新一代综合化航空电子系统构架技术研究_王国庆

王国庆等：新一代综合化航空电子系统构架技术研究 5

doi : 10.7527/S1000-6893.2013.0533

新一代综合化航空电子系统构架技术研究

王国庆1,2,3，谷青范2*，王淼1,2，张丽花1,3

1.航空电子系统综合技术重点实验室，上海 200233

2.中国航空无线电电子研究所，上海 200233

3.西北工业大学，计算机学院，陕西 西安 710072

摘 要：综合化航空电子系统是根据应用的需求，基于已有的能力，采用综合技术，实现面向应用的任务合成，提升应用效能；面向能力的功能信息融合，提升能力品质；面向物理的操作模式综合，提升资源效率。本文针对新一代战机应用领域和战场作战的需求，围绕应用层面、能力层面和资源层面研究新一代综合化航空电子系统构架组成要素与建模技术，基于任务、功能、资源的生成与组织过程的分析，构建了面向现代战机不同任务目标、功能组织和系统能力的航空电子系统组织、实施构架，提出了分层的综合化航空电子系统构架——任务组织构架、功能组织构架和物理组织构架，实现了从应用空间－逻辑空间－物理空间信息处理的一致性，为新一代战机航空电子系统的综合化技术研究奠定技术基础。

关键词：综合化航空电子；系统构架；物理构架；功能构架；任务构架；物理综合；信息融合；任务合成 中图分类号：TP311153 ;V21517 文献标识码：A

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收稿日期：2013-11-11；退修日期：2013-11-28；录用日期：2014-1-23；网络出版时间： 网络出版地址：

基金项目：航空科学基金（基金号20125552053）; 国家重点基础研究发展计划项目 (项目编号2014CB744900) *通讯作者. Tel.：021-********-7037或7009 E-mail:gu_qingfan@https://www.wendangku.net/doc/2515879533.html,

引用格式：Wang G Q, Gu Q F, Wang M,et al. Research on the Architecture Technology for New Generation Integrated Avionics

System [J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica,2014,35(x):xxx-xxx.王国庆，谷青范，王淼，等．新一代综合化航空电子系统构架技术研究[J]．航空学报, 2014, 35(x): xxx-xxx.

现代战争是基于空间一体化、信息一体化和能力一体化综合组织和管理的战争，所有作战单元依据任务规划，以作战使命为目标，以信息组织为平台，以自身能力为基础，针对战场环境，根据作战过程，依据自身角色，实现作战任务目标组建、过程能力组织和系统状态管理最优化过程。航空电子系统是飞机的任务系统，是飞机任务组织、功能集成和系统管理的平台。对于飞机任务系统来说，什么样的任务组织能够最佳地满足飞机应用目标的需求？什么样的能力组织能最佳地满足飞机任务目标的需求？什么样的资源组

织能力最佳地满足飞机能力目标的需求？综合化航空电子系统就是根据现代作战需求，通过任务组织，基于任务合成，实现飞机任务应用优化组织；通过能力组织，基于功能融合，实现飞机任务能力优化组织；通过操作组织，基于物理综合，实现飞机任务处理优化组织。

目前综合化系统组织研究方面国内还处于系统功能组成层面，没有形成支持系统应用组织、能力组织和操作组织相互关联和量化目标、过程、角色、关系和条件的组织模式，以及系统组织与综合能力的关系；未建立起面向系统的多任

2014-02-26 14:10https://www.wendangku.net/doc/2515879533.html,/kcms/doi/10.7527/S1000-6893.2013.0533.html DOI ：10.7527/S1000-6893.2013.0533

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务应用、多能力组织、多模式操作的系统任务合成、功能融合和物理综合的构架、模式和方法以及系统能力与综合能力的关系。本文以现代作战模式为背景需求，根据航空电子系统综合化技术的发展，针对复杂系统特征，深入对航空电子系统的系统需求构架技术、系统组织构架技术和系统综合构架技术进行研究和探讨，旨在为新一代综合化航空电子系统研究和设计奠定基础[1-3]。

