專利名稱：一種支持電傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)的開放平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
針對電傳飛行控制系統(tǒng)的研制活動，本發(fā)明涉及一種支持電傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)
計、驗證與確認(rèn)的開放平臺(本文稱之為"軟鐵鳥")，屬于系統(tǒng)工程技術(shù)領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
現(xiàn)代飛機(jī)已經(jīng)廣泛采用了電傳飛行控制系統(tǒng)，如美國的F-16和F-18戰(zhàn)機(jī)、俄羅斯 的Su-27和Su-30戰(zhàn)機(jī)，以及我國的殲10戰(zhàn)機(jī)等。電傳飛控系統(tǒng)是指利用電氣信號形式， 通過電線(電纜)而不是機(jī)械桿系實(shí)現(xiàn)駕駛員對飛機(jī)運(yùn)動進(jìn)行操縱的控制系統(tǒng)。為了確保 電傳飛機(jī)的研制成功，新機(jī)研制必須建立一個系統(tǒng)綜合與試驗環(huán)境，以全面檢查和驗證電 傳飛行控制系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)，這個環(huán)境稱為鐵鳥臺試驗環(huán)境。型號(如F-16和殲10 戰(zhàn)機(jī))研制經(jīng)驗表明鐵鳥臺試驗的確能有效減輕空中飛行試驗的壓力，是電傳飛行控制 系統(tǒng)地面試驗中不可代替的一環(huán)。 目前電傳飛行控制系統(tǒng)的研制遵循"設(shè)計_開發(fā)(制造)_驗證_更改設(shè)計"的迭 代式流程(如圖1. 1所示)，其主導(dǎo)思想是設(shè)計的逐步求精。然而，目前技術(shù)手段中的設(shè)計 環(huán)境，、開發(fā)/制造環(huán)境與綜合驗證環(huán)境之間存在明顯不一致性，如飛行控制律的設(shè)計環(huán)境 Matlab(Matlab是一種功能強(qiáng)大的數(shù)值計算軟件，是國際控制界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)計算軟件，在數(shù) 值計算方面用的最為廣泛。它帶有的Simulink軟件包是一個支持交互式操作的控制系統(tǒng) 建模、仿真、分析集成環(huán)境，能夠強(qiáng)有力支持控制系統(tǒng)的建模、仿真和性能檢驗。2002年夏天 推出的6.5版，其最大特點(diǎn)是采用了加速器技術(shù)，使Matlab的運(yùn)算速度有了很大提高。該 軟件完全勝任支持本發(fā)明技術(shù)方案中的系統(tǒng)建模、仿真和驗證等工作)、飛行控制律軟件開 發(fā)環(huán)境￥1別3化++6. 0集成環(huán)境、鐵鳥臺綜合試驗環(huán)境這三者之間存在明顯差異。這種差異 與先實(shí)現(xiàn)(開發(fā)或制造)后驗證的研制思路，共同導(dǎo)致飛機(jī)型號研制周期長(例如，殲io 戰(zhàn)機(jī)的研制花費(fèi)了 20年)、代價高、風(fēng)險大(若干型號研制失敗，如殲9戰(zhàn)機(jī))。
而且，與早期電傳飛行控制系統(tǒng)(如F-15戰(zhàn)機(jī)的飛行控制系統(tǒng))相比，新一代電 傳飛控系統(tǒng)(以F-22戰(zhàn)機(jī)和波音787客機(jī)的飛控系統(tǒng)為代表)具有三個顯著的特征1) 系統(tǒng)愈加復(fù)雜；2)機(jī)載軟件的作用更加突出；3)系統(tǒng)的非功能(安全性、可靠性和自主性 等)需求更加嚴(yán)格。這種背景下，針對電傳飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計，若繼續(xù)沿用先實(shí)現(xiàn)(開發(fā) 或制造)后驗證的研制思路和現(xiàn)有的系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)與驗證環(huán)境，則型號研制周期長、成本 高、風(fēng)險大的問題也會更加突出。 這種背景下，針對電傳飛行控制系統(tǒng)的研制活動，本發(fā)明給出一種支持電傳飛行 控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)活動的開放平臺，即軟鐵鳥。借助于軟鐵鳥可以在統(tǒng)一環(huán)境中， 進(jìn)行電傳飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計、驗證與確認(rèn)活動，并貫徹先驗證后求精的研制思路。因而， 可以有效縮短電傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)計更改的周期，降低設(shè)計更改的成本和設(shè)計風(fēng)險。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
1、目的本發(fā)明的目的是針對電傳飛行控制系統(tǒng)的研制活動，提供一種支持電
4傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)的開放平臺(其本身是復(fù)雜的軟件系統(tǒng))，它可輔助飛 行控制系統(tǒng)工程師進(jìn)行電傳飛行控制系統(tǒng)的需求分析與確認(rèn)、系統(tǒng)整體設(shè)計與設(shè)計方案的 驗證、系統(tǒng)硬件設(shè)計、系統(tǒng)軟件工程化研制和系統(tǒng)級全數(shù)字化、全任務(wù)仿真測試和驗證(圖 1. 2結(jié)合現(xiàn)代電傳飛行控制系統(tǒng)的研制流程，描述了軟鐵鳥的功能)，以克服現(xiàn)有研制環(huán)境 帶來的研制周期長、成本高、風(fēng)險大等問題。借助于該平臺研制飛行控制系統(tǒng)，可以貫徹"先 驗證后求精"(而不是逐步求精)的研制思路；可以依次對系統(tǒng)需求，系統(tǒng)設(shè)計和飛行控 制軟件進(jìn)行充分的數(shù)字環(huán)境下的仿真驗證和確認(rèn)(這些驗證在鐵鳥臺試驗前，如圖1.2所 示)。借助于軟鐵鳥研制電傳飛行控制系統(tǒng)，能夠有效縮小系統(tǒng)設(shè)計/開發(fā)環(huán)境和驗證環(huán)境 的差異，進(jìn)而縮短研制周期，減小設(shè)計更改引起的開銷和設(shè)計風(fēng)險，并保證研制質(zhì)量。
2、技術(shù)方案本發(fā)明一種支持電傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)的開放平臺，是 由五個功能模塊組成，它們是1)電傳飛行控制系統(tǒng)需求分析、驗證與求精的環(huán)境模塊；2) 電傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)環(huán)境模塊；3)電傳飛行控制系統(tǒng)硬件設(shè)計環(huán)境模塊； 4)飛行控制軟件工程化研制環(huán)境模塊；5)電傳飛行控制系統(tǒng)系統(tǒng)級全數(shù)字化、全任務(wù)仿真 測試和驗證環(huán)境模塊。 所述電傳飛行控制系統(tǒng)需求分析、驗證與求精的環(huán)境模塊，是提供飛控系統(tǒng)需求 知識庫，需求驗證環(huán)境和需求細(xì)化工具，以支持飛控系統(tǒng)需求定義活動； 所述電傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)環(huán)境模塊，是支持現(xiàn)代飛控系統(tǒng)多模態(tài) 控制律設(shè)計、可靠性/余度設(shè)計、飛行控制計算機(jī)、組合伺服舵機(jī)、傳感器、控制顯示在裝 置、機(jī)內(nèi)自檢測模塊、接口控制等組件的設(shè)計，并提供設(shè)計方案的全數(shù)字化仿真與驗證環(huán) 境，以檢驗當(dāng)前設(shè)計是否滿足要求； 所述電傳飛行控制系統(tǒng)硬件設(shè)計環(huán)境模塊，是利用硬件描述語言(VHDL)來描述
飛控計算機(jī)硬件和SLTCC(系統(tǒng)級的計時、控制和配制)模型，以支持飛控系統(tǒng)硬件設(shè)計； 所述飛行控制軟件工程化研制環(huán)境模塊，是為軟鐵鳥提供飛控軟件工程化研制環(huán)
境，功能涵蓋飛控軟件的需求分析，軟件設(shè)計，開發(fā)、測試、綜合與驗證確認(rèn)等活動； 所述電傳飛行控制系統(tǒng)系統(tǒng)級全數(shù)字化、全任務(wù)仿真測試和驗證環(huán)境模塊，是可
以對飛控系統(tǒng)進(jìn)行全任務(wù)、全系統(tǒng)仿真測試的模塊，利用該模塊可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計的缺陷和不足。 軟件體系結(jié)構(gòu)(software architecture, SA)為復(fù)雜軟件系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)提供 了很好的理論和方法支持，它已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于實(shí)際的大型復(fù)雜軟件系統(tǒng)，并取得了良好 的效果。軟鐵鳥本身的設(shè)計和研制應(yīng)當(dāng)遵循先進(jìn)的軟件設(shè)計和開發(fā)思想基于軟件體系結(jié) 構(gòu)理論，設(shè)計軟鐵鳥的體系結(jié)構(gòu)，建立特征模型；針對主要的開發(fā)/驗證活動設(shè)計軟鐵鳥相 應(yīng)構(gòu)件的體系結(jié)構(gòu)。考慮到軟鐵鳥的主要功能和其領(lǐng)域特定體系結(jié)構(gòu)，我們這里用概念視 圖、執(zhí)行視圖(軟件體系結(jié)構(gòu)常見的視圖形式)這兩種不同的視圖來刻畫軟鐵鳥的體系結(jié) 構(gòu)。概念視圖用來指定軟鐵鳥整體的概念構(gòu)件和連接子，用飛控領(lǐng)域的術(shù)語來描述軟鐵鳥 要解決的問題以及涉及的領(lǐng)域特定軟硬件。執(zhí)行視圖(典型的執(zhí)行視圖如圖3所示)則負(fù) 責(zé)描述軟鐵鳥各模塊之間的控制流，以及每個模塊之間的依賴和調(diào)用關(guān)系。下面將簡述這 兩種視圖，以描述所述軟鐵鳥系統(tǒng)各個模塊之間的位置關(guān)系和數(shù)據(jù)流向關(guān)系。
