CN106919153A - 星载电子设备综合化系统管控架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载电子设备综合化系统的管控架构，旨在提供一种稳定可靠和扩展性强的分层级开放式架构，本发明通过下述技术方案予以实现：根据星载电子设备综合化系统的构型特征，从物理资源线形成系统级资源管控、物理子系统级资源管理和硬件模块单元级控制的三层级管理，从任务功能线形成系统级任务管控、功能子系统级功能管理和功能单元级控制的三层级管理。系统综合管控器部署在综合管控子系统，负责系统级资源管控和系统级任务管控，根据系统蓝图和任务指令，完成系统的资源调度和任务管理。本发明克服了现有技术“联合式”系统及以前“分离式”系统都是传感器功能和设备绑定的设备或模块故障会导致传感器功能无法完成的缺陷。

Description

星载电子设备综合化系统管控架构

技术领域

本发明属航天航空技术领域，具体涉及一种用于星载电子设备综合化系统的开放式管控架构。

背景技术

卫星电子设备一般包括卫星平台电子设备和卫星载荷电子设备(简称为星载电子设备)，卫星平台电子设备是保证卫星平台设备，保障卫星正常运转的基础，而卫星载荷电子设备是卫星的任务系统，目前卫星平台和载荷的电子设备有一体化综合化设计趋势，但本发明只以卫星载荷的电子设备综合化系统为对象。随着航天飞行器的发展，星载电子设备不断扩展新任务和新需求，对星载电子设备的集成度、可扩展性与综合化能力提出了更严苛的需求。传统的星载电子设备以联合式架构设计为主，以各个独立设备为基本单元构建系统，这种系统独立设计相应的孔径、信道及处理设备实现相应的雷达、电子侦察、通信和融合识别等功能。由于功能分立，各相关孔径、信道和处理资源固化，架构封闭，难以进行功能扩展，通用资源无法分时复用，资源利用率低，造成体积大、重量高、功耗大、操作性差、故障环节多、价格昂贵等问题，系统扩展、升级和成长能力较弱。同时由于“联合式”系统及以前“分离式”系统都是传感器功能和设备绑定，物理设备中的设备或模块故障都会导致传感器功能无法完成。

为了解决星载电子设备联合式系统存在的不足及开放性等问题，研究星载电子设备综合化系统的需求非常迫切，势在必行。星载电子设备综合化系统采用模块化、通用化、标准化和综合化的“四化”设计思路，在系统设计初期将以前雷达、电子侦察、通信和融合识别等功能子系统的功能软硬件进行解耦，解耦硬件平台与功能应用软件，为通用化和模块化提供基础，同时将其系统设备颗粒度由系统级到设备级更进一步细化到模块级，并对硬件模块和软件接口进行标准化，为系统的综合化提供设计基础。综合化系统将系统软硬件资源的所有权和使用权进行分离，软硬件资源的所有权由“联合式”系统的功能子系统所有转换为“综合化”系统的系统拥有，同时软硬件资源的使用权由“联合式”系统的功能独占排它性使用转换为无任务时由“综合化”系统管理和有任务时由系统按照蓝图分配给功能使用两种情况。

由于星载电子设备综合化系统包含了综合管控子系统、综合孔径子系统、综合信道子系统、综合处理子系统和综合保障子系统等设备平台，为了在星载电子设备模块化、标准化和通用化的基础上实现综合化，同时满足系统的开放性、扩展性和可靠性等要求，则综合化系统需要开放合理的管控架构以支撑系统的综合化。星载电子设备综合化系统通过驻留综合管控子系统的系统综合管控器统一调度和综合孔径、综合信道、综合处理及综合保障等子系统资源管理器配合的情况下，完成雷达、电子侦察、通信和融合识别等子系统功能。

发明内容

本发明的目的是针对以上描述的星载电子设备综合化系统的管理控制要求，提供一种管控架构层级清晰、管控分工明确、集成度高、减重减体积、稳定可靠和扩展性强的星载电子设备综合化系统分层级开放式架构，通过驻留综合管控子系统的系统综合管控器统一调度管理，旨在实现星载电子设备的综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障等物理子系统和雷达、电子侦察、通信和融合识别等功能子系统解耦后的管理控制，在综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障等物理子系统动态耦合雷达、电子侦察、通信和融合识别等功能子系统后的管理控制，以及综合管控、综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障等物理子系统及雷达、电子侦察、通信和融合识别等功能子系统的健康管理。

