CN105069696A

CN105069696A - 一种基于体系结构框架的航电系统能力需求分析方法

Info

Publication number: CN105069696A
Application number: CN201510460242.3A
Authority: CN
Inventors: 陈聪; 刘青春
Original assignee: China Aeronautical Radio Electronics Research Institute
Current assignee: China Aeronautical Radio Electronics Research Institute
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2015-11-18

Abstract

本发明公开了一种基于体系结构框架的航电系统能力需求分析方法，包含以下步骤：步骤1：从飞机的作战使命和航电系统典型作战活动需求入手，采用自顶向下的方法分析飞机完成作战使命所需具有的航电系统能力，建立航电系统功能需求；步骤2：依据DoDAF体系结构框架，采用基于模型的系统设计方法将所述航电系统功能需求转化为相关的航电系统功能描述，建立航电系统功能架构模型；步骤3：从语法、语义及语用三个方面对所述航电系统功能架构模型与航电系统功能需求进行反复迭代，对所述航电系统功能架构模型进行仿真验证。本发明不仅提高了系统设计效率，降低了系统复杂程度，可有效支撑航电系统综合设计，而且能够缩短开发周期，节约开发成本。

Description

一种基于体系结构框架的航电系统能力需求分析方法

技术领域

本发明属于航空电子技术领域，特别涉及一种基于体系结构框架的航电系统能力需求分析的方法。

背景技术

“需求牵引，体系作战，技术推动”是如今航空电子系统发展的核心动力，需求分析作为航空电子系统研发的起点，决定着研发的方向。如今随着军事应用的不断变化，航空武器作战平台作为整个武器装备体系中的一个元素，其发展也更加注重体系作战需求。现在武器装备的需求论证已从以前的注重单个军兵种、某一类武器装备的个性需求向注重多个军兵种、装备体系下的联合需求发展,从基于威胁、自底向上的模式向基于能力、自顶向下的模式转变。这同时对航空电子系统需求分析方法提出了更高的要求，如何从体系的角度实现作战需求向航电系统能力需求的映射，已成为制约航电系统需求分析水平提高的主要瓶颈。

DoDAF体系结构框架是美国国防部于2004年正式颁布的用于指导美军开展装备需求生成的标准规范，以提高武器装备系统的建设效率，解决互操作性问题。经过多年的发展和运用，DoDAF已得到国内外的广泛认可。除美国以外的多个国家和组织也在不断完善自己的体系结构框架，如英国提出的MoDAF、北约提出的NAF和澳大利亚提出的AusDAF等。虽然我国与美国在体系结构的研究水平上还存在较大差距，但在此方面的各项研究工作已全面展开，并在2011年发布了《军事电子信息系统体系结构设计指南》，该文件主要借鉴了DoDAF的研究成果，提出了适于我国国情的军事电子信息系统体系结构设计原则和规程。但是，体系结构框架只提出了设计符合该框架结构的若干指导原则和基本步骤，给出的仅是模型的结果形式，并没有为设计体系结构产品提供具体的方法学和详细过程。

基于体系结构框架的航电系统能力需求分析方法不同于过去传统的瀑布式开发流程和基于文档的系统描述方法，而是从体系角度出发，通过需求分析及构建模型对体系结构设计的框架进行表现，同时进行系统分析和设计，这是一种全新的迭代式流程，将系统分析与设计和建模有机的结合了起来，通过建模将系统设计中的重要内容以数据和模型的形式进行存储和展示，有助于数据和模型的重用，从而提高系统设计效率，缩短开发周期，节约开发成本。

我们得知的基于体系结构框架的航电系统能力需求分析领域的专利情况：目前未找到国内外相关专利。

发明内容

本发明的发明目的就是要解决从体系角度实现作战需求向航电系统能力需求的映射问题，通过在体系结构建模过程中进行航电系统能力的分析与评估，可有效指导系统设计与开发，实现系统组成元素的综合集成，提高组成元素之间的互操作性；同时，通过建模将系统设计中的重要内容以数据和模型的形式进行存储和展示，提高系统设计效率，缩短开发周期，节约开发成本。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于体系结构框架的航电系统能力需求分析方法，包含以下步骤：