1相关工作

航空电子系统结构经历了从最初的分立式航空电子系统、联合式航空电子系统、综合式到高度综合的航空电子系统的发展过程。

第一代航空电子系统为分立式结构，雷达、通信、导航等设备各自均有专用且相互独立的天线、射频前端、处理器和显示器等，采用点对点连接。第二代航空电子系统为联合式结构,使用几个数据处理器完成低带宽的数据传输交换功能，如导航武器投放、外挂管理、显示、控制等,各单元之间通过数字总线交联,资源共享只在信息链后端的控制和显示环节。这种结构主要来源于美国空军莱特实验室于20世纪70年代提出的“数字式航空电子信息系统” (DAIS)计划,该计划采用机载多路数据传输总线(1553B)技术,简化了设备间的连接关系,减轻了系统的体积和重量,解决了任务处理显示控制的综合问题,对航空电子系统综合化起到了很大的促进作用,使飞机的功能和性能前进了一大步,并在F-15、F-16、A/F-18等飞机中得到应用。第三代为综合化航空电子结构,以基于“宝石柱”计划的F-22为典型代表。这种结构的综合化程度进一步提高,其主要技术特征是用系统共享的综合核心处理器(ICP)来完成几乎全部的信号与数据处理,把系统综合层从显示控制推到数据信息处理。该结构的特点在于综合核心处理器综合了火控计算、导航计算和管理、座舱显示图形发生、外挂管理、系统任务的调度、系统完好情况的监视等各种计算、调度和管理任务,综合核心处理器调用各个模块在不同阶段执行不同功能。第四代为高度综合化航空电子结构,以基于“宝石平台”的联合攻击战斗机(JSF)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。

从以上各个阶段的发展可见,航空电子系统越来越复杂,综合程度越来越高。综合已从显示器推进到数据处理又推进到传感器系统。在这样的系统中,以多种共享的资源模块实现各种功能再也分不出传统的各个分系统的界线。

航空电子系统综合化设计是一门运用系统科学理论和系统科学方法，正确处理系统需求、系统功能、系统设计、系统实现之间的关系，研究各子系统最优组合的工程技术科学。欧美工业发达国家已建立完备的航空电子系统设计流程、标准、规范和方法，同时开发了大量的子系统行为模型、仿真软件及仿真测试验证平台用于支持系统设计、集成及验证技术研究。目前我国在航空电子系统设计领域的系统性科学理论尚未有效地形成。我国在“九五”、“十五”、“十一五”和“十二五“预研项目的支撑下，主要研究目标是系统功能与性能组织，系统硬件模块和总线等的研制，对系统综合化效能和架构有效性评估与分析还处于认识阶段。本文提出将Zachman模型应用于综合化航空电子系统的架构设计中,以综合化航空电子系统的外部表征信息为分析依据，以期归纳出系统外部表征与其内部本质特征之间存在的关联性，形成了一套从架构、任务、功能和资源组织理论，用于支撑战机的任务需求，为航空电子的高度综合提供理论支撑。

2航空电子系统构架组织

战机任务系统是面向复杂作战环境的多模式任务组织，任务的组织过程又是系统能力需求的多种专业功能的组织执行过程，功能的执行过程又是基于系统操作多种类型资源的组织过程，这种多模式任务、多种专业功能和多种类型资源必须建立在有效的组织管理下，才能最终满足作战任务的需求。这就要求航空电子系统构架能够针对不同的作战需求和环境，系统具有不同对应模式，而任务是基于对应模式的实现过程；针对不同任务的组织和任务目的，系统具有不同的对应能力，而功能是基于对应能力的实现过程；针对不同功能能力和品质，系统具有不同的对应操作，而资源是基于对应操作的实现过程。

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因此，航空电子系统构架组织是根据系统任务、功能、和物理组织的需求，针对构架组织三要素：构架组织（目标、元素和关系）、构架能力（事件、行为和过程）和构架结果（条件、活动和结果），实现构架组织模式（需求、模式、能力、响应、组织、管理）和构架组织要求（目标、过程、角色、关系、条件）。建立航空电子

系统构架的目的是通过面向飞机应用任务的组织，提供系统应用能力最大化；通过面向系统处理的组织，提供系统功能能力最佳化；通过面向系统能力结构的组织 ，提供系统组织能力最优化。航空电子系统构架组织包括任务架构、功能架构和物理架构，如图1所示。

图 1 航空电子系统构架组织

Fig.1. The architecture organization of avionics system

由于作战环境复杂，存在多重应用模式，因此必须明确任务执行的能力与复杂环境的适应性，需要通过任务构架实现任务的组织，满足多重任务过程组织的需求。由于多重任务组织，存在多重专业（功能）模式，因此必须确定功能专业能力与任务执行过程的适应性，需要通过功能构架进行功能、信息的组织，满足多重功能执行过程组织的需求。由于多重功能组织，存在多重操作模式，因此必须确定功能专业能力与资源操作模式的适应性，需要通过物理架构进行资源组

织，满足功能的能力模式需求[4-6]

