CN109558114A - 一种航电系统服务架构建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空电子技术领域，特别涉及一种航电系统服务架构建模方法。本发明包括基于作战任务需求的航电系统服务需求捕获与分析、基于DoDAF2.0的航电系统服务架构设计与建模、基于航电系统功能的服务映射与封装以及基于可执行模型的航电系统服务架构仿真与验证，形成完备可靠的航电系统服务架构。本发明采用了“作战任务‑服务架构‑系统资源”设计思路，实现了作战任务与航电资源的解耦，为开放式灵活可组的航电系统综合设计提供了有效支撑，提高了系统设计效率，缩短了研发周期，节约了开发成本。

Description

一种航电系统服务架构建模方法

技术领域

本发明属于航空电子技术领域，特别涉及一种航电系统服务架构建模方法。

背景技术

航空电子系统架构经历从单平台的分立式、联合式再到综合化和深度综合化的纵向深入发展逐步向具备网络化、体系化特征的多平台航电、“航电云”的横向体系方向发展，在技术上呈现分级分布、灵活可组的特征。下一代航电系统架构所要求的灵活性概念从单一系统级别拓展到任务级能力所需的整组系统，能够有效地执行更大范围的任务，其成本要低于为专门任务设计的传统系统。航空电子系统架构发展是以任务与资源分离的分级分布为核心，物理单元标准化封装的灵活可组为基础，体系化的智能自主应用为最终目标。所以，如何解耦作战任务与系统资源紧绑定的模式，已成为制约航电系统架构设计的瓶颈。

DoDAF(Department of DefenseArchitecture Framework：国防部体系结构框架)2.0面向数据为中心定义了体系结构元素集合的组成，并将其进行图形化、表格化以及文本化的产品形式描述，为体系需求论证分析、装备规划论证分析和系统论证分析等方面提供标准化依据，可以用于面向服务思想的航电系统架构建模指导。

我们得知的基于DoDAF2.0的航电系统服务架构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

本发明的目的是：针对航电系统架构设计中任务与资源紧耦合的问题，通过建立基于DoDAF2.0的航电系统服务架构模型，承上可以满足作战任务需求，启下能够与航电系统资源进行映射与封装，为开放式灵活可组的航电系统设计与开发提供了有效的指导依据；另一方面，通过标准的模型产品设计，将航电系统服务领域的内容以数据与模型的方式存储和积累，有利于模型复用，能够提高系统设计效率，缩短研发周期，节约开发成本。

本发明的技术方案是：一种航电系统服务架构建模方法，所述方法包括基于作战任务需求的航电系统服务需求捕获与分析、基于DoDAF2.0的航电系统服务架构设计与建模、基于航电系统功能的服务映射与封装以及基于可执行模型的航电系统服务架构仿真与验证，形成完备可靠的航电系统服务架构。其中：

1)基于作战任务需求的航电系统服务需求捕获与分析

首先采用自顶向下的方法，从全局作战场景出发，根据作战任务需求，捕获与分析任务所需的服务，提取航电系统的服务需求；所述航电系统的服务需求能够满足作战任务需求，从而避免将作战任务直接绑定航电系统资源，实现任务与资源的解耦。其实现步骤如下：

1.1)分析作战场景，依据“OODA”环划分任务阶段，分析完成任务所需的航电系统资源种类及其之间的交互关系，明确完成任务所需执行的所有作战活动；

1.2)针对每项作战活动，分析该作战活动所需调用的航电系统服务，生成“作战活动-服务”映射矩阵；

1.3)将航电系统的服务进行分类汇总，形成航电系统服务访问的逻辑服务分区，并添加服务的接口及属性。

2)基于DoDAF2.0的航电系统服务架构设计与建模

承接由任务需求入手分析得出的航电系统服务需求以及逻辑服务分区，依据航电领域的服务访问过程进一步分析具体服务功能描述；基于DoDAF2.0体系结构框架，设计并建立航电系统服务架构模型，从而得到航电系统的服务描述、服务交互关系以及服务访问逻辑。其实现步骤如下：

2.1)基于步骤1)中对作战活动和服务需求的分析，生成作战活动与服务可追踪性矩阵SvcV-5，基于步骤1)中对服务接口与属性的分析，生成服务接口描述模型SvcV-1，依据航电系统服务访问过程对服务进行服务功能定义与分解，生成服务功能描述模型SvcV-4；

2.2)分析航电系统服务访问过程中的服务接口交互逻辑，生成服务资源流描述模型SvcV-2，进一步分析服务之间的交互关系，生成服务与服务矩阵SvcV-3b；

2.3)分析服务接口、服务、服务功能以及交互的服务流数据之间的关系，生成服务资源流矩阵SvcV-6；

2.4)基于具体作战想定，分析服务访问过程中服务行为的精准时序以及服务对特定事件的响应，生成服务事件跟踪描述模型SvcV-10c，基于SvcV-10c生成服务状态转换描述模型SvcV-10b。

