一种综合模块化航电系统重构决策系统及决策方法

摘要

一种综合模块化航电系统重构决策系统及决策方法。系统包括决策信息采集模块、重构触发模块、重构决策模块、告警模块和配置执行模块；决策信息采集模块与重构触发模块连接，重构触发模块与重构决策模块连接，重构决策模块分别与告警模块和配置执行模块相连接。本发明优点：针对不同重构需求和资源条件选择不同重构策略，增强了飞机航电系统应对不同飞行任务能力，提高了飞机航电系统应对不同种类资源失效能力，提高了飞行安全。重构方案选择时，提供了重构方案的安全性评估和可用性评估，提高了重构后系统安全性；在高安全性航电功能失效时允许系统进行降级重构，扩大了高安全性需求航电功能的可用重构资源范围，可提高重构对系统安全性的保障。

说明书

技术领域

本发明属于综合航空电子技术领域，特别是涉及一种综合模块 化航电系统重构决策系统及决策方法。

背景技术

综合模块化航电系统（IMA，Integrated Modular Avionics） 采用资源共享的系统架构，其上高性能通用平台在提供更加复杂功 能的同时减少了专用模块数量，带来了制造、维护成本的降低，使 IMA逐渐开始替代传统的联合式航电系统而成为新一代客机的首选 航电架构。

为减少配置子系统个数，节省飞机重量、空间和成本，提升资 源利用率，并为后续扩展预留空间，IMA采用一系列标准化通用功 能模块的组合，通过加载与硬件无关的软件，完成航空电子设备功 能。与传统联合式航电的多余度设计不同，IMA可以通过在模块化 的功能分区上加载相应的功能软件实现不同的航电功能，大大提高 了航电资源配置的灵活性。目前IMA系统主要通过采用通用资源管 理系统进行模块化航电系统资源的管理，通过预先加载多套航电系 统配置方案来实现航电功能的切换和系统功能的备份保护，但其缺 点是只能处理预先设置的任务或是对可预测的系统资源失效进行 防护，而难以完成复杂的飞行任务，也难以抵御非预期的功能失效 状况，从而给飞机的安全性带来了隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种综合模块化航 电系统重构决策系统及决策方法。

为了达到上述目的，本发明提供的综合模块化航电系统重构决 策系统包括：决策信息采集模块、重构触发模块、重构决策模块、 告警模块和配置执行模块；其中：决策信息采集模块与重构触发模 块连接，重构触发模块与重构决策模块连接，重构决策模块分别与 告警模块和配置执行模块相连接。

所述的决策信息采集模块包含飞行任务管理模块、飞行状态监 控模块和系统健康状态监控模块，其中：飞行任务管理模块、飞行 状态监控模块和系统健康状态监控模块分别与重构决策模块相连 接；飞行任务管理模块管理飞机本次飞行须执行的飞行任务，根据 当前时间、所处位置信息判断当前飞行任务和将要执行的飞行任 务；飞行状态监控模块监视飞机所处的飞行阶段；系统健康状态监 视模块负责监控航电系统各分区、各模块的健康状况，判别当前系 统配置状态是否能够完成相应系统功能。

所述的重构决策模块包括态势判断模块、资源配置模块和配置 检查模块，其中态势判断模块与资源配置模块连接，资源配置模块 与配置检查模块连接，资源配置模块和配置检查模块分别与告警模 块连接，配置检查模块与配置执行模块相连接；态势判断模块根据 重构触发模块收集的数据判断系统要进行的重构策略；资源配置模 块根据可用的航电系统资源、飞行任务需求和飞行阶段以及重构策 略选择资源配置方案，若当前资源不能满足需求，则输出告警信号， 若资源可用将配置方案输出给配置检查模块；配置检查模块需要根 据系统的安全性需求边界判断配置方案的可用性，配置不可用则将 限制条件反馈给资源配置模块重新进行配置方案选择，对于合理的 配置方案输出给配置执行模块，若重构方案是系统降级方案，还需 输出告警信号。

本发明提供的综合模块化航电系统重构决策系统的决策方法 包括按顺序执行的下列步骤：

步骤一：重构触发模块监视决策信息采集模块产生的数据，判 断是否有重构需求触发数据产生，若产生重构需求触发数据，则将 决策信息采集模块的输出数据进行指定格式转化，并向重构决策模 块传递；