本发明的上述目的可以通过以下介绍方案予以实现，一种星载电子设备综合化系统的管控架构，包括：包含了通过以太网网络或1553B总线互联通信，且子系统间统一数据接口和控制信息接口的综合管控子系统、综合孔径子系统、综合信道子系统、综合处理子系统和综合保障子系统的物理设备子系统硬件平台和动态加载的雷达、电子侦察、通信和融合识别功能子系统和高速背板，其特征在于：根据星载电子综合化系统由设备分系统和任务分系统组成的结构特征，采用设备资源线和任务功能线的分类分层级管控架构，分为系统级综合管控、子系统级管理和模块/功能单元级控制三层管控层面；其中，系统级综合管控层面形成的系统综合管控器为第一层系统级综合管控层面，物理设备分系统的物理子系统资源管理器和任务功能分系统的功能子系统功能管理器为第二层子系统级管理层面，物理设备分系统的硬件模块控制单元和任务功能分系统的功能控制单元为第三层模块/功能级单元控制层面；系统综合管控器根据任务需求向综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障子系统下发管控指令，根据系统的任务蓝图进行任务重构，在系统任务需求发生变化时，按照确定性的任务功能切换方案进行工作，通过分时复用系统的通用硬件资源，加驻不同的功能应用软件实现不同的传感器功能；综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障子系统管控配合综合管控子系统完成各物理子系统资源的自身模块的健康管理和动态加载软件及其硬件模块资源管控，并通过RapidIO网络或CAN总线对各自物理子系统的内部模块进行控制管理和系统健康管理，各物理子系统的相应模块配合完成功能软件动态加载和控制管理。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

管控架构层级清晰。本发明采用主要包括负责系统级综合管控的系统综合管控器，负责综合孔径、综合信道、综合处理、综合保障物理子系统级资源管理的子系统资源管理器和负责雷达、电子侦察、通信和融合识别功能子系统功能管理的子系统功能管理器，负责模块单元级控制的各模块控制单元和功能单元级控制的各功能控制单元。根据系统的物理设备和任务功能构型特征分别从物理资源线和任务功能线进行分层级管理，从物理资源线形成系统级资源管控、物理子系统级资源管理和硬件模块单元级控制的三层级管理，从任务功能线形成系统级任务管控、功能子系统级功能管理和功能单元级控制的三层级管理，管控架构层级清晰。

各层级管控分工明确。本发明采用综合管控子系统的系统综合管控器接收系统蓝图的任务要求，载入相应的系统工作参数，依据系统蓝图完成综合孔径子系统、综合信道子系统、综合处理子系统和综合保障子系统的资源管理，对系统硬件资源进行分层级管理，形成系统级物理资源管控、物理子系统管理和硬件模块控制的三层级管理，加载任务后，对系统任务功能进行分层级管理，形成系统级任务功能管控、功能子系统管理和功能单元控制的三层级管理。从物理资源线和任务功能线两方面对系统进行分层级进行管理控制，物理资源方面从系统级到物理子系统级再到硬件模块级，任务功能方面从系统级到功能子系统级再到功能单元级，分解系统各级管控的功能，明确各级管控的责任进行资源和任务及健康管理。系统综合管控器主要负责完成系统决策管理、系统调度管理物理资源方面的系统级资源管控和加载任务后任务功能方面的系统级任务管控。综合孔径子系统、综合信道子系统、综合处理子系统和综合保障子系统的子系统资源管理器配合系统综合管控器完成系统资源分配、系统资源加断电控制和任务功能软件动态加卸载等资源管控功能。综合孔径子系统、综合信道子系统、综合处理子系统和综合保障子系统的各模块控制单元配合各子系统资源管理器完成模块自身的健康管理和软件的动态加卸载等硬件模块资源管控功能。动态加载的雷达、电子侦察、通信和融合识别功能子系统功能管理器负责完成功能初始参数和功能健康管理等功能子系统的功能管控功能。由动态分配的处理模块和功能管控单元、功能信息处理软件、功能信号处理软件、功能涉及的信道模块和软件、功能涉及的孔径和软件等组成的功能控制，共同完成任务功能底层的功能实时控制，各层级管控分工明确，层次分明。

集成度高。本发明采用综合孔径子系统、综合信道子系统、综合处理子系统和综合保障子系统的子系统资源管理器分别驻留在各物理子系统，综合管控子系统通过以太网网络或1553B总线与综合孔径子系统、综合信道子系统、综合处理子系统和综合保障子系统的子系统控制模块互联。综合管控子系统的管控值班模块、管控模块、以太网交换模块、数据接口及存储管理模块、数据存储模块、二次电源模块等完成系统综合管控器功能的模块等集成在综合管控子系统的高速背板上，通过以太网网络或1553B总线互联的综合孔径子系统孔径控制模块、综合信道子系统信道控制模块、综合处理子系统处理控制模块、综合保障子系统保障控制模块进行子系统级资源调度管理，综合孔径子系统孔径控制模块、综合信道子系统信道控制模块、综合处理子系统处理控制模块、综合保障子系统保障控制模块通过RapidIO网络或CAN总线对各子系统内部模块进行控制，完成模块级资源调度管理，具有较高的集成度。