2.5)基于航电系统服务功能，依据现有航电系统功能库，生成服务与系统矩阵SvcV-3a；

3)基于航电系统功能的服务映射与封装

承接基于作战任务需求得到的航电系统服务架构，依据现有航电系统的功能及其能力，进行航电系统服务功能与系统功能的映射封装，由于映射方式多种多样，所以形成的航电系统功能部署方案灵活可变。其实现步骤如下：

3.1)基于步骤2)中的服务与系统矩阵，明确航电系统服务功能与系统功能的映射关系，分析航电系统功能组成，建立航电系统功能架构模型；

3.2)当任意航电系统资源失效时，修改服务功能与系统功能映射矩阵，将其它航电系统资源封装为失效的航电系统资源所对应的服务即可；

4)基于可执行模型的航电系统服务架构仿真与验证

从软件语言的语法、语义及语用方面对航电系统服务架构进行仿真验证，基于任务需求对航电系统服务架构进行反复迭代，确保其合理性与可行性。其实现步骤如下：

4.1)根据代码自动生成、编译和运行等方式，检测模型语言的正确性；

4.2)根据人机界面交互产生的动态模型，验证航电系统服务架构的合理性与可行性，判断其是否满足作战任务需求，以便进行下一步迭代。

本发明的有益效果为：本发明提出了一种基于DoDAF2.0的航电系统服务架构建模方法，能够实现自顶向下的从作战任务分析航电系统的服务需求，同时满足自底向上的航电系统资源与服务的映射和封装，为开放式灵活可组的航电系统设计与开发提供了有效的指导依据；通过标准的模型产品设计，将航电系统服务领域的内容以数据与模型的方式存储和积累，有利于模型复用；本发明采用了“作战任务-服务架构-系统资源”设计思路，实现了作战任务与航电资源的解耦，为开放式灵活可组的航电系统综合设计提供了有效支撑，提高了系统设计效率，缩短了研发周期，节约了开发成本。

附图说明

图1为基于DoDAF2.0的航电系统服务架构分析方法流程图；

图2为DoDAF2.0产品模型示意图；

图3为基于DoDAF2.0的航电系统服务架构建模流程图；

图4为基于航电系统功能的服务映射与封装示意图。

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。

面向服务的建模方法和面向服务架构(Service Oriented Architecture，SOA)，将航电系统中涉及的各类系统资源以服务的形式进行建模封装，服务之间以松耦合的交互过程可以支持作战活动的完成，屏蔽由不同平台、不同接口和系统资源制造商不同实现等因素造成的差异，能够有效解决因航电系统分布、异构、复杂的结构性带来的各系统资源之间难以快速集成的问题。同时，利用服务交互过程的变化可以调整各类航电系统资源服务间的松耦合关系来实现航电系统的演化，快速的支持作战活动过程调整和适应作战环境的变化。

图1是本发明的方法实现框图。如图1的实施例所示，本发明方法的实现过程包括基于作战任务需求的航电系统服务需求捕获与分析、基于DoDAF2.0的航电系统服务架构设计与建模、基于航电系统功能的服务映射与封装以及基于可执行模型的航电系统服务架构仿真与验证，整个过程需要进行不断的循环迭代，最终完备可靠的航电系统服务架构。该实施例的实现步骤如下：

(1)以指挥单元指挥侦察单元和攻击单元协同遂行侦察打击海面目标中的攻击阶段作战任务为例，分析作战场景和任务阶段，提炼出攻击单元完成该作战任务所需的作战活动共有4项，指挥单元完成该作战任务所需的作战活动共有2项，侦察单元完成该作战任务所需的作战活动共有5项；

(2)针对各个单元的每项作战活动，生成“作战活动—服务”映射矩阵。可将11项作战活动映射为通信、飞行管理、火控解算、武器管理、监控、任务规划、传感器管理、数据融合、目标识别、攻击态势共享、跟踪、毁伤评估12项服务；同时映射为发送信息、接收信息、航迹跟随、姿态控制、位置判定、火控解算、发射武器、态势判断、攻击规划、路径规划、雷达管理、探测、坐标转换、点迹合成、目标数据互联、卡尔曼滤波、目标识别、跟踪、毁伤评估19项服务功能；

(3)以航电系统攻击单元服务需求为例，对其进行服务访问的过程需要调用通信服务、飞行管理服务、火控解算服务、武器管理服务和攻击态势共享服务5个分区，并定义服务的接口及属性。

(4)依据DoDAF2.0产品建模流程(见图2)，基于上述作战活动、服务接口与属性的输入，建立航电系统服务架构模型，明确服务描述、服务交互关系以及服务访问逻辑。具体建模步骤如图3所示；