圖2給出了軟鐵鳥的概念體系結(jié)構(gòu)視圖，其中系統(tǒng)需求分析、驗證與求精環(huán)境，系 統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)環(huán)境，硬件設(shè)計環(huán)境，軟件工程化研制環(huán)境，系統(tǒng)全任務(wù)、全數(shù)字化的仿真測試和驗證環(huán)境這五個主要功能映射為數(shù)據(jù)中心、專家系統(tǒng)(知識庫)、飛控系統(tǒng)設(shè)計環(huán) 境、驗證仿真模塊、模型驗證仿真通用計算引擎及數(shù)據(jù)總線等六個功能構(gòu)件和相應(yīng)的連接 子。這些功能構(gòu)件要解決的問題分別是 數(shù)據(jù)中心主要提供三類數(shù)據(jù)庫的存儲和查詢功能需求/設(shè)計模板數(shù)據(jù)庫、飛機(jī) 參數(shù)數(shù)據(jù)庫、用戶數(shù)據(jù)庫。其中需求/設(shè)計模板數(shù)據(jù)庫存儲著飛控系統(tǒng)從需求分析、系統(tǒng)設(shè) 計、系統(tǒng)研制等活動中各種對象的元模型模板；飛機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)庫主要存放仿真驗證所需的 飛機(jī)參數(shù)和大氣等環(huán)境參數(shù)；用戶數(shù)據(jù)庫則存儲所有由用戶設(shè)計實(shí)現(xiàn)的需求、模型、設(shè)計方 案、代碼以及驗證確認(rèn)活動的結(jié)果等信息。 專家系統(tǒng)存儲著各種現(xiàn)有的飛控系統(tǒng)需求分析和設(shè)計、驗證過程的相關(guān)專家知
識，即設(shè)計準(zhǔn)則等規(guī)則信息。通過和數(shù)據(jù)中心的模板數(shù)據(jù)進(jìn)行融合計算，可以分別為飛控系
統(tǒng)設(shè)計環(huán)境提供需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、軟件研制、硬件設(shè)計等方面的專家知識支持。 飛控系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境是一個集成了現(xiàn)有飛控系統(tǒng)需求分析工具、需求細(xì)化工具、各
子系統(tǒng)設(shè)計工具(如多模態(tài)控制律子系統(tǒng)的設(shè)計工具M(jìn)atlab/Simulink)、飛控系統(tǒng)現(xiàn)有軟
硬件設(shè)計環(huán)境的綜合平臺。該平臺貫徹先需求驗證后需求求精，先方案驗證后方案求精的
設(shè)計理念，各個設(shè)計環(huán)節(jié)的最終輸出都基于專家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心聯(lián)合給出的需求/設(shè)計/
研制模板，通過模型轉(zhuǎn)換統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為可驗證構(gòu)件，可以單獨(dú)進(jìn)行驗證或者加入子系統(tǒng)進(jìn)行
集成驗證，而不需要等到最終的鐵鳥臺試驗階段才進(jìn)行整體驗證。因此，縮短了 "設(shè)計_驗
證-更改設(shè)計"的周期，提前消除潛在的設(shè)計缺陷，從而提高了需求分析及設(shè)計活動的效率。 驗證仿真和確認(rèn)模塊集成了飛控系統(tǒng)需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、子系統(tǒng)研制、總體驗證
等各個階段的驗證和確認(rèn)模塊，為各個階段的先驗證后求精活動提供支撐。其核心的驗證
和確認(rèn)功能由模型仿真驗證通用計算引擎實(shí)現(xiàn)，后者是軟鐵鳥整個系統(tǒng)的底層構(gòu)件，承擔(dān)
著各種需求、設(shè)計、代碼的模型轉(zhuǎn)換、模型驗證、系統(tǒng)仿真的計算工作。驗證和確認(rèn)模塊最大
的特點(diǎn)是開放性，即各種驗證活動都是在一個統(tǒng)一的框架下進(jìn)行的，用戶只需要提供相應(yīng)
階段驗證活動的被驗對象及驗證需求，即可在各層次設(shè)計階段使用統(tǒng)一的驗證平臺對其被
驗證對象的各種特性和需求實(shí)現(xiàn)情況進(jìn)行驗證。借助硬件在環(huán)仿真接口和全數(shù)字系統(tǒng)仿真
技術(shù)，驗證仿真模塊在飛控系統(tǒng)總體驗證階段，提供了一種集成化的全系統(tǒng)、全任務(wù)、全數(shù)
字的驗證與確認(rèn)環(huán)境，以彌補(bǔ)鐵鳥臺試驗環(huán)境的不足，減小鐵鳥臺試驗的壓力。另一方面，
由于驗證仿真模塊具有相當(dāng)好的開放性，通過驗證平臺的二次開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)對實(shí)時性、安