。

任务构架实现系统应用组织，功能构架实现了系统能力组织，物理构架实现了系统操作组织。第一，任务构架，通过建立面向任务系统的应用模式，构建任务组织构架，实现任务应用目标；第二，功能构架，通过建立面向任务系统的能力模式，构建功能组织构架，实现系统功能能力目标；第三，物理构架，通过建立面向任务系统的资源操作组织，构建物理资源构架，实现系统资源支撑的目标。

综合化航空电子系统是基于系统任务构架、功能构架和物理构架，实现系统一体化优化组织过程。其目标是针对航空电子系统的复杂性特征，通过采用系统综合化技术，实现系统任务能

力最大化和效能最优化，系统功能品质最佳化和能力最优化，系统资源配置最小化和效率最大化

目标[7-9]

。

3 航空电子系统的任务构架

系统任务构架是根据系统的典型作战想定，针对系统能力目录和作战环境，通过任务感知能力，构建任务计划组织，形成任务运行管理，并且通过系统应用组织需求和目标来确定系统任务组织和应用收益，是应用的组织模式。航空电子系统的任务构架包括支持的任务系统能力（即需求）、组成要素以及任务生成与实时组织过程，下面分别进行阐述。 3.1 任务构架需求

航空电子系统设计首先要针对飞机作战需求，根据飞机的作战使命，通过作战任务想定设计，确定作战任务目标，明确作战任务过程，确定自身（飞机）角色，构建能力需求，最终形成满足作战想定的能力目录，在此基础上，基于任务系统应用模式、能力模式和物理模式，通过组织、集成与归并，实现任务过程的能力需求组织，其作为综合化航空电子系统任务组织的目标，从而决定了航空电子系统的能力和性能，并

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为任务系统的任务组织、功能组织和物理组织奠定了基础。

作为飞机任务系统，航空电子系统首要目标就是实现飞机应用任务组织，因此从应用角度航空电子系统任务构架的实现要满足如下条件：

第一，满足战场战机应用目标组织需求，即基于作战使命目标的综合任务组织；

第二，满足战场战机应用过程组织需求，即基于作战过程阶段的综合过程组织；

第三，满足战场应用环境组织需求，即基于

作战关系模式的综合角色组织。战机任务系统应用模式需求是针对战场使命规划的目标，针对作战过程，依据当前的任务，突出自身的优势，支持协同的模式，依据当前条件，实现战机任务系统应用模式组织。

另一方面，为了实现应用目标，需要相应的功能、资源和任务本身管理的支撑，还需要满足如下功能需求：

第一，满足系统任务组织需求，即基于任务过程的活动行为的综合能力组织；

第二，满足系统功能组织需求，即基于功能过程的逻辑处理的综合能力组织；

第三，满足系统物理组织需求，即基于资源过程的操作模式的综合能力组织，。

综上，形成任务系统能力目录，提供确定的功能、专业、目标、作用、条件、范围、形式、重要性等要求。

3.2 任务活动的分解与组织

基于上述系统构架的定义，本文采用Zachman 复杂系统组织设计方法，从任务需求（用户视图）、任务模式（设计视图）、任务能力（架构视图）、任务响应（规划视图）、任务组织（实现视图）、任务管理（运行视图）六个角度来对任务构架进行分析，这六个视图分别对应于Zachman 框架中的六个角色（使用者、设计者、拥有者、业务规划者、系统构建者和运营者）（如图2所示）。需要进一步从每个角度来分析其关注的五个焦点，即任务目标（what ）、任务执行过程（how ）、任务执行者（who ）、任务间依赖关系（why ）、任务执行前提条件（when ），其中：

图 2 基于Zachman 的航空电子系统任务构架要素和活动

Fig. 2. Task architecture and active of avionics system based on Zachman model

从任务需求角度来分析任务架构，主要关注应用目标、应用模式定义及过程描述、应用能力需求描述、应用环境及上下文、应用事件共五个方面；从任务模式设计角度来对任务架构进行分

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析，需要考虑的要素有目标组织、过程组织、角色和关系以及条件组织。从任务能力的角度来分析任务架构，主要考虑的要素有功能专业、逻辑、结果、关系和条件。从任务响应角度，需要考虑态势类型、范围、感知、识别和推测机制等要素。任务组织由任务计划、过程、结果、评估和决策构成，而任务管理层面则由任务目标监控、过程监控、状态监控、任务管理和下一任务管理构成。