步骤1：基于作战任务需求的航电系统能力需求映射与分析

从飞机的作战使命和航电系统典型任务需求入手，采用自顶向下的方法分析飞机完成作战使命所需具有的航电系统能力，提出飞机航电系统的主要功能需求。航电系统功能需求必须满足任务需求，二者具有可追溯性。该过程包含以下步骤：

步骤1.1：根据飞机作战任务类型，制定作战想定计划，从体系角度描述完成该作战任务的主要参与实体、各实体的典型作战活动以及各实体间的交互信息等；

步骤1.2：针对飞机每项典型作战活动，依据“OODA”环分析飞机航电系统完成该作战活动所需具有的航电系统能力，建立“作战活动——航电系统能力”映射矩阵以及“航电系统能力——航电系统主要功能”映射矩阵；

步骤1.3：将航电系统主要功能进行分类整理，形成航电系统逻辑功能分区，同时建立航电系统逻辑功能分区接口判断矩阵以及属性描述。

步骤2：基于体系结构框架的航电系统功能架构设计与建模

依据DoDAF体系结构框架，根据步骤1分析出的航电系统逻辑功能分区，采用基于模型的系统设计方法将系统功能需求转化为相关的系统功能描述(操作)，建立飞机航电系统功能架构模型(即DoDAF体系结构框架的系统视图产品)，明确系统的主要功能组成及逻辑关系。该过程包含以下步骤：

步骤2.1：根据步骤1中的作战使命分析以及航电系统能力分析，建立作战活动与航电系统功能映射矩阵SV-5，并对航电系统功能进行标识和分解，建立功能描述图SV-4；

步骤2.2：分析航电系统功能间、航电系统间以及航电系统功能和航电系统间的接口关系，建立航电系统逻辑连接描述SV-2a；

步骤2.3：分析航电系统功能、航电系统和航电系统数据流这三个基本数据元素之间的关系，建立航电系统数据交换矩阵SV-6；

步骤2.4：分析在特定作战想定中，航电系统功能间的数据交换时间顺序以及响应不同事件时航电系统功能的状态变化，建立航电系统事件跟踪描述SV-10c及系统状态转移描述SV-10b。

步骤3：基于可执行模型的仿真与验证

从语法、语义及语用三个方面对航电系统功能架构进行仿真验证，对航电系统功能架构与航电系统能力需求进行反复迭代，确保航电系统功能架构设计合理，并且满足航电系统功能能力需求。该过程包括以下步骤：

步骤3.1：利用代码生成、编译、运作方式检测航电系统功能架构模型的形式化语法；利用基于人机界面的交互仿真验证航电系统功能架构模型的规则正确性及逻辑可行性；

步骤3.2：在航电系统功能架构模型语法及语义正确的基础上，运行航电系统功能架构模型，检验航电系统功能架构模型在运行时体现出来的系统行为是否合理以及能否满足航电系统功能需求，进行航电系统功能架构模型与航电系统功能需求的迭代。

本发明的有益效果为：提出了一种基于体系结构框架的航电系统能力需求分析方法，从体系角度实现了作战需求向航电系统能力需求的映射，采用了全新的基于体系结构框架的系统需求分析与系统架构设计方法，不仅提高了系统设计效率，降低了系统复杂程度，可有效支撑航电系统综合设计，而且能够缩短开发周期，节约开发成本。

附图说明

图1为本发明基于体系结构框架的航电系统能力需求分析方法的流程示意图；

图2为本发明中基于作战任务需求的航电系统能力需求分析的流程示意图；

图3为本发明中体系结构框架典型视图；

图4为本发明中基于体系结构框架的航电系统功能架构建模流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

图1是本发明的方法实现框图。如图1的实施例所示，本发明方法包括基于作战任务需求的航电系统能力需求映射与分析、基于体系结构框架的航电系统功能架构设计与建模以及基于可执行模型的航电系统功能架构仿真与验证三个环节，整个流程中是循环迭代的过程，最终形成航电系统能力需求及相应的航电系功能架构模型。该实施例的实现步骤如下：