减重减体积。本发明采用模块化、通用化、标准化和综合化的硬件平台、互连网络、系统级管控模块和物理子系统级控制模块及模块单元级控制，将综合化系统的功能和设备解耦。系统综合管控器在系统任务需求发生变化时，根据系统的任务蓝图进行任务重构，通过分时复用系统的通用硬件资源，加驻不同的功能应用软件实现不同的传感器功能，支撑综合化系统减重减体积的目标。

任务安全稳定可靠。本发明针对现有技术电子载荷综合化系统，“联合式”系统及以前“分离式”系统都是传感器功能和设备绑定，物理设备中的设备或模块故障都会导致传感器功能无法完成问题。电子载荷综合化系统采用综合管控子系统的系统综合管控器根据任务需求向综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障等各子系统资源管控器各子系统下发任务加卸载管理和健康管理等管控指令，综合孔径子系统、综合信道子系统、综合处理子系统和综合保障子系统的子系统资源管控器通过RapidIO网络或CAN总线方式对各自物理子系统的内部模块进行控制管理和健康管理，各物理子系统相应模块配合各子系统资源管控器完成功能软件的动态加卸载和控制管理，克服了现有技术“联合式”系统及以前“分离式”系统都是传感器功能和设备绑定的设备或模块故障会导致传感器功能无法完成的缺陷。综合化系统采用开放式体系架构，支撑电子载荷系统的综合化设计，将系统的功能和设备解耦，将设备进行通用化和模块化设计，在系统任务时通过在通用化和模块化设备及基础平台软件上加载相应的任务功能应用软件，根据任务需要动态耦合任务功能应用软件和通用软硬件基础平台，提高了任务可靠性，改变了传统以各个独立设备为基本单元构建系统的联合式设计方法与思路。而综合化系统通过采用模块化、通用化、标准化和综合化的系统故障预案的方法，在系统出现故障时，可以按照确定性的故障处理方案进行处理，避免系统出现不可预测的状态，保障系统的安全性。

可扩展性强。本发明针对星载电子设备综合化系统的管控架构，采用系统蓝图的可配置方式，在提高系统任务可靠性的同时，支持系统软硬件的即插即用，可较好的适配系统的需求变化，能提高系统的自动管理能力，支撑系统的开放性和扩展性。系统综合管控器通过接受系统蓝图的任务要求，载入相应的系统工作参数，依据系统蓝图完成设备资源分配；任务执行前，系统综合管控器完成系统参数配置及工作参数分解，向各物理子系统资源管理器下达任务配置信息；如上述过程中出现故障，根据系统蓝图的配置完成相应故障预案进行处理，若无故障，则开始执行配置的任务功能。通过采用系统蓝图的配置方式，当系统需求变化或任务扩展时，在不修改系统已有硬件架构的情况下，通过注入新的蓝图配置，系统综合管控器解析新蓝图，动态加载新任务的软件，实现系统的任务扩展，支撑系统的开放性和可扩展性。

本发明综合管控子系统的系统综合管控器与综合孔径、综合信道、综合处理及综合保障的子系统资源管理器协作完成各物理子系统的设备资源管理，与各物理设备子系统资源管理器控制协作，动态加卸载雷达、电子侦察、通信和融合识别等各功能子系统的功能软件。系统综合管控器通过以太网或FC网络形式对综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障等物理子系统进行系统资源调度管理，综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障等各子系统资源管理器解析管控指令，通过RapidIO网络或CAN总线方式对各子系统内部模块进行资源管理和健康管理。系统综合管控器与动态加载的雷达、电子侦察、通信和融合识别功能子系统功能管理器协作完成各功能子系统的功能管理，通过功能子系统功能管理器对子系统内功能完成功能控制和健康管控，可广泛应用于空间站、卫星、舰船及无人机等陆海空天平台的电子设备综合化系统的管理控制。