(5)以航电系统攻击单元的功能映射与封装为例，依据攻击单元具有的5项服务和7项服务功能，明确攻击节点应具备的系统功能组成，列出满足该条件的具体攻击节点，选择某一攻击节点型号封装服务，一旦其发生变化，立即更换攻击节点进行封装。具体方法实现思路如图4所示；

(6)编译并运行航电系统服务架构模型，检测模型语言的正确性；根据其动态状态转移和事件追踪模型，验证航电系统服务架构是否合理可行以及能否满足作战任务需求，进行模型与需求迭代。

Claims (5)

1.一种航电系统服务架构建模方法，其特征为：所述方法包括基于作战任务需求的航电系统服务需求捕获与分析、基于DoDAF2.0的航电系统服务架构设计与建模、基于航电系统功能的服务映射与封装以及基于可执行模型的航电系统服务架构仿真与验证，形成完备可靠的航电系统服务架构；其中：

1)基于作战任务需求的航电系统服务需求捕获与分析

采用自顶向下的方法，从全局作战场景出发，根据作战任务需求，捕获与分析任务所需的服务，提取航电系统的服务需求；所述航电系统的服务需求能够满足作战任务需求，从而避免将作战任务直接绑定航电系统资源，实现任务与资源的解耦；

2)基于DoDAF2.0的航电系统服务架构设计与建模

承接由任务需求入手分析得出的航电系统服务需求以及逻辑服务分区，依据航电领域的服务访问过程进一步分析具体服务功能描述；基于DoDAF2.0体系结构框架，设计并建立航电系统服务架构模型，从而得到航电系统的服务描述、服务交互关系以及服务访问逻辑；

3)基于航电系统功能的服务映射与封装

承接基于作战任务需求得到的航电系统服务架构，依据现有航电系统的功能及其能力，进行航电系统服务功能与系统功能的映射封装，由于映射方式多种多样，所以形成的航电系统功能部署方案灵活可变；

4)基于可执行模型的航电系统服务架构仿真与验证

从软件语言的语法、语义及语用方面对航电系统服务架构进行仿真验证，基于任务需求对航电系统服务架构进行反复迭代，确保其合理性与可行性。

2.根据权利要求1所述的航电系统服务架构建模方法，其特征为：所述1)中，其实现步骤如下：

1.1)分析作战场景，依据“OODA”环划分任务阶段，分析完成任务所需的航电系统资源种类及其之间的交互关系，明确完成任务所需执行的所有作战活动；

1.2)针对每项作战活动，分析该作战活动所需调用的航电系统服务，生成“作战活动-服务”映射矩阵；

1.3)将航电系统的服务进行分类汇总，形成航电系统服务访问的逻辑服务分区，并添加服务的接口及属性。

3.根据权利要求1所述的航电系统服务架构建模方法，其特征为：所述2)中，其实现步骤如下：

2.1)基于步骤1)中对作战活动和服务需求的分析，生成作战活动与服务可追踪性矩阵SvcV-5，基于步骤1)中对服务接口与属性的分析，生成服务接口描述模型SvcV-1，依据航电系统服务访问过程对服务进行服务功能定义与分解，生成服务功能描述模型SvcV-4；

2.2)分析航电系统服务访问过程中的服务接口交互逻辑，生成服务资源流描述模型SvcV-2，进一步分析服务之间的交互关系，生成服务与服务矩阵SvcV-3b；

2.3)分析服务接口、服务、服务功能以及交互的服务流数据之间的关系，生成服务资源流矩阵SvcV-6；

2.4)基于具体作战想定，分析服务访问过程中服务行为的精准时序以及服务对特定事件的响应，生成服务事件跟踪描述模型SvcV-10c，基于SvcV-10c生成服务状态转换描述模型SvcV-10b；

2.5)基于航电系统服务功能，依据现有航电系统功能库，生成服务与系统矩阵SvcV-3a。

4.根据权利要求1所述的航电系统服务架构建模方法，其特征为：所述3)中，其实现步骤如下：

3.1)基于步骤2)中的服务与系统矩阵，明确航电系统服务功能与系统功能的映射关系，分析航电系统功能组成，建立航电系统功能架构模型；

3.2)当任意航电系统资源失效时，修改服务功能与系统功能映射矩阵，将其它航电系统资源封装为失效的航电系统资源所对应的服务即可。

5.根据权利要求1所述的航电系统服务架构建模方法，其特征为：所述4)中，其实现步骤如下：

4.1)根据代码自动生成、编译和运行等方式，检测模型语言的正确性；

4.2)根据人机界面交互产生的动态模型，验证航电系统服务架构的合理性与可行性，判断其是否满足作战任务需求，以便进行下一步迭代。