上述要素信息体现了任务活动的外部特征，

通过对这些外部特征的定义和分析，能够使得任务与系统功能、资源建立起关联关系，从而实现应用空间、能力空间与资源空间之间的映射。进一步地，结合任务的生成和组织过程，能够实现基于任务能力模式的飞机功能组织综合化和物理组织综合化以及资源操作模式的综合化。 3.3 任务生成与组织过程

任务生成过程即任务的计划过程，是基于任务构架组织，依据应用需求，确立任务的应用、

约束条件、上下文环境以及之间的关系，形成任务执行模式，满足应用对系统能力的需求。任务的组织过程是依据产生的计划，根据系统上下文环境，形成任务态势，从而产生任务计划决策，并监控任务的执行的过程，其中任务态势的形成依赖于任务响应的态势组织，感知、识别、推测；任务结果决策合成依赖于任务组织的计划组织，模式、评估、决策，任务执行管理合成依赖于任务管理的组织，监控。

如图3所示以飞行监视任务为例，为了完成监视任务，需要用到通信管理、告警管理、飞行管理和系统管理的任务，任务生成过程就是将这些子任务进行组合后协同执行以达到完成监视任务的目的。任务的组织过程就是根据生成的任务计划，选择当前能够使用的功能（如导航能力、引导能力、显示能力、无线电高度等）并进行组织与协同，进一步地这些功能又组织目前可用的资源（天线频段、射频处理、CPU 单元等）进行任务的执行。

图 3 任务生成与组织过程

Fig. 3. The process of task generation and organization

4 航空电子系统功能构架

系统功能构架是根据系统的典型作战想定，针对系统能力目录，针对当前任务组织需求，通过功能能力组织，构建系统功能处理模式，确定功能处理输入信息组织。系统功能构架是基于系

统能力组织，依据系统功能组织和处理方式，确定系统功能专业能力和结果品质。下面分别从其构成和动态执行两个角度来分析航空电子系统的功能构架。

4.1 功能架构组成要素

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功能构架是面向任务系统的能力组织模式。针对系统构架的定义，本文采用Zachman 复杂系统组织设计方法，从功能需求（用户视图）、功能组织模式（设计视图）、功能能力模式（架构视图）、功能专业模式（规划视图）、功能要素（实现视图）、功能输入模式（执行视图）六个角度来对任务构架进行分析，这六个视图分别对应于Zachman 框架中的六个角色（使用者、设计者、拥有者、业务规划者、系统构建者和运营者）（如图4所示）。需要进一步从每个角度来

分析其关注的五个焦点，即功能目标（what ）、功能执行过程（how ）、功能执行者（who ）、功能间依赖关系（why ）、功能执行前提条件（when ），其中：

从功能需求角度进行功能架构分析，需要将其分解为任务目标定义、任务过程定义、任务能力需求、任务事件、任务角色等几个方面进行描述，实现任务到功能的映射。

功能输入模式定义了功能架构的输入构成，包括传感器输入数据目标、组织、性能、范围和条件等要素；功能能力模式定义了功能架构的输

出要素，包括功能目标定义与描述、功能专业的配置规则、功能的逻辑过程、功能执行状态的管理模式以及功能执行的限制条件。功能专业着重从功能架构基础平台这个侧面来分析功能架构的构成，需要关注专业目标、专业组织过程、专业范围、专业条件约束和专业质量评估等几个方面来考虑。功能组织模式主要从执行规则角度来描述功能架构，包括目标组织过程、专业组织过程、逻辑处理过程和能力综合过程以及条件组合过程。功能要素视图主要从信息定义和传递角度来描述功能的实现，包括要素组织目标、要素组织结构、要素组织性能、要素组织范围和要素组织的条件（规则）等。

上述要素信息体现了功能组织的外部特征，通过对这些外部特征的定义和分析，能够使得任务与功能间建立起关联关系，从而实现应用空间到能力空间的映射。进一步地，结合功能的生成和组织过程，能够实现基于资源操作模式的飞机功能组织综合化。

图 4 基于Zachman 的航空电子系功能构架组成要素

Fig. 4. Function architecture composition factor of avionics based on Zachman model

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图 5 功能的生成与组织过程

Fig. 5. The process of function generation and organization

功能构架是系统能力组织的基础和平台，也就是说通过功能构架，支持功能专业、逻辑和输入的能力、组织和处理模式，支持功能能力、品质和有效性组织模式，支持功能能力组织、集成和融合模式。

