表6　软件定义表Tab.6 Software definition table

(7)软件部署映射表

记录软件在硬件的部署情况,表是软件与硬件多对多部署的实现纽带,其结构如表7所示。

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

通过上述7张关系表及它们的相互关联,可构造出基于虚拟表单的高度综合化航电系统对象管理模型,通过对组成虚拟表单的各关系表的操作,可以取得具体值不同但属性相同的元素集合,用以对航电系统对象进行描述,且这些元素可根据需要动态增删。基于虚拟表单的航电系统对象管理模型如图3所示。

图3　基于虚拟表单的航电系统对象管理模型Fig.3 Avioncis system object management model based on simulated table

3.3 基于虚拟表单的高度综合化航电系统对象管理模型应用

在航电系统最初的需求研究工作中,系统的组成架构、软硬件详细组成及部署情况往往尚未清晰,为此,可保留虚拟表单中的子系统定义部分,对于硬件定义和软件定义可暂不新增表单的行记录,待需求研究结束,开始系统设计并明确软件组成后,再定义该部分。需求研究阶段,对象管理模型如图4所示。其中,ID为“102”的“XX功能子系统”所需的指标及现阶段的具体指标要求可通过上述表进行定义和描述,如需新增功能子系统或指标时,在相应表单增加行记录即可实现。

图4　需求研究阶段管理模型Fig.4 Object management model for requirement research stage

在需求阶段完成研究后,可继续应用该管理模型对系统设计、研制阶段的软硬件对象进行建模和管理,系统组成硬件、软件可通过相应表单进行定义。系统设计及研制阶段对象管理模型如图5所示。其中,ID为“401”的“IO软件”可通过“4001”映射关系与“301”的硬件模块“接口模块”建立部署关系,以此建立系统部署结构。

图5　系统设计及研制阶段对象管理模型Fig.5 Object management model for system design and development stage

相比于传统的对象管理手段,基于虚拟表单的对象模型提供了更为灵活的管理手段,两种对象管理手段对比情况如表8所示。从表中对比分析可以看出,基于虚拟表单的管理模型在航电系统动态化、立体化对象建模方面具有明显优势,例如:当用户需求、系统组成、指标特征等内容发生变化时,仅需修改对应定义表单,不用对系统设计全过程进行改动。此外,该模型提供了立体化的管理方式,描述了功能子系统-硬件-软件-指标立体层面的建模方式,覆盖了系统顶层到底层的设计管理方式,便于系统研发分工协作,提高系统研发管理效率。

表8　对象管理手段对比分析表Tab.8 Comparison between two object management methods

4 结束语

本文分析了高度综合化航电系统对象建模过程和特点,在进行面向对象分类划分的基础上,提出了航电系统组成基类。同时,结合高度综合化航电系统软硬件组成及其相互关系特征,设计了基于虚拟表单的高度综合化航电系统对象管理模型,为航电系统需求、设计、研制阶段提供了一种灵活动态的对象管理手段。

本文提出的基于虚拟表单的综合化航电系统对象建模管理模型,其设计突出了“高内聚、低耦合”的面向对象设计思路,满足了高度综合化航电系统对象管理的动态化、立体化需求,可在航电系统研制各阶段得到应用。该模型的实际应用,可为高度综合化航电系统对象组成及相互关系的管理提供高效、灵活的管控手段和数据分析基础,并为系统设计提供清晰的架构组成支撑。

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马智骢(1983—),男,四川泸州人,2009年于重庆大学获硕士学位,现为工程师,主要研究方向为航空电子信息系统、工程管理、计算机软件工程等;

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

姜春强(1977—),男,山东威海人,2010年获工程硕士学位,主要从事无线通信系统的研究工作。

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

国家重点基础研究发展计划(973计划)项目

引用格式:马智骢,姜春强.高度综合化航电系统对象管理模型设计与应用[J].电讯技术,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.]