附图说明

图1是本发明的星载电子设备综合化系统管控架构示意图。

图2是图1综合管控子系统及设备分系统二级管控的结构原理框图。

图3是图1分层级健康管理示意图。

图4是图1系统蓝图层次结构示意图。

图5是图1调度管理流程示意图。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。下面结合附图对本发明进一步说明。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的实施例中，一种星载电子设备综合化系统管控架构，包括：包含了通过以太网网络或1553B总线互联通信，且子系统间统一数据接口和控制信息接口的综合管控子系统、综合孔径子系统、综合信道子系统、综合处理子系统和综合保障子系统的物理设备子系统硬件平台和动态加载的雷达、电子侦察、通信和融合识别功能子系统，以及根据星载电子综合化系统由设备分系统和任务分系统组成的结构特征，采用设备资源线和任务功能线的分类分层级管控架构，分为系统级综合管控、子系统级管理和模块/功能单元级控制三层管控层面。其中，系统级综合管控层面形成的系统综合管控器为第一层系统级综合管控层面，系统综合管控器驻留综合管控子系统，根据系统蓝图的资源信息、功能的资源配置信息、系统的资源状态信息和系统的任务模式信息进行资源调度和任务调度，负责系统顶层的资源管理、功能管理、参数管理和健康管理，通过分时复用系统的通用硬件资源，加驻不同的功能应用软件实现不同的传感器功能，向物理设备分系统的综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障子系统和任务功能分系统动态加载的雷达、电子侦察、通信和融合识别功能子系统下发管控指令。物理设备分系统的物理子系统资源管理器和任务功能分系统的功能子系统功能管理器为第二层子系统级管理层面，物理设备分系统的综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障子系统资源管理器配合系统综合管控器完成各物理子系统资源的自身模块的健康管理和动态加载软件及其硬件模块资源管控，并通过RapidIO网络或CAN总线对各自物理子系统的内部模块进行控制管理和系统健康管理。任务功能分系统的雷达、电子侦察、通信和融合识别功能子系统功能管理器配合系统综合管控器完成各动态加载功能子系统功能的控制管理和系统健康管理。物理设备分系统的硬件模块控制单元和任务功能分系统的功能控制单元为第三层模块/功能级单元控制层面，模块单元级控制由各模块单元完成，配合各物理子系统资源管理器完成对功能软件的动态加卸载和模块的控制管理。功能单元级控制由各功能单元完成，配合各功能子系统功能管理器完成对功能的控制管理。

星载电子设备综合化系统由设备分系统硬件平台和动态耦合硬件平台的任务分系统组成，设备分系统包括综合管控子系统、综合孔径子系统、综合信道子系统、综合处理子系统和综合保障子系统，任务分系统包括雷达功能子系统、电子侦察功能子系统、通信功能子系统和融合识别功能子系统。综合管控子系统主要实现任务决策分析、状态监测和模式控制等能力，能够实现系统参数配置、健康管理、故障处理，以及软硬件资源调度和数据存储等功能。综合孔径子系统能够实现收发S和Ka等多频段的宽频段覆盖并形成波束。综合信道子系统完成综合孔径至综合处理的信号汇集分发，完成综合处理至综合孔径的信号传输，并为综合孔径提供辅助控制信号。综合处理子系统构建通用信号和数据处理平台，通过加载雷达、电子侦察、通信和融合识别等功能软件，实现相应功能的信号处理和数据处理能力。综合保障子系统为系统提供配电和频标功能。雷达功能子系统具备雷达主动探测和成像能力。电子侦察功能子系统具备对各频段辐射源和电磁信号进行接收处理及识别处理能力。通信功能子系统具备多频段对天对地链路互联空间节点和地面节点，实现多链路空间路由交换和混合组网能力。融合识别功能子系统具备目标引导和目标融合识别功能。

系统管控架构从设备资源线形成系统综合管控器、物理子系统资源管理器和硬件模块控制单元三层级管理。系统综合管控器部署综合管控子系统，负责系统顶层的资源管理，管理并维护整个系统的所有资源。物理子系统资源管理器负责系统第二层次的资源管理，包括：综合孔径子系统资源管理器、综合信道子系统资源管理器、综合处理子系统资源管理器和综合保障子系统资源管理器分别部署在各子系统的子系统管控模块，根据系统综合管控器下发的指令信息，控制各自子系统内各个模块进行相关的资源管理操作和软件模块的动态加载和卸载等操作，负责配置各自子系统内部的网络通信链路，协助系统综合管控器完成功能的创建，同时还负责监控各自子系统内各个模块的健康状态和网络运行状态等，负责具体维护管理各子系统内所有资源的资源分配和健康状态。模块控制单元是系统最底层的资源管理，驻留在各个资源模块上，负责维护本模块的资源管理，根据物理子系统级资源管理器下发的资源管理指令，完成模块的加断电和软件加卸载及参数配置等操作，负责维护模块的健康状态，包括执行模块机内自检操作，并向各物理子系统级资源管理器上报模块自身的状态信息。孔径类模块控制单元接收综合孔径子系统资源管理器的加断电和波束等指令，完成模块的加断电和波束控制。信道类模块控制单元接收综合信道子系统资源管理器的加断电和开关切换及频点等指令，完成模块的加断电和开关切换及频点控制。处理类模块控制单元接收综合处理子系统资源管理器的加断电和软件加卸载等指令，完成模块的加断电和软件加卸载控制。保障类模块控制单元接收综合保障子系统资源管理器的加断电等指令，完成模块的加断电控制。