步骤二：重构决策模块收到重构触发模块的数据后，由其上的 态势判断模块对其进行分析，根据重构需求和系统可用资源选择不 同的重构策略；对于飞行任务切换引起的重构需求，按照当前任务 与目标任务间的差异选择需重构的航电功能和资源，选用预先配置 重构策略，重构时间选择为目标任务执行前；对于资源失效引起的 重构需求，判断失效功能的重要程度和失效范围，对于关系到飞行 安全的航电功能失效，则需在系统恢复允许时间内进行重构，采用 优先级策略，对影响飞行安全的功能进行优先重构，必要时选择降 级重构，并向告警模块发送告警信息；对于不影响飞行安全的航电 功能失效，则选择尽力而为的重构策略；

步骤三：资源配置模块根据态势判断模块的决策结果对系统各 功能进行资源分配方案的选择，若当前资源条件不足以满足重构需 求，对于预先配置重构策略和优先级重构策略，则向告警模块输出 告警信息，提示机组人员进行手动操作，对于尽力而为重构策略， 则放弃重构，仅向告警模块输出告警信息；若当前资源能够满足重 构需求，则将配置方案传输给配置检查模块进行安全性分析和可用 性分析，不满足安全性和可用性的方案将传回资源配置模块进行方 案重新选择；满足安全性和可用性需求的方案传递给配置执行模 块；

步骤四：配置执行模块根据重构决策模块输出的系统重构方案 进行资源重构的预配置，在重构方案中的重构时间到来时，将配置 信息加载到IMA各分区，完成系统重构。

本发明具有的优点在于：

（1）本发明提供的综合模块化航电系统重构决策系统及决策 方法，考虑到IMA系统不同的重构需求，针对不同的重构需求和资 源条件选择不同的重构策略，增强了飞机航电系统应对不同飞行任 务的能力，提高了飞机航电系统应对不同种类资源失效的能力，提 高了飞行安全。

（2）本发明提供的综合模块化航电系统重构决策系统及决策 方法，在重构方案选择时，提供了重构方案的安全性评估和可用性 评估，提高了重构后系统的安全性；

（3）本发明提供的综合模块化航电系统重构决策系统及决策 方法，对高安全性需求的航电功能和低安全性需求的航电功能采用 不同的重构策略，在高安全性航电功能失效时允许系统进行降级重 构，扩大了高安全性需求航电功能的可用重构资源范围，可进一步 提高重构对系统安全性的保障。

附图说明

图1为本发明提供的综合模块化航电系统重构决策系统的结构 示意图。

图2为本发明提供的综合模块化航电系统重构决策系统的重构 决策触发过程流程图。

图3为本发明提供的综合模块化航电系统重构决策系统的系统 重构决策流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的综合模块化航电 系统重构决策系统及决策方法进行详细说明。

本发明提供的综合模块化航电系统重构决策系统，为综合模块 化航空电子系统重构的控制决策部分。

如图1所示，本发明提供的综合模块化航电系统重构决策系统 包括：决策信息采集模块1、重构触发模块2、重构决策模块3、告 警模块4和配置执行模块5；其中：决策信息采集模块1与重构触 发模块2连接，重构触发模块2与重构决策模块3连接，重构决策 模块3分别与告警模块4和配置执行模块5相连接。

所述的综合模块化航电系统重构决策系统可用于所有符合 ARINC653标准的IMA系统，所述的综合模块化航电系统重构决策 系统所用于的IMA系统可包含1-999个分区，IMA系统所包含的航 电功能可包括：飞行控制系统、飞行管理系统、导航系统、避撞系 统、综合显示系统等。

所述的决策信息采集模块1包含飞行任务管理模块101、飞行 状态监控模块102和系统健康状态监控模块103，其中：飞行任务 管理模块101、飞行状态监控模块102和系统健康状态监控模块103 分别与重构决策模块3相连接；飞行任务管理模块101管理飞机本 次飞行须执行的飞行任务，根据当前时间、所处位置等信息判断当 前飞行任务和将要执行的飞行任务；飞行状态监控模块102监视飞 机所处的飞行阶段，包括起飞、巡航、降落、雷电区避让等；系统 健康状态监视模块103负责监控航电系统各分区、各模块的健康状 况，判别当前系统配置状态是否能够完成相应系统功能。