全性等非功能需求的驗證。 圖3描述了軟鐵鳥各模塊之間的控制流，以及每個模塊之間的依賴和調(diào)用關(guān)系， 具體解釋如下 所述系統(tǒng)的需求分析、求精與驗證功能模塊接受來自四個數(shù)據(jù)庫(也稱為資源容 器)的設(shè)計數(shù)據(jù)。這四個數(shù)據(jù)庫分別是l)對象需求模板數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的需 求模板和設(shè)計準(zhǔn)則，2)飛機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，3)模塊參數(shù)數(shù)據(jù)庫，4)設(shè)計設(shè)計數(shù)據(jù)庫。該模塊通 過調(diào)用計算引擎，來實(shí)現(xiàn)對需求的仿真與驗證功能，其輸出信息(確認(rèn)的需求)是下述系統(tǒng) 設(shè)計功能模塊的輸入數(shù)據(jù)之一。 所述系統(tǒng)的設(shè)計、驗證與確認(rèn)模塊，它包括系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計方案全數(shù)字化驗 證與確認(rèn)這兩個子模塊(這兩個模塊在圖3中單獨(dú)表述出來)。系統(tǒng)設(shè)計子模塊調(diào)用的數(shù) 據(jù)(輸入數(shù)據(jù))包括來自五個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和需求分析模塊的輸出數(shù)據(jù)。這五個數(shù)據(jù)庫分別是1)飛機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，2)模塊參數(shù)數(shù)據(jù)庫，3)設(shè)計數(shù)據(jù)庫，4)對象概要設(shè)計模板數(shù)據(jù)庫 及專家系統(tǒng)，5)對象詳細(xì)設(shè)計模板數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)。另一方面，該模塊通過調(diào)用計算引 擎，來實(shí)現(xiàn)迭代設(shè)計中的驗證功能。 系統(tǒng)設(shè)計模塊的輸出數(shù)據(jù)(設(shè)計結(jié)果)是系統(tǒng)設(shè)計方案全數(shù)字化驗證與確認(rèn)模塊 的輸入數(shù)據(jù)之一。 系統(tǒng)設(shè)計方案全數(shù)字化驗證與確認(rèn)子模塊的輸入數(shù)據(jù)來自兩個方面設(shè)計數(shù)據(jù)庫 的數(shù)據(jù)和設(shè)計子模塊的輸出數(shù)據(jù)。另一方面，系統(tǒng)設(shè)計方案全數(shù)字化驗證與確認(rèn)子模塊通 過調(diào)用計算引擎，來實(shí)現(xiàn)其對設(shè)計方案的仿真驗證功能；而該模塊的輸出數(shù)據(jù)是下述軟鐵 鳥硬件設(shè)計模塊和飛行控制軟件工程研制模塊的輸入數(shù)據(jù)之一。 所述系統(tǒng)的硬件設(shè)計模塊調(diào)用的數(shù)據(jù)(輸入數(shù)據(jù))包括來自五個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和 系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)模塊的輸出數(shù)據(jù)，這五個數(shù)據(jù)庫分別是1)設(shè)計數(shù)據(jù)庫，2)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 庫，3)實(shí)物、半實(shí)物資源庫，4)對象硬件接口模板數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)，5)驗證及測試信息數(shù) 據(jù)庫(用于記錄驗證數(shù)據(jù)，以保證測試與驗證效率)。該模塊的輸出數(shù)據(jù)(設(shè)計結(jié)果)是下 述系統(tǒng)級全數(shù)字化全任務(wù)仿真測試和驗證模塊的輸入數(shù)據(jù)之一。 所述系統(tǒng)的軟件工程化研制模塊調(diào)用的數(shù)據(jù)(輸入數(shù)據(jù))包括來自三個數(shù)據(jù)庫的 數(shù)據(jù)和系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)模塊的輸出數(shù)據(jù)，這三個數(shù)據(jù)庫分別是1)設(shè)計數(shù)據(jù)庫，2)對 象代碼接口模板數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)，3)驗證及測試信息數(shù)據(jù)庫(用于記錄飛行控制軟件的 驗證數(shù)據(jù)，以保證其測試與驗證效率)。另一方面，該模塊通過調(diào)用計算引擎，來實(shí)現(xiàn)其對軟 件設(shè)計方案的驗證和對軟件代碼的測試與驗證功能。該模塊的輸出數(shù)據(jù)(設(shè)計結(jié)果)是下 述系統(tǒng)級全數(shù)字化全任務(wù)仿真測試和驗證模塊的輸入數(shù)據(jù)之一。 所述系統(tǒng)的系統(tǒng)級全數(shù)字化、全任務(wù)仿真測試和驗證模塊調(diào)用的數(shù)據(jù)(輸入數(shù) 據(jù))包括來自兩個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)、硬件設(shè)計模塊的數(shù)據(jù)、軟件工程化研制模塊的數(shù)據(jù)，這兩 個數(shù)據(jù)庫分別是1)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫，2)半實(shí)物仿真連接子相關(guān)數(shù)據(jù)。另一方面，該模塊通過調(diào) 用計算引擎，來實(shí)現(xiàn)其對電傳飛行控制系統(tǒng)的綜合仿真驗證。該模塊的輸出數(shù)據(jù)(設(shè)計結(jié) 果)將寫入驗證及測試信息數(shù)據(jù)庫(用于記錄驗證數(shù)據(jù)，以保證測試與驗證效率)。