系统管控架构从任务功能线形成系统综合管控器、功能子系统功能管理器和功能控制单元三层级管理。其中，系统综合管控器负责系统顶层的任务管理，管理并维护整个系统的所有功能。系统综合管控器根据星载电子综合化系统的任务需求和任务预案蓝图，综合考虑系统资源和供电能力等约束因素，主要依据各任务的工作时间、所需设备模块类型及数量、连接约束、资源总功耗及系统供电能力等条件进行任务分析决策，通过任务优先级或先入后入等冲突消解策略进行任务冲突检测及消解，在满足设备使用约束的情况下执行任务计划，解析系统蓝图的任务要求，通过在通用信号和数据处理模块上动态部署雷达和通信等功能软件构件，对功能进行启停控制，载入相应的系统任务工作参数，实时监测模块和功能的工作状态，确保任务的顺利进行，当功能或模块发生故障时，系统综合管控器根据预先定义的故障预案进行故障处理。功能子系统功能管理器负责系统第二层次的功能管理，包括：雷达功能子系统功能管理器、电子侦察功能子系统功能管理器、通信功能子系统功能管理器和融合识别功能子系统功能管理器，各功能子系统功能管理器根据系统综合管控器下发的功能调度指令和工作参数，完成功能的启停管理、功能的运行状态维护、功能的预置参数库和规则库加载、功能的运行参数设置等。雷达探测类功能、电子侦察类功能、通信传输类功能和融合识别类功能的控制单元由动态加载的功能软件负责完成，是系统任务管理中受控制的基本单位，接收各功能子系统功能管理器的命令和参数设置，完成软件自身的启停、工作模式和工作频段等参数控制和信号及数据处理工作，负责完成本功能的自检测，将自身健康状况上报。

参阅图2。在星载电子综合化系统管控架构中，系统级综合管控由管控子系统实现。综合管控子系统包括硬件平台、互连网络和系统综合管控器软件等，硬件平台包括集成在高速背板上的高可靠管控值班模块、系统管控模块、以太网交换模块、数据接口及存储管理模块、数据存储模块和二次电源模块，物理形态为标准VPX或LRM可插拔模块。其中，高可靠管控值班模块由1:1冗余热备份的两块宇航级CPU+FPGA板卡组成，系统管控模块由1:1冗余冷备份的两块高性能CPU+FPGA板卡组成，以太网交换模块由实现系统管理和数据信息传输与分发的千兆网交换板卡组成，数据接口及存储管理模块由实现大容量数据的接口和记录等功能的高性能CPU+FPGA板卡组成，数据存储模块提供实现遥控遥测数据、功能软件和载荷数据的数据存储池，二次电源模块由根据加断电指令完成各模块供配电任务的二次电源板卡组成。

互连网络包括内部互连网络和外部互连网络。内部互连网络包括以太网和CAN总线等，综合管控子系统内各模块通过CAN总线进行监测数据的传输，通过以太网实现内部管理值班模块与系统管控模块及数据接口及存储管理模块间的控制信息或情报数据传输。外部互连网络包括以太网、FC网络、1553B总线或RS422接口等，高可靠管控值班模块通过1553B总线或RS422接口与综合保障子系统和综合孔径子系统的子系统管控模块进行互连并进行控制消息交互，通过FC网络与星载平台或其他载荷进行通信，系统管控模块通过以太网与综合信道子系统和综合处理子系统的子系统管控模块进行互连并进行控制和情报消息交互。

系统综合管理器软件部署在管控值班模块和系统管控模块，负责管理系统的所有软硬件资源，根据系统任务和故障预案对系统进行任务重构和故障处理，接收地面系统任务规划指令，对综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障等资源进行调度，通过在系统的通用软硬件基础平台上动态加载相应的任务功能软件实现系统功能重构，完成各子系统的工作参数设置，设备运行状态和任务流程监视，并实时监测设备分系统中各物理子系统的模块状态及任务分系统中各功能子系统的功能状态。高可靠管控值班模块实现对载荷电子设备综合化系统的遥控、时间、姿态信息的接收与遥测和情报及数传数据的发送，负责整星电子设备系统管理控制指令的接收解译和任务冲突分析，实现对星电子设备系统的状态监控、资源监控和热控管理等管理控制功能，并为外部遥测和遥控等功能提供支持，同时还负责对综合孔径子系统及其子系统管控模块、综合信道子系统及其子系统管控模块、综合处理子系统及其子系统管控模块、综合管控子系统所有模块的加断电控制。系统管控模块负责系统资源的管理和任务的执行，向各物理子系统和功能子系统发送管理与控制指令，通过综合孔径子系统、综合信道子系统、综合处理子系统的子系统管控模块分别对任务需要的综合孔径子系统模块、综合信道子系统模块、综合处理子系统模块的加断电控制，接收各物理子系统和功能子系统反馈的状态和执行结果及任务情报等信息。