4.2 功能的生成与组织过程

综合化航空电子系统的功能的生成与组织体现在资源的组织上，不同资源配置，形成不同的资源组织模式，具有不同的能力。与任务的生成和组织相对应，功能的生成过程本质上是资源的配置过程，根据完成的任务需求和目前已有的功能，按照接口传递规则进行功能的规划，形成一个有向无环图，从图的开始节点到最终节点执行完毕后就能够满足所分配的任务，如图5所示。任务的组织就是基于功能生成的规划，选择一条执行路径，执行过程中根据上下文环境实时选择（调度）功能的过程，这个过程一方面需要对执行过程进行监督，另一方面需要实时收集上下文信息，作为调度的依据。

功能的生成过程离不开功能架构的支撑，功能架构主要从三个方面对功能生成机制提供支撑：

系统功能专业组织——据系统功能的需求、模式和能力的专业能力组织

系统功能过程组织—系统功能的需求、模式和能力的处理过程组织

系统功能结果组织—系统功能的需求、模式和能力的结果模式组织

功能组织的基础是功能融合，包括功能专业能力、功能处理能力和功能输入能力的融合，其中：

功能专业能力融合是基于任务态势的功能专业、品质、能力方面的融合；系统功能处理能力融合是基于功能专业的元素组织、品质、关系方面的融合；而系统功能输入能力融合是基于功能元素传感器输入、性能、程度的融合。

5 航空电子系统物理构架

系统物理构架是根据系统的典型作战想定，针对系统能力目录，针对功能处理模式和需求，构建专业物理资源专业类型组织，形成物理资源处理能力，确定物理资源操作模式。系统物理构架是系统资源操作组织，依据系统资源类型和操作模式，确定系统的操作能力和有效性。 5.1 物理构架组成要素

物理构架是面向任务系统的资源组织模式。针对物理架构的定义，本文采用Zachman 复杂系统组织设计方法，从任务能力需求（用户视

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图）、资源能力模式（架构视图）、功能能力（执行视图）、资源组织（规划视图）、资源操作组织（实现视图）、资源管理（管理视图）六个角度来对物理构架进行分析，这六个视图分别对应于Zachman 框架中的六个角色（使用者、设计者、拥有者、业务规划者、系统构建者和运营者）（如图6所示）。需要进一步从每个角度来分析其关注的五个焦点，即资源组织目标（what ）、资源操作过程（how ）、资源操作结果（who ）、资源操作模式（why ）、资源操作条件（when

），其中：

从任务能力需求角度进行物理架构需求分析，需要将其分解为任务目标和能力、任务类型和组织、任务模式及其组织需求、任务的非功能性需求和任务的输入输出描述等几个方面进行描述，实现任务到功能的映射；同时从功能能力层面分析功能结果能力、功能专业过程、功能组织关系、功能模式组织和功能的输入输出，建立起任务到功能的映射关系；资源能力视图则从任务目标分类、功能专业分类、资源类型分类、操作模式分类、系统管理分类这几个方面对功能能力视图提供支撑，实现功能到资源的映射。从资源组织角度对物理架构分析，需要关注的要素有资源类型目标、资源操作过程、资源能力模式和资源配置、以及资源的有效性评估。从资源操作组织的角度分析，需要关注的过程要素有任务类型、功能专业、资源模式、系统条件以及失效模式。从管理视图分析物理架构，主要管理的对象包括任务、功能、资源、系统、失效状态（条件）。

上述要素信息体现了物理架构组织的外部特征，通过对这些外部特征的定义和分析，基于Zachman 框架定义的这些要素之间的天然联系，能够使得任务与功能、资源间建立起关联关系，从而实现应用空间到能力空间、物理空间的映射。进一步地，结合资源的生成和组织过程，能够实现基于任务、功能能力需求的物理资源组织综合化。

图 6 物理构架组成要素

Fig. 6. Physical architecture composition factor

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图 7 资源组织关系

Fig. 7. Resource organization relationship.

5.2 资源生成与组织过程

物理构架是系统资源操作组织的基础和平台，也就是说通过物理构架，支持资源能力、类型和结果操作、处理和管理模式，支持资源操作过程、性能和有效性组织模式，支持功能能力组织、共享和综合模式，如图7所示。