3、優(yōu)點(diǎn)及功效采用軟鐵鳥進(jìn)行飛行控制系統(tǒng)的研制，具有五個方面的優(yōu)點(diǎn)
(1)研制過程中，可以貫徹先驗證后求精的研制思路。具體包括先需求驗證后需求 求精，先方案驗證后方案求精的設(shè)計理念。與逐步求精的理念相比，先驗證后求精的研制思 路可以有效降低系統(tǒng)研制風(fēng)險。 (2)借助于軟鐵鳥提供的各層次仿真驗證功能模塊，可以加強(qiáng)對新一代飛行控制 系統(tǒng)的驗證力度，從而有效保證系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)(包括功能上的指標(biāo)和非功能上的指標(biāo))。 仿真驗證功能模塊具體包括需求分析階段的需求驗證、系統(tǒng)設(shè)計階段的方案驗證、軟件工 程化研制流程中的單元級、組件級和軟件系統(tǒng)的各項驗證、全系統(tǒng)的仿真測試和驗證。利用 軟鐵鳥進(jìn)行飛行控制系統(tǒng)的研制，可以實(shí)現(xiàn)從飛行控制算法到飛控軟件的無縫連接，也可 以更好地解決飛行控制系統(tǒng)機(jī)載軟件本身的設(shè)計、開發(fā)和驗證問題(這是新一代飛機(jī)飛控 系統(tǒng)研制中需要重點(diǎn)解決的問題)。 (3)提供一種集成化的全系統(tǒng)、全任務(wù)、全數(shù)字的驗證與確認(rèn)環(huán)境。借助于該環(huán)境， 可以保證飛控系統(tǒng)進(jìn)入鐵鳥臺試驗的條件，彌補(bǔ)鐵鳥臺環(huán)境的不足，減小鐵鳥臺綜合試驗 和飛行試驗的壓力。
7
(4)與硬件試驗環(huán)境(如鐵鳥臺試驗環(huán)境)相比，軟鐵鳥作為一種軟件平臺可以具 備良好的開放性。
(5)借助于中間件技術(shù)，軟鐵鳥作為一種軟件平臺可以具備良好的可移植性。
(四)


圖1-1 :電傳飛行控制系統(tǒng)目前技術(shù)手段下的研制流程示意圖
圖1-2 :電傳飛行控制系統(tǒng)基于軟鐵鳥的研制流程示意圖
圖2 :本發(fā)明軟鐵鳥的概念體系結(jié)構(gòu)示意圖 圖3 :本發(fā)明軟鐵鳥典型的運(yùn)行流程示意圖( 一個執(zhí)行視圖)
(五)
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一種支持電傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)活動的開放平臺，是由五個 功能模塊組成，它們是l)電傳飛行控制系統(tǒng)需求分析、驗證與求精的環(huán)境模塊；2)電傳飛 行控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)環(huán)境模塊；3)電傳飛行控制系統(tǒng)硬件設(shè)計環(huán)境模塊；4)飛行 控制軟件工程化研制環(huán)境模塊；5)電傳飛行控制系統(tǒng)系統(tǒng)級全數(shù)字化、全任務(wù)仿真測試和 驗證環(huán)境模塊。這里通過介紹軟鐵鳥的一個任務(wù)剖面(圖3所示)，來介紹軟鐵鳥各模塊之 間的數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系和軟鐵鳥的功能。
功能1 :支持電傳飛行控制系統(tǒng)的需求分析與確認(rèn)
支撐模塊系統(tǒng)需求分析、求精與驗證功能模塊。
該模塊的輸入數(shù)據(jù)來自四個數(shù)據(jù)庫(也稱為資源容器)1)對象需求模板數(shù)據(jù)庫 及專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的需求模板和設(shè)計準(zhǔn)則，2)飛機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，3)模塊參數(shù)數(shù)據(jù)庫，4) 設(shè)計設(shè)計數(shù)據(jù)庫。另一方面，該模塊通過調(diào)用計算引擎，來實(shí)現(xiàn)對需求的仿真與驗證功能。
該模塊的輸出信息(確認(rèn)的需求)作為系統(tǒng)設(shè)計功能模塊的輸入之一。
功能2 :支持電傳飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計、驗證與確認(rèn) 支撐模塊系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)模塊，它包括系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計方案全數(shù)字化 驗證與確認(rèn)這兩個子模塊(在圖3中，把這兩個子模塊分開了 )。