参阅图3。系统健康管理主要是为了实现综合化系统的可靠容错和故障恢复机制，在系统运行过程中对全系统的健康状况进行检查和对故障进行处理的过程。系统故障检测和处理主要通过系统机内自检测、故障诊断与隔离和故障处理预案实现。根据综合化系统管控架构，系统健康管理也采用分类分层级的故障检测和处理，从物理资源线分为系统健康管理、物理子系统健康管理和模块健康管理三层级健康管理，从任务功能线分为系统健康管理、功能子系统健康管理和功能健康管理三层级健康管理。物理资源线第三层级的模块健康管理分别由各模块控制单元负责，完成模块自身器件的电压和温度等状态信息及模块平台软件状态信息收集，并向各物理子系统资源管理器汇集；任务功能线第三层级的功能健康管理分别由各功能控制单元负责，完成模块功能软件状态信息收集，并向各功能子系统健康管理器汇集。物理资源线第二层级的物理子系统健康管理由各物理子系统资源管理器负责，综合各模块控制单元反馈的状态信息，向系统综合管控器反馈物理子系统的状态信息；任务功能线第二层级的功能子系统健康管理由各功能子系统功能管理器负责，综合功能控制单元反馈的功能状态信息，向系统综合管控器反馈功能子系统的状态信息。物理资源线和任务功能线第一层级的系统健康管理由综合管控子系统的系统综合管控器负责，综合各物理子系统和功能子系统反馈的模块和功能状态信息，结合故障处理预案和神经网络、专家系统、模糊逻辑等人工智能技术进行故障诊断，给出系统健康状态信息及处理措施。

参阅图4。系统蓝图与系统资源调度和系统开放性及可扩展性密切相关，系统在通用硬件平台上加载不同的功能软件实现系统重构，在软硬件功能具备的情况下，实现重构的基础是系统蓝图。系统蓝图采用树形结构进行组织管理，目前分为系统资源配置、系统功能配置和系统任务模式三个方面，其中，系统资源配置方面蓝图主要包括综合管控子系统、综合处理子系统、综合信道子系统、综合孔径子系统和综合保障子系统等物理子系统模块的类型、数量和功能等工作能力和使用约束等配置信息。系统功能配置方面蓝图主要包括雷达探测类、电子侦察类、通信传输类和融合识别类功能对综合管控子系统、综合处理子系统、综合信道子系统、综合孔径子系统和综合保障子系统等物理子系统的模块资源、连接关系、通信带宽和实时性等需求及配置参数，完成功能运行对资源的需求配置和所需的配置信息，指导系统综合管控器配置系统资源以完成特定的系统功能。系统任务模式方面蓝图是对系统在不同任务模式下对功能的需求配置信息，主要包括任务模式对应的功能配置及其优先级。系统综合管控器收到任务计划指令后，解析系统蓝图，根据系统任务模式方面蓝图的功能配置及其优先级进行电源使用、设备能力、设备连接和设备使用等约束和硬件资源冲突的任务决策分析，按照系统蓝图完成系统资源调配和系统重构管理。

参阅图5。地面任务规划器设计系统蓝图和任务指令，系统综合管控器即综合管控子系统根据地面任务规划器设计的系统蓝图和任务指令信息，获取系统功能配置及系统资源的蓝图信息及系统资源的状态信息，并进行任务资源冲突检测，判断当前任务是否可执行，如不能执行则直接反馈结果，如可执行则根据系统电力、连接、设备能力及使用等约束信息进行任务决策分析和系统配置的消解策略进行资源冲突消解。系统综合管控器根据蓝图信息分配资源，向综合保障子系统资源管理器发送加电控制指令，综合保障子系统资源管理器具体完成综合孔径、综合信道、综合处理子系统的加电控制。系统综合管控器向综合孔径、综合信道、综合处理子系统资源管理器发送对任务需要的资源加电、网络配置和加载功能软件等指令，综合孔径、综合信道、综合处理子系统资源管理器与子系统内部各模块具体完成指令控制，并等待电子侦察功能子系统装配结束；电子侦察功能子系统装配结束后，系统综合管控器启动综合处理子系统数据处理模块上的电子侦察功能子系统功能管理器运行，并通知电子侦察功能子系统功能管理器加载雷达信号侦察功能的参数库；电子侦察功能子系统功能管理器对雷达信号侦察功能进行实时控制，并输出雷达信号侦察功能的原始及处理情报数据。系统综合管控器监测电子侦察功能子系统，根据任务规划时间判断雷达信号侦察功能运行是否应该结束，否则继续监测电子侦察功能子系统，是则通知电子侦察功能子系统功能管理器保存雷达信号侦察功能的参数库，停止雷达信号侦察功能，向综合孔径、综合信道和综合处理子系统资源管理器发送资源释放断电指令，综合孔径、综合信道和综合处理子系统资源管理器完成子系统内部模块的资源释放和断电控制；系统综合管理器向综合保障子系统资源管理器发送断电控制指令，综合保障子系统资源管理器具体完成综合孔径、综合信道和综合处理子系统的断电控制。系统综合管理器向地面任务规划器反馈当前任务的执行结果。

系统电子侦察功能子系统的雷达信号侦察功能的调度管理包括以下步骤：

步骤1:系统综合管控器根据地面任务规划器设计的系统蓝图和指令信息，获取系统功能配置及系统资源的蓝图信息及系统资源的状态信息，根据系统电力、连接、设备能力及使用等约束信息进行任务决策分析和系统配置的消解策略进行资源冲突消解。

