高度综合化航电系统对象管理模型设计与应用

电讯技术

Telecommunication Engineering

Vol.56,No. 11 November,2016

doi：10.3969/j.issn. 1001-3x.2016. 11.019

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 Engineer-ing,2016,56(11) :1288-1292.]

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)

摘要: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。

关键词：综合化航电系统;研发管理；面向对象设计；虚拟表单中图分类号：V243.1

文献标志码:A

文章编号：1001-3X(2016) 11-1288-05

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)

Abstract :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.

Key words：integrated avionics;research and development management;object-oriented design；simulated table

1引言

作为现代航空器的“大脑”和“神经”，航电系统

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

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台”的联合攻击战斗机（Joint

“

宝石

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

*

**

收稿日期：2016-08-05 ;修回日期：2016-10-19 Received date：2016-08-05 ;Revised date：2016-10-19

基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）项目Foundation Item：The National Key Basic Research Program(973 Program) of China 通信作者：49601434@ qq. com Corresponding author:49601434@ qq. com

• 1288 •

第56卷马智骢，姜春强:髙度综合化航电系统对象管理模型设计与应用第11期

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。

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 - Princi­

2高度综合化航电系统对象建模分析

ples) 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 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。

航电系统对象建模过程需求捕获

对系统使用需求进行 建模分析，提取出航 电系统功能需求、性能需求，对系统对象 组成进行初步分析。

针对系统功能性能需

求进行用例分析，定义出系统对象组成及 其相互关系，得出系 统顶层框架组成。

将对象组成及其关系

及功能性能分析结果 进行工程化发布，并 进行细化设计。

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。

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

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。

• 12 •

、

，

www. teleonline. cn

使

使使使一用目

的用区域助者式用方

电讯技术

表

编号

1

1

2016 年

功能子系统定义表

类型

NUMBER(16)VARCHAR2(50)VARCHAR2(50)VARCHAR2(50)

Tab. 1 Functional subsystem definition table

名称

OX_SYSTEM_IDSYSTEM_NAMESYSTEM_DEPTSYSTEM_FUNC(2)

允许空

FFFF

作用距离通信速率工作模式覆盖范围通信时延定位精度

23

机架\"S~

«bind»

模块S'

4

注释功能子 系统 ID功能子 系统名称集成商实现功能

；硬件定义表

对功能子系统中的硬件组成进行描述,包括硬

天线阵面音频控制面板综合信号处理机架信号处理模块健康管理软件

件

ID

、硬件名称、承研单位、实现功能、硬件类别,其

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。

• 1290 •

结构如表2所示。

表2

硬件定义表 Tab. 2 Hardware definition table

编号

名称

类型

允许空

注释

1OX_HDWR_IDNUMBER(16)F硬件ID2OX_SYSTEM_IDNUMBER(16)F所属功能 子系统ID 3HDWR_NAMEVARCHAR2(50)F硬件名称 4HDWR_DEPTVARCHAR2(50)F承研商 5

HDWRFUNC

VARCHAR2(50)

F

实现功能硬件类别 6

HDWR_TYPE

ENUM

F

(端机、 综合机架、 模块）

(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

编号

名称

类型

允许空

注释

1OX_INDEX_IDNUMBER(16)

F指标ID2INDEX_NAMEVARCHAR2(50)

F指标名称 指标类型3

INDEX_TYPE

ENUM

F

(数值型、 文本型）4INDEX_UNITVARCHAR2(50)

T指标单位 指标状态5

INDEX_STATUS

ENUM

T

(有效、无效）

(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摇指标关系映射表

Tab. 4 Index relationship mapping table

编号

名称

类型

允许空

注释1OX_RESP_IDNUMBER(16)F映射关

系 ID2OX_INDEX_IDNUMBER(16)F指标 ID3OX_SYSTEM_IDNUMBER(16)F功能子 系统 ID4

OX_HDWR_ID

NUMBER(16)

T

硬件 ID

第56卷

其中，硬件

ID

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

允许为空,且硬件

ID

第11期

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

编号

名称

类型

允许空

注释

1OX_RECORD_IDNUMBER(16)F指标数值 记录ID2OX—SYSTEMJDNUMBER(16)F功能子 系统ID3OX_HDWR_IDNUMBER(16)T硬件ID4OX_INDEX_ID

NUMBER(16)

F指标 ID5

RECORD—VALUE VARCHAR2(50)

F指标数值

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

编号

名称

类型

允许空

注释

1OX_STWR_IDNUMBER(16)F软件ID2

STWR_NAME

VARCHAR2(50)

F

软件名称 软件类别3STWR_TYPEENUMF

基础软件、 功能软件4STWR_FUNCVARCHAR2(50)F软件功能5STWR_DEPTVARCHAR2(50)T承研商6

STWR_NUMBERNUMBER(16)

T

代码行数

(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

编号

名称

类型

允许空

注释1OX_DEPLOY_IDNUMBER(16)F部署关

系 ID2OX_STWR_IDNUMBER(16)F软件 ID3

OX_HDWR_ID

NUMBER(16)

F

硬件 ID

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。

软件定义〔软映件射部表署软件定义表〕

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。

^ ^ 指标数值记录表指标定义表

硬件ID指标ID

指标雖

^

指标名称指标单位指标类型指标状态

202 工作频段 GHz 文本型 有效203

重量

KG 数值型 有效204连接器种类

~ 文本型 有效 205 通道

个

数值型

有效

映#系指标ID子系统ID 硬件ID

功能子系统定义表

子系统名称集成商

实现功能

1〇2 XX功能子系统XX所超短鰲,篇备羞馨电导

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

，以此建立系统部署结构

• 1291 •

系www. teleonline. cn

电讯技术2016 年

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

图5

系统设计及研制阶段对象管理模型

表8

对象管理手段基于功能流

程的管理模型

出发点以功能为中心

对象划分途径

-

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。

Fig. 5 Object management model for system design and development stage

对象管理手段对比分析表

管理手段

可扩展性

应用阶段

Tab. 8 Comparison between two object management methods

按功能项划分，以 基于功能流程，没有对 限定于需求研究

根据设计细化程度，

平面视角展示系统 象实体概念，阶段的功能分析 仅能提供

手动调整系统组成

组成文档化的管理及战技指标评估根据设计细化程度，

通过表 按实体对象划分， 基于面向对象，

工具化增加系统细

以立体方式展示系 单构建出对象实体，提

分组成及功能性能

统组成及相互关系供信息化管理手段

指标

贯穿于需求、设 计、研发阶段，提 供高效的对象管 理手段

基于虚拟表 单的管理模型以数据为中心

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

“

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LIU Xingtang，LIANG Bingcheng，LIU Li.

Complexity

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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。参考文献：

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[2

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jing:Science Press，2008. (in Chinese)

作者简介：

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 com­

puter software engineering.

Email:49601434@ qq. com

姜春强（1977—），男，山东威海人，2010年获工程硕士

牛文生.综合化模块化航空电子系统分布式平台

学位，主要从事无线通信系统的研究工作。[M].北京:航空工业出版社，2015 :55-59.

JIANG Chunqiang was born in Weihai，Shandong Province，

NIU Wensheng. A distributed platform for integrated mod­

in 1977. He received the M. S. degress in 2010. His research concerns wireless communications.

ular avionics[ M]. Beijing：Aviation Industry Press，2015 ： 55-59. (in Chinese)

• 1292 •