系統(tǒng)設(shè)計子模塊調(diào)用的數(shù)據(jù)(輸入數(shù)據(jù))包括來自五個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和需求分
析模塊的輸出數(shù)據(jù)。這五個數(shù)據(jù)庫分別是l)飛機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，2)模塊參數(shù)數(shù)據(jù)庫，3)設(shè)
計數(shù)據(jù)庫，4)對象概要設(shè)計模板數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)，5)對象詳細(xì)設(shè)計模板數(shù)據(jù)庫及專家系
統(tǒng)。另一方面，該模塊通過調(diào)用計算引擎，來實(shí)現(xiàn)迭代設(shè)計中的驗證功能。 系統(tǒng)設(shè)計模塊的輸出數(shù)據(jù)(設(shè)計結(jié)果)是系統(tǒng)設(shè)計方案全數(shù)字化驗證與確認(rèn)模塊
的輸入數(shù)據(jù)之一。
系統(tǒng)設(shè)計方案全數(shù)字化驗證與確認(rèn)子模塊的輸入數(shù)據(jù)來自兩個方面設(shè)計數(shù)據(jù)庫 的數(shù)據(jù)和設(shè)計子模塊的輸出數(shù)據(jù)。另一方面，系統(tǒng)設(shè)計方案全數(shù)字化驗證與確認(rèn)子模塊通 過調(diào)用計算引擎，來實(shí)現(xiàn)其對設(shè)計方案的仿真驗證功能；而該模塊的輸出數(shù)據(jù)是軟鐵鳥硬 件設(shè)計模塊和飛行控制軟件工程研制模塊的輸入數(shù)據(jù)之一。
功能3 :支持電傳飛行控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計
支撐模塊電傳飛行控制系統(tǒng)硬件設(shè)計模塊。
該模塊調(diào)用的數(shù)據(jù)(輸入數(shù)據(jù))包括來自五個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)設(shè)計、驗證與
8確認(rèn)模塊的輸出數(shù)據(jù)，這五個數(shù)據(jù)庫分別是l)設(shè)計數(shù)據(jù)庫，2)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫，3)實(shí)物、半實(shí) 物資源庫，4)對象硬件接口模板數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)，5)驗證及測試信息數(shù)據(jù)庫(用于記錄 驗證數(shù)據(jù)，以保證測試與驗證效率)。 該模塊的輸出數(shù)據(jù)(設(shè)計結(jié)果)是系統(tǒng)級全數(shù)字化、全任務(wù)仿真測試和驗證模塊 的輸入數(shù)據(jù)之一。
功能4 :支持飛行控制軟件工程化研制過程
支撐模塊軟件工程化研制模塊 該模塊調(diào)用的數(shù)據(jù)(輸入數(shù)據(jù))包括來自三個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)設(shè)計、驗證與 確認(rèn)模塊的輸出數(shù)據(jù)，這三個數(shù)據(jù)庫分別是l)設(shè)計數(shù)據(jù)庫，2)對象代碼接口模板數(shù)據(jù)庫 及專家系統(tǒng)，3)驗證及測試信息數(shù)據(jù)庫(用于記錄飛行控制軟件的驗證數(shù)據(jù)，以保證其測 試與驗證效率)。另一方面，該模塊通過調(diào)用計算引擎，來實(shí)現(xiàn)其對軟件設(shè)計方案的驗證和 對軟件代碼的測試與驗證功能；其輸出數(shù)據(jù)(設(shè)計結(jié)果)是系統(tǒng)級全數(shù)字化全任務(wù)仿真測 試和驗證模塊的輸入數(shù)據(jù)之一。
功能5 :支持電傳飛行控制系統(tǒng)全數(shù)字化、全任務(wù)的系統(tǒng)級仿真驗證
支撐模塊系統(tǒng)級全數(shù)字化、全任務(wù)仿真測試和驗證模塊 該模塊調(diào)用的數(shù)據(jù)(輸入數(shù)據(jù))包括來自兩個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)、硬件設(shè)計模塊的數(shù) 據(jù)、軟件工程化研制模塊的數(shù)據(jù)，這兩個數(shù)據(jù)庫分別是1)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫，2)半實(shí)物仿真連接 子相關(guān)數(shù)據(jù)。另一方面，該模塊通過調(diào)用計算引擎，來實(shí)現(xiàn)其對電傳飛行控制系統(tǒng)的綜合仿 真驗證，其輸出數(shù)據(jù)(設(shè)計結(jié)果)將寫入驗證及測試信息數(shù)據(jù)庫(用于記錄驗證數(shù)據(jù)，以保 證測試與驗證效率)。 基于該模塊的活動完成后，進(jìn)行電傳飛行控制系統(tǒng)的鐵鳥臺綜合試驗。