步骤2:系统综合管控器根据分析结果判断当前任务是否可执行，如果不能执行，则执行步骤9，直接返回并向地面任务规划器反馈结果，如果能执行，进执行步骤3。

步骤3:系统综合管控器根据系统蓝图信息分配系统资源，向综合保障子系统资源管理器发送加电控制指令，综合保障子系统资源管理器具体完成综合孔径、综合信道、综合处理子系统的加电控制。

步骤4：系统综合管控器向综合孔径、综合信道、综合处理子系统资源管理器发送对任务需要的资源加电、网络配置和加载功能软件等指令，综合孔径、综合信道、综合处理子系统资源管理器与子系统内部各模块具体完成指令控制，并装配电子侦察功能子系统。

步骤5：电子侦察功能子系统装配过程中如果出现异常，则执行步骤10，直接返回并向地面任务规划器反馈结果，如果装配正常，进执行步骤6。

步骤6：电子侦察功能子系统装配结束后，系统综合管控器启动综合处理子系统数据处理模块上的电子侦察功能子系统功能管理器运行，并通知电子侦察功能子系统功能管理器加载雷达信号侦察功能的参数库。

步骤7：在电子侦察功能子系统的雷达信号侦察功能运行期间，系统综合管控器接收实时指令控制并下发电子侦察功能子系统功能管理器，由电子侦察功能子系统功能管理器对雷达信号侦察功能进行实时控制，并通过系统输出雷达信号侦察功能的原始及处理情报数据，系统综合管控器监测系统的功能和资源状态，如发现综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障子系统的模块或雷达信号侦察功能故障，依据系统预置的故障处理预案进行故障处理，下达故障处理命令到综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障子系统资源管理模块及电子侦察功能子系统功能管理器，记录故障处理详细信息，综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障子系统资源管理器及电子侦察功能子系统功能管理器根据故障处理命令进行故障处理，结束后上报故障处理结果。

步骤8：系统综合管控器根据蓝图或系统约束等条件判断电子侦察功能子系统的雷达信号侦察功能运行是否应该结束，如果不能结束，则继续步骤6，如果应该结束，系统综合管控器通知电子侦察功能子系统功能管理器保存雷达信号侦察功能参数库，停止雷达信号侦察功能，向综合孔径、综合信道、综合处理子系统资源管理器发送资源释放和断电指令，综合孔径、综合信道、综合处理子系统资源管理器完成子系统内部模块的资源释放和断电控制。

步骤9：系统综合管控器向综合保障子系统资源管理器发送断电控制指令，综合保障子系统资源管理器具体完成综合孔径、综合信道、综合处理子系统的断电控制。

步骤10：在系统任务执行结束后，系统综合管控器向地面任务规划器反馈当前任务的执行结果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的一种用于大规模星载综合化电子系统的管控架构的设计进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

Claims (10)

1.一种星载电子设备综合化系统的管控架构，包括：包含了通过以太网网络或1553B总线互联通信，且子系统间统一数据接口和控制信息接口的综合管控子系统、综合孔径子系统、综合信道子系统、综合处理子系统和综合保障子系统的物理设备子系统硬件平台和动态加载的雷达、电子侦察、通信和融合识别功能子系统和高速背板，其特征在于：根据星载电子综合化系统由设备分系统和任务分系统组成的结构特征，采用设备资源线和任务功能线的分类分层级管控架构，分为系统级综合管控、子系统级管理和模块/功能单元级控制三层管控层面；其中，系统级综合管控层面形成的系统综合管控器为第一层系统级综合管控层面，物理设备分系统的物理子系统资源管理器和任务功能分系统的功能子系统功能管理器为第二层子系统级管理层面，物理设备分系统的硬件模块控制单元和任务功能分系统的功能控制单元为第三层模块/功能级单元控制层面；系统综合管控器根据任务需求向综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障子系统下发管控指令，根据系统的任务蓝图进行任务重构，在系统任务需求发生变化时，按照确定性的任务功能切换方案进行工作，通过分时复用系统的通用硬件资源，加驻不同的功能应用软件实现不同的传感器功能；综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障子系统管控配合综合管控子系统完成各物理子系统资源的自身模块的健康管理和动态加载软件及其硬件模块资源管控，并通过RapidIO网络或CAN总线对各自物理子系统的内部模块进行控制管理和系统健康管理，各物理子系统的相应模块配合完成功能软件动态加载和控制管理。

2.如权利要求1所述的星载电子设备综合化系统的管控架构，其特征在于：系统综合管控器驻留综合管控子系统，根据系统蓝图的资源信息、功能的资源配置信息、系统的资源状态信息和系统的任务模式信息进行资源调度和任务调度，负责系统顶层的资源管理、功能管理、参数管理和健康管理，通过分时复用系统的通用硬件资源，加驻不同的功能应用软件实现不同的传感器功能，向物理设备分系统的综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障子系统和任务功能分系统动态加载的雷达、电子侦察、通信和融合识别功能子系统下发管控指令。