系统资源生成过程是针对系统功能架构组织，通过以下资源能力形成系统物理组织构架：

（1）系统资源类型组织—确定资源类型、形式、结果，资源能力支持

（2）系统资源操作组织—确定资源模式、操作、过程，资源操作支撑

（3）系统资源能力组织—确定资源能力、条件、性能，资源性能保障

系统资源组织过程是针对系统任务架构组织，通过以下能力形成系统资源支撑能力：

（1）系统资源能力综合—基于资源综合的资源共享，提升资源利用率；

（2）系统资源操作综合—基于资源综合的处理复用，提升资源效率；

（3）系统资源管理综合—基于资源综合的状态管理，提升资源可用性。 6 航空电子系统综合化技术

系统需求构架决定系统的应用的形态与能

力，确定了系统应用的目标、应用过程和应用结果要求。系统组织构架决定了系统组织的结构与方式，确定了系统组织任务模式、功能模式和资源模式要求。已知系统构成的三大基本要素目标是：应用的能力、效能和有效性，组织的能力、效能和有效性，操作的能力、效能和有效性。因此，必须通过系统优化技术，在实现系统应用能力、效能和有效性的优化过程，系统组织能力、效能和有效性优化过程，系统操作能力、效能和

有效性优化过程[10-12]

。

系统综合技术针对系统优化的需求，基于系统需求构架和系统组织构架，依据系统应用目标和需求，根据系统组织和能力，通过系统综合模式和技术，实现系统能力、效能和有效性最优化。因此，针对航空电子系统的需求构架的要求，根据系统组织构架的分类，航空电子系统综合技术分为三大空间：应用空间、能力空间和物理空间。通过系统应用空间综合，实现应用任务行为、组织和目标的活动合成，形成系统不同应用对象、环境和模式的目标与效能最优化；通过系统能力空间综合，实现系统能力范围、作用和逻辑信息融合，形成系统不同目标、环境、状态下系统能力的品质和有效性最优化；通过系统物理空间综合，实现系统物理能力、模式和操作的综合，形成资源利用率（最小的资源配置）、操作效率和结果置信度最优化。因此，系统综合技

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术由面向系统应用模式任务合成技术、面向系统

物理综合技术构成，如图8所示。

Confidence Management

Function Effectiveness Management

Resource Reliability Management

Application Organization Information Task synthesis(situation perception, task organization)

Task organization process

Task 1Task 2...Task n

Sub-task 1

Sub-task 2

...

Sub-task n

Isolation

Sub-task 1Sub-task 2

...

Sub-task m

Information fusion(Specialty, Element, Sensor information fusion)

Function process organization

Func. 1Func. 2

...

Func. n

Proce. 1

Proce. 2

...

Proce. n

Physical integration(resource sharing, procedure duplicate, system

management)

Data Bus

HR1HR2...HRn HR1HR2...HRn

图 8 综合化航空电子系统架构组织

Fig. 8. The architecture organization of integrated avionics

6.1 任务合成

系统任务合成是针对系统应用任务需求，基于系统的感知（环境）和功能信息融合（事件），通过态势感知、识别和推测合成，构建并优化目标效能约束下的任务组织（任务树），并最终实现其向功能组织的映射。

新一代综合化航空电子系统的任务组织的合成需要经过计划阶段、态势合成阶段、任务管理阶段和决策阶段。通过任务目标、处理方式和组织模式的合成，提升系统任务计划能力、组织能力、有效性能力；通过态势感知、识别和推测合成，针对合成的任务计划，形成任务能力的评

估；通过系统任务组织、安全告警和任务状态显示合成，提升任务执行能力、监控能力和管理能力；根据任务组织的计划或优化规则，形成基于目标效能的任务树决策。在整个任务的组织与合成过程中，通过系统感知和态势识别形成的环境条件、环境能力和有效性是进行计划、态势合成、任务管理和决策的前提，其对提升系统任务感知能力、组织能力和任务结果能力有着直接的影响。

态势感知是任务目标的需求的组织技术，其实现依赖于三个方面：第一，根据任务需求构架的典型任务想定过程，依据系统任务组织构架的态势感知模式，构建系统态势能力感知合成；第

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二，根据任务需求构架的典型任务想定组织，依据系统任务组织构架的态势感知组织模式，构建系统态势关系识别合成；第三，根据任务需求构架的典型任务想定目标，依据系统任务组织构架的态势目标模式，构建系统态势结果推测合成。

任务组织是任务目标的能力组织技术，包括：（1）根据任务需求构架的典型任务过程和态势能力支撑，依据系统任务组织构架的任务分类模式，构建系统任务活动计划合成；（2）根据任务需求构架的典型任务过程和态势能力支撑，依据系统任务组织构架的任务范围和能力分类模式，构建系统任务组织和结果合成；（3）根据任务需求构架的典型任务过程和态势能力支撑，依据系统任务组织构架的任务目标结果模式，构建系统任务组织决策合成。