所述的重构触发模块2根据决策信息采集模块输出的数据判断 是否需要执行系统重构。

所述的重构决策模块3包括态势判断模块301、资源配置模块 302和配置检查模块303，其中态势判断模块301与资源配置模块 302连接，资源配置模块302与配置检查模块303连接，资源配置 模块302和配置检查模块303分别与告警模块4连接，配置检查模 块303与配置执行模块5相连接；态势判断模块301根据重构触发 模块2收集的数据判断系统要进行的重构策略，包括：飞行任务切 换重构、资源失效部分重构、资源失效降级重构等；资源配置模块 302根据可用的航电系统资源、飞行任务需求和飞行阶段以及重构 策略选择资源配置方案，若当前资源不能满足需求，则输出告警信 号，若资源可用将配置方案输出给配置检查模块303；配置检查模 块303需要根据系统的安全性需求边界判断配置方案的可用性，配 置不可用则将限制条件反馈给资源配置模块重新进行配置方案选 择，对于合理的配置方案输出给配置执行模块5，若重构方案是系 统降级方案，还需输出告警信号。

所述的告警模块4，用于完成对机组任务的警示功能，其警示 内容包括：自动配置方案无法实现系统重构，请机组人员采取手动 操作；系统完成降级重构，请机组成员按照飞行手册执行降级相关 的飞行操作。

所述的配置执行模块5，用于按照重构决策模块3输出的系统 重构决策方案对系统资源进行配置。

本发明提供的综合模块化航电系统重构决策方法包括按顺序 执行的下列步骤：

步骤一：重构触发模块2监视决策信息采集模块1产生的数据， 判断是否有重构需求触发数据产生，如图2所示，若产生重构需求 触发数据，如飞行任务切换，航电部件失效，飞行阶段变换等，则 将决策信息采集模块1的输出数据进行指定格式转化，并向重构决 策模块3传递；

步骤二：重构决策模块3收到重构触发模块2的数据后，由其 上的态势判断模块301对其进行分析，根据重构需求和系统可用资 源选择不同的重构策略；对于飞行任务切换引起的重构需求，按照 当前任务与目标任务间的差异选择需重构的航电功能和资源，选用 预先配置重构策略，重构时间选择为目标任务执行前；对于资源失 效引起的重构需求，判断失效功能的重要程度和失效范围，对于关 系到飞行安全的航电功能失效，则需在系统恢复允许时间内进行重 构，采用优先级策略，对影响飞行安全的功能进行优先重构，必要 时可选择降级重构，并向告警模块4发送告警信息；对于不影响飞 行安全的航电功能失效，则选择尽力而为的重构策略；

步骤三：资源配置模块302根据态势判断模块301的决策结果 对系统各功能进行资源分配方案的选择，若当前资源条件不足以满 足重构需求，对于预先配置重构策略和优先级重构策略，则向告警 模块4输出告警信息，提示机组人员进行手动操作，对于尽力而为 重构策略，则放弃重构，仅向告警模块4输出告警信息；若当前资 源可以满足重构需求，则将配置方案传输给配置检查模块303进行 安全性分析和可用性分析，不满足安全性和可用性的方案将传回资 源配置模块302进行方案重新选择；满足安全性和可用性需求的方 案传递给配置执行模块5；

步骤四：配置执行模块5根据重构决策模块3输出的系统重构 方案进行资源重构的预配置，在重构方案中的重构时间到来时，将 配置信息加载到IMA各分区，完成系统重构。

图3为本发明提供的综合模块化航电系统重构决策系统的系统 重构决策流程图。

针对现有技术中存在的问题，本发明提供的综合模块化航电系 统重构决策系统及决策方法，可以根据不同的飞行任务、飞行阶段、 飞机健康状况等标准进行系统重构时机的判别，重构资源配置范围 和配置方式的确定，以及配置方案合理性检查，以实现完成不同任 务、抵御资源失效的目的，克服传统资源配置方法难以完成复杂任 务的缺点，提高了系统构型的灵活程度和系统资源的利用率，同时 对于不同安全关键等级的应用进行不同程度的安全性保护，提高了 系统整体的安全性。