3.如权利要求1所述的星载电子设备综合化系统的管控架构，其特征在于：功能单元级控制由各功能单元完成，配合各功能子系统功能管理器完成对功能的参数控制及健康管理；根据系统的物理设备和任务功能构型特征分别从物理资源线和系统任务功能线分别进行分层和分级管理，形成系统级物理资源管控、物理子系统管控和硬件模块控制的三级物理硬件资源的分层级管理，以及系统级任务功能管控、功能子系统管控和功能单元实时控制三级任务功能的分层级管理，分解系统各级管控的功能，明确各级管控的责任。

4.如权利要求1所述的星载电子设备综合化系统的管控架构，其特征在于：高速背板上集成了模块化、通用化、标准化和综合化各种模块的综合管控子系统作为综合化系统的管理控制核心，采用标准总线通信接口协议的通信网络将星载电子设备进行综合化互联，根据系统蓝图的任务要求给出决策信息，完成设备资源分配，载入相应的系统工作参数，完成系统级物理资源管控和系统级任务功能管控，统一任务调度和决策管理控制信息和数据信息的传输与利用。

5.如权利要求1所述的星载电子设备综合化系统的管控架构，其特征在于：综合管控子系统的系统综合管控器包括系统管控模块和常加电的管控值班模块，管控值班模块由1:1冗余热备份的两块宇航级CPU+FPGA板卡组成，管控值班模块负责电子设备系统的指令接收解译和内外接口转换，实现对整星电子设备系统的状态监控、资源监控和热控管理等基本的管理控制功能，并为外部遥测和遥控等功能提供支持，监控综合孔径和综合保障子系统常加电设备，对综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障子系统等设备资源的动态加去电；系统管控模块由1:1冗余冷备份的两块CPU+FPGA板卡组成，负责系统顶层的资源管理、功能管理、参数管理和健康管理，向各子系统控制模块上的子系统资源管理器发送管理与控制指令，并接收各子系统控制模块上的子系统资源管理器反馈的模块状态及参数执行结果及动态加载各功能子系统功能管理器反馈的功能状态及参数执行结果的信息。

6.如权利要求5所述的星载电子设备综合化系统的管控架构，其特征在于：在系统有任务时，管控值班模块控制系统管控模块加电，系统管控模块通过系统的通用硬件资源和基础平台软件上加载相应的任务功能应用软件插件，动态耦合通用平台软硬件平台和任务功能应用软件，实时监测各物理子系统模块及功能子系统功能的状态，调度子系统执行自检和自测试工作，完成系统的健康管理。

7.如权利要求6所述的星载电子设备综合化系统的管控架构，其特征在于：第二层子系统级管理层面的综合孔径子系统资源管理器、综合信道子系统资源管理器、综合处理子系统资源管理器和综合保障子系统资源管理器分别驻留在综合孔径子系统的子系统管控模块、综合信道子系统的子系统管控模块、综合处理子系统的子系统管控模块和综合保障子系统的子系统管控模块上。

8.如权利要求1所述的星载电子设备综合化系统的管控架构，其特征在于：系统健康管理采用分类分层级的故障检测和处理，从物理资源线分为系统健康管理、物理子系统健康管理和模块健康管理三层级健康管理，从任务功能线分为系统健康管理、功能子系统健康管理和功能健康管理三层级健康管理。

9.如权利要求1所述的星载电子设备综合化系统的管控架构，其特征在于：系统蓝图是系统管控的基础，采用树形结构进行组织管理，分为系统资源配置、系统功能配置和系统任务模式三个方面；系统综合管控器根据接收的任务计划指令，解析系统蓝图，根据电源使用、设备能力、设备连接和设备使用等约束和硬件资源冲突的任务决策分析，按照系统蓝图完成系统资源调度和系统任务管理。

10.如权利要求1所述的星载电子设备综合化系统的管控架构，其特征在于：在电子侦察功能子系统的雷达信号侦察功能运行期间，系统综合管控器接收实时指令控制并下发电子侦察功能子系统功能管理器，由电子侦察功能子系统功能管理器对雷达信号侦察功能进行实时控制，并通过系统输出雷达信号侦察功能的原始及处理情报数据，系统综合管控器监测系统的功能和资源状态，如发现综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障子系统的模块或雷达信号侦察功能故障，依据系统预置的故障处理预案进行故障处理，下达故障处理命令到综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障子系统资源管理模块及电子侦察功能子系统功能管理器，记录故障处理详细信息，综合孔径、综合信道、综合处理和综合保障子系统资源管理器及电子侦察功能子系统功能管理器根据故障处理命令进行故障处理，结束后上报故障处理结果。