任务管理是任务执行目标和状态控制技术，通过典型任务的系统任务组织、安全防御和任务状态显示合成，提升系统任务执行感知能力；通过典型任务的飞行员任务飞行操作指令、任务操作指令和辅助操作指令合成，提升系统任务执行管理能力；通过系统任务执行过程目标和状态、系统管理过程与状态和任务反馈与状态的合成，提升系统任务执行控制能力。

6.2 功能信息融合

综合化航空电子系统的功能体现在资源的组织上，不同资源配置，形成不同的资源组织模式，具有不同的能力。系统功能信息融合是依据系统功能构架组织，建立系统功能专业、环境、输入差异性处理模式，形成系统功能信息融合能力。功能信息融合是通过基于的功能组织信息融合，提升系统功能结果精度；通过基于综合模式组织的功能组织信息融合，提升系统功能结果信息重要性；通过基于系统管理构架的功能组织信息融合，提升系统功能结果信息可用性。

功能专业信息融合是不同功能专业基于功能应用需求和范围的有效能力信息融合。功能信息融合是根据系统任务能力组织需求，针对功能结果能力和功能结果品质与性能基线要求，依据多元专业功能结果品质和性能差异性冗余配置，解决功能信息缺陷问题，提升功能结果品质能力和有效性，满足面向任务能力目标需求。功能专业信息融合主要包括以下几个方面：

（1）第一，通过基于态势感知构架的功能组织信息融合，依据系统功能组织构架的功能专业分类目标，构建基于应用范围的不同功能专业的信息补偿，提升系统功能结果精度；

（2）第二，通过基于综合模式组织的功能组织信息融合，依据系统功能组织构架的功能专业能力结果，构建基于应用目标的不同功能能力的信息补偿，提升系统功能结果信息重要性；

（3）第三，通过基于系统管理构架的功能组织信息融合，依据系统功能组织构架的功能专业作用领域，构建基于应用域的不同功能专业有效性的信息补偿，提升系统功能结果信息可用性。

功能元素信息融合是不同功能处理元素基于功能目标的有效能力信息融合，其实现内容包括：

（1）通过基于功能处理元素轨迹优先内外元素组织信息融合，依据系统功能组织构架的功能元素逻辑模式，构建基于的不同环境功能元素的信息补偿，提升系统处理元素信息精度；

（2）通过基于功能处理要素优先内外元素组织信息融合，依据系统功能组织构架的功能元素性能要求，构建基于的功能处理逻辑元素性能的信息补偿，提升系统功能元素信息重要性；

（3）通过基于功能处理自主优先内外元素组织信息融合，依据系统功能组织构架的功能元素可用模式，构建基于统一应用域的不同功能专业有效性的信息补偿，提升系统功能元素信息可用性。

功能输入信息融合是不同功能传感器输入基于功能元素的有效能力信息融合。根据系统当前传感器性能和输入数据品质，针对系统输入数据品质与性能基线的要求，依据传感器资源性能和冗余能力，同时或交替使用不同传感器输入和工作方式，实现传感器参数能力和性能的互补融合，提升输入信息品质。功能输入传感器信息融合的主要任务是：第一，通过传感器输入数据品质信息融合，依据系统功能组织构架的功能元素逻辑模式，构建传感器应用范围的不同能力的信息补偿，提升系统输入信息精度、离散和连续性；第二，通过传感器输入数据性能信息融合，

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依据系统功能组织构架的功能元素性能基线，构建传感器应用性能的信息补偿，提升系统输入信息可用性、完整性和可靠性；第三，通过传感器输入数据能力信息融合，依据系统功能组织构架的功能元素的能力，建传感器应用能力的信息补偿，提升系统输入信息重要性、完备性和时效性。

6.3 物理综合

物理综合是基于系统资源能力、处理过程和系统状态的综合技术。从系统设计角度来看，综合化航空电子系统中的资源可以理解为具有特定能力的、包括计算单元和网络通讯模块的、能够被远程调用的软硬件实体。综合化航空电子系统资源可分为计算资源、通信资源、感知资源和执行资源四种，每种资源还可进一步根据其特征进行细分。综合化航空电子系统的正常运行就是靠众多异构资源进行合理的调度(协同)来实现的，每个资源可以看成是具有一定能力的子系统。物理综合机理是基于系统资源平台的组织架构，通过资源共享，提升资源利用率和效能，依据并发功能对资源基于时间分布的能力需求，通过资源能力组织与调配，实现基于分时的资源共享，提升资源使用效率，减少系统资源配置，降低复杂性影响，增强系统资源的效能。