(1)以某型直升机与无人机协同遂行联合编队反坦克作战任务为例，对作战任务过程展开分析，提炼出直升机完成该作战任务所需完成的典型作战活动共有22项；

(2)建立直升机典型作战活动与航电系统能力映射矩阵，以及航电系统能力与航电系统主要功能需求映射矩阵，可将直升机的22项典型作战活动映射为数据获取、态势感知、战术决策、任务执行以及其它能力共5大项(18小项)，同时映射为目标探测与感知、座舱显示与控制、综合任务处理、导航与定位等10大项(42小项)航电系统功能需求；

(3)以航电系统综合任务处理系统主要功能需求为例，将其进行分类整理，形成传感器管理、目标探测处理、无人机控制管理、火控解算、悬挂物管理以及系统状态监控这6个功能分区，同时建立功能分区接口判断矩阵以及属性描述；需求分析流程如图2所示；

(4)依据体系结构框架典型视图(见图3)，结合前面几个步骤的分析，建立航电系统综合任务处理系统功能架构模型，确定系统主要功能组成及逻辑关系。建模步骤如图4所示；

(5)检测模型的形式化语法以及模型规则的正确性及逻辑可行性；

(6)运行功能架构模型，检验动态模型体现出来的系统行为是否合理以及能否满足航电系统功能需求，进行系统模型与功能需求的迭代。

(7)上述实例从作战任务需求入手，经过“作战活动——航电系统能力需求——航电系统主要功能需求——航电系统综合任务处理系统功能需求——综合任务处理系统功能架构建模——功能架构模型仿真验证”这几个步骤，得到了航电系统综合任务处理系统的能力需求及模型表述。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种基于体系结构框架的航电系统能力需求分析方法，包含以下步骤：

步骤1：从飞机的作战使命和航电系统典型作战活动需求入手，采用自顶向下的方法分析飞机完成作战使命所需具有的航电系统能力，建立航电系统功能需求；

步骤2：依据DoDAF体系结构框架，采用基于模型的系统设计方法将所述航电系统功能需求转化为相关的航电系统功能描述，建立航电系统功能架构模型；

步骤3：从语法、语义及语用三个方面对所述航电系统功能架构模型与航电系统功能需求进行反复迭代，对所述航电系统功能架构模型进行仿真验证。

2.根据权利要求1所述的一种基于体系结构框架的航电系统能力需求分析方法，其特征在于所述步骤1包含以下步骤：

步骤1.1：根据飞机作战任务类型，制定作战想定计划，从体系角度描述完成作战任务的主要参与实体、各实体的典型作战活动以及各实体间的交互信息；

步骤1.2：针对每项典型作战活动，依据“OODA”环分析飞机航电系统完成该作战活动所需具有的航电系统能力，建立“作战活动——航电系统能力”映射矩阵以及“航电系统能力——航电系统主要功能”映射矩阵；

3.根据权利要求1所述的一种基于体系结构框架的航电系统能力需求分析方法，其特征在于所述步骤2包含以下步骤：

步骤2.2：分析航电系统功能间、航电系统间以及航电系统功能和航电系统间的接口关系，建立系统逻辑连接描述SV-2a；

步骤2.3：分析航电系统功能、航电系统和航电系统数据流这三个基本数据元素之间的关系，建立系统数据交换矩阵SV-6；

步骤2.4：分析在作战想定中，航电系统功能间的数据交换时间顺序以及响应不同事件时系统功能的状态变化，建立航电系统事件跟踪描述SV-10c及航电系统状态转移描述SV-10b。

4.根据权利要求1所述的一种基于体系结构框架的航电系统能力需求分析方法，其特征在于所述步骤3包含以下步骤：

步骤3.2：在航电系统功能架构模型语法及语义正确的基础上，运行航电系统功能架构模型，检验航电系统功能架构模型体现出来的航电系统行为是否合理以及能否满足航电系统功能需求，进行航电系统功能架构模型与航电系统功能需求的迭代。