圖1-1是電傳飛行控制系統(tǒng)目前技術(shù)手段下的研制流程示意圖。 圖l-2是結(jié)合現(xiàn)代電傳飛行控制系統(tǒng)的研制流程示意圖，它描述了軟鐵鳥的功能。 圖2是軟鐵鳥的概念體系結(jié)構(gòu)視圖，其中電傳飛行控制系統(tǒng)需求分析、驗證與求 精的環(huán)境模塊、電傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)環(huán)境模塊、電傳飛行控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 環(huán)境模塊、飛行控制軟件工程化研制環(huán)境模塊、電傳飛行控制系統(tǒng)系統(tǒng)級全數(shù)字化、全任務(wù) 仿真測試和驗證環(huán)境模塊這五個主要功能映射為數(shù)據(jù)中心、專家系統(tǒng)(知識庫)、飛控系統(tǒng) 設(shè)計環(huán)境、驗證仿真模塊、模型驗證仿真通用計算引擎及數(shù)據(jù)總線等六個功能構(gòu)件和相應(yīng) 的連接子。 圖3是軟鐵鳥典型的運(yùn)行流程圖，它描述了軟鐵鳥各模塊之間的控制流，以及每 個模塊之間的依賴和調(diào)用關(guān)系，
權(quán)利要求
一種支持電傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)的開放平臺，其特征在于該平臺是由五個功能模塊組成，它們是1)電傳飛行控制系統(tǒng)需求分析、驗證與求精的環(huán)境模塊；2)電傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)環(huán)境模塊；3)電傳飛行控制系統(tǒng)硬件設(shè)計環(huán)境模塊；4)飛行控制軟件工程化研制環(huán)境模塊；5)電傳飛行控制系統(tǒng)系統(tǒng)級全數(shù)字化、全任務(wù)仿真測試和驗證環(huán)境模塊；所述電傳飛行控制系統(tǒng)需求分析、驗證與求精的環(huán)境模塊，是提供飛控系統(tǒng)需求知識庫，需求驗證環(huán)境和需求細(xì)化工具，以支持飛控系統(tǒng)需求定義活動；該模塊的輸入數(shù)據(jù)來自四個數(shù)據(jù)庫即四個資源容器1)對象需求模板數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的需求模板和設(shè)計準(zhǔn)則，2)飛機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，3)模塊參數(shù)數(shù)據(jù)庫，4)設(shè)計數(shù)據(jù)庫；另一方面，該模塊通過調(diào)用計算引擎，來實(shí)現(xiàn)對需求的仿真與驗證功能，該模塊的輸出信息即確認(rèn)的需求，作為電傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)環(huán)境模塊的輸入之一；所述電傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)環(huán)境模塊，是支持現(xiàn)代飛控系統(tǒng)多模態(tài)控制律設(shè)計、可靠性/余度設(shè)計、飛行控制計算機(jī)、組合伺服舵機(jī)、傳感器、控制顯示在裝置、機(jī)內(nèi)自檢測模塊、接口控制組件的設(shè)計，并提供設(shè)計方案的全數(shù)字化仿真與驗證環(huán)境，以檢驗當(dāng)前設(shè)計是否滿足要求；它包括系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計方案全數(shù)字化驗證與確認(rèn)這兩個子模塊；系統(tǒng)設(shè)計子模塊調(diào)用的數(shù)據(jù)即輸入數(shù)據(jù)包括來自五個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和電傳飛行控制系統(tǒng)需求分析、驗證與求精的環(huán)境模塊的輸出數(shù)據(jù)；這五個數(shù)據(jù)庫分別是1)飛機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，2)模塊參數(shù)數(shù)據(jù)庫，3)設(shè)計數(shù)據(jù)庫，4)對象概要設(shè)計模板數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)，5)對象詳細(xì)設(shè)計模板數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)；另一方面，該模塊通過調(diào)用計算引擎，來實(shí)現(xiàn)迭代設(shè)計中的驗證功能；該模塊的輸出數(shù)據(jù)即設(shè)計結(jié)果是系統(tǒng)設(shè)計方案全數(shù)字化驗證與確認(rèn)模塊的輸入數(shù)據(jù)之一；所述電傳飛行控制系統(tǒng)硬件設(shè)計環(huán)境模塊，是利用硬件描述語言即VHDL來描述飛控計算機(jī)硬件和系統(tǒng)級的計時、控制和配制即SLTCC模型，以支持飛控系統(tǒng)硬件設(shè)計；該模塊調(diào)用的數(shù)據(jù)即輸入數(shù)據(jù)包括來自五個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和電傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)環(huán)境模塊的輸出數(shù)據(jù)，這五個數(shù)據(jù)庫分別是1)設(shè)計數(shù)據(jù)庫，2)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫，3)實(shí)物、半實(shí)物資源庫，4)對象硬件接口模板數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)，5)驗證及測試信息數(shù)據(jù)庫；該模塊的輸出數(shù)據(jù)即設(shè)計結(jié)果是電傳飛行控制系統(tǒng)系統(tǒng)級全數(shù)字化、全任務(wù)仿真測試和驗證環(huán)境模塊的輸入數(shù)據(jù)之一；所述飛行控制軟件工程化研制環(huán)境模塊，是為該平臺提供飛控軟件工程化研制環(huán)境，功能涵蓋飛控軟件的需求分析、軟件設(shè)計、開發(fā)、測試、綜合與驗證確認(rèn)活動；該模塊調(diào)用的數(shù)據(jù)即輸入數(shù)據(jù)包括來自三個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和電傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)環(huán)境模塊的輸出數(shù)據(jù)，這三個數(shù)據(jù)庫分別是1)設(shè)計數(shù)據(jù)庫，2)對象代碼接口模板數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)，3)驗證及測試信息數(shù)據(jù)庫；另一方面，該模塊通過調(diào)用計算引擎，來實(shí)現(xiàn)其對軟件設(shè)計方案的驗證和對軟件代碼的測試與驗證功能；其輸出數(shù)據(jù)即設(shè)計結(jié)果是電傳飛行控制系統(tǒng)系統(tǒng)級全數(shù)字化、全任務(wù)仿真測試和驗證環(huán)境模塊的輸入數(shù)據(jù)之一；所述電傳飛行控制系統(tǒng)系統(tǒng)級全數(shù)字化、全任務(wù)仿真測試和驗證環(huán)境模塊，是可以對飛控系統(tǒng)進(jìn)行全任務(wù)、全系統(tǒng)仿真測試的模塊，利用該模塊可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計的缺陷和不足；該模塊調(diào)用的數(shù)據(jù)即輸入數(shù)據(jù)包括來自兩個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)、電傳飛行控制系統(tǒng)硬件設(shè)計環(huán)境模塊的數(shù)據(jù)、飛行控制軟件工程化研制環(huán)境模塊的數(shù)據(jù)；這兩個數(shù)據(jù)庫分別是1)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫，2)半實(shí)物仿真連接子相關(guān)數(shù)據(jù)；另一方面，該模塊通過調(diào)用計算引擎，來實(shí)現(xiàn)其對電傳飛行控制系統(tǒng)的綜合仿真驗證，其輸出數(shù)據(jù)即設(shè)計結(jié)果將寫入驗證及測試信息數(shù)據(jù)庫。
全文摘要
本發(fā)明一種支持電傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)的開放平臺，由五個功能模塊組成，它們是1)電傳飛行控制系統(tǒng)需求分析、驗證與求精的環(huán)境模塊；2)電傳飛行控制系統(tǒng)設(shè)計、驗證與確認(rèn)環(huán)境模塊；3)電傳飛行控制系統(tǒng)硬件設(shè)計環(huán)境模塊；4)飛行控制軟件工程化研制環(huán)境模塊；5)電傳飛行控制系統(tǒng)系統(tǒng)級全數(shù)字化、全任務(wù)仿真測試和驗證環(huán)境模塊。本發(fā)明能輔助飛行控制系統(tǒng)工程師進(jìn)行電傳飛行控制系統(tǒng)的需求分析與確認(rèn)、系統(tǒng)整體設(shè)計與設(shè)計方案的驗證、系統(tǒng)硬件設(shè)計、系統(tǒng)軟件工程化研制和系統(tǒng)級全數(shù)字化、全任務(wù)仿真測試和驗證以克服現(xiàn)有研制環(huán)境帶來的研制周期長、成本高、風(fēng)險大等問題。它在系統(tǒng)工程技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛地實(shí)用價值和應(yīng)用前景。
文檔編號B64C13/00GK101750978SQ20091023621
公開日2010年6月23日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者朱波, 江昌海, 胡海, 蔡開元, 鄭征 申請人:北京航空航天大學(xué)