物理综合是面向系统自身能力组织和管理，有效提升了系统的能力、效能和有效性，是系统能力组织、处理效率、结构有效性的保障。为了实现物理综合，需要从以下三个方面入手：（1）通过系统资源平台的能力需求，依据系统物理构架的资源能力分类模式，构建不同资源能力的物理组织模式，实现基于能力的资源共享，提升资源能力可用性；

（2）通过系统资源平台的操作需求，依据系统物理构架的资源操作过程模式，构建不同资源过程分类模式，实现基于过程的资源复用，减少系统资源配置；

（3）通过系统资源平台的目标需求，依据系统物理构架的资源目标组织模式，构建不同资源目标分类模式，实现基于目标的结果共享，提升资源结果利用率。

过程综合是通过系统功能构架组织，形成面向过程平台的功能综合，采用功能独立和标准方式，建立面向应用任务的功能规范组织，实现功能结果共享和功能过程复用，降低系统重复活动，减少功能处理结果专用现象，实现功能结果的共享，提高系统处理效率，提升系统处理能力和有效性。

管理综合是通过系统统一状态管理组织，根据系统当前任务、功能和资源需求，依据系统不同任务状态与能力、功能状态与能力、资源状态与能力，通过系统任务构建、功能组织、资源配置，形成系统分类组织的状态管理，提供当前系统具备的支撑能力，并依据任务故障、功能错误和资源缺陷状态，实现基于状态监控的任务、功能、资源有机组织，实现系统状态有效性组织，减少环境与状态变化对系统影响，提升系统有效性[13-15]。

7结论

本文在分析航空电子系统构架组织要素的基础上，以综合化航空电子系统的外部表征信息为分析依据，基于Zachman框架定义的要素之间的天然联系，归纳出系统外部表征与其内部本质特征之间存在的关联性，揭示了基于系统任务构架、功能构架和物理构架的航空电子系统综合化机理，提出了实现系统一体化优化组织过程，为构建新一代综合化航空电子系统研究奠定了基础，本文的工作主要有如下三点：

（1）提出了基于能力目录的航空电子系统架构设计方法；

（2）阐述了航空电子系统构架组织的要素和组织过程；

（3）基于提出的系统构架组织，研究了相应的综合化技术。

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作者简介：

王国庆（1956－）男，博士，教授、研究员，博士生

导师。主要研究方向：航空电子技术、复杂系统、计算

机技术等。

Tel: 021-********

E-mail: wang_guoqing@https://www.wendangku.net/doc/2515879533.html,

谷青范（1974－）男，博士，副教授，硕士生导师。

主要研究方向：计算机软件与理论、航空电子技术、安

全性分析等。

Tel: 021-********

E-mail: gu_qingfan@https://www.wendangku.net/doc/2515879533.html,

王淼（1981－）男，博士，工程师。主要研究方向：

数据挖掘、安全性分析、航空电子技术、PHM等。

Tel: 188********

E-mail: wang_miao@https://www.wendangku.net/doc/2515879533.html,

张丽花（1981－）女，博士研究生。主要研究方向：

航空电子技术、安全性分析、数据挖掘等。

Tel: 188********

E-mail: zhang_lihua@https://www.wendangku.net/doc/2515879533.html,

14航空学报Jan. 25 2011 Vol.32 No.X Research on the Architecture Technology for New Generation

Integrated Avionics System

WANG Guoqing1,2,3 , GU Qingfan1,*, WANG Miao1,2, ZHANG Lihua3

1 China National Aeronautical Radio Electronics Research Institute, Shanghai, China, 200233

2 Science and Technology on Avionics Integration Laboratory, Shanghai, China, 200233

3 School of Computer Science and Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi’an, China, 710072

Abstract: Integrated avionics system is a main trend for studying the avionics system of new generation aircraft. Ar-chitecture Technology is crucial for organizing and constructing avionics system. Based on the combat task require-ment of the integrated avionics system, with respect to the characteristics of integrated avionics system on task organ-ization, function organization and resource organization, this paper propose the system requirement architecture, sys-tem organization architecture and system integration architecture of the avionics system. Furthermore, for system requirement, system constitution and system integration, the constitution, content and method of avionics system ar-chitecture technologies are deeply discussed.

Key words: Integration avionics; System architecture; Physical architecture; Function architecture; Task architecture; Physical integration; Information fusion; Task synthesis

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Received：2013-11-11；Revised：2013-11-28；Accepted：2014-1-23；Published online：

URL：

Foundation item：Avionics Science Foundation (No. 20125552053) and National Key Basic Research Program of China (No. 2014CB744900) *Corresponding author. Tel.：021-********-7037或7009 E-mail: gu_qingfan@https://www.wendangku.net/doc/2515879533.html,