民用飛機(jī)慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)功能建模研究

劉利朝　鄭智明

摘 要：民用飛機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，通過功能建?？梢泽w現(xiàn)系統(tǒng)功能的追溯性和交聯(lián)關(guān)系。EA軟件可以完成從需求收集到模型設(shè)計(jì)到測(cè)試和維護(hù)的整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)過程。該文以EA為平臺(tái)詳細(xì)分析了慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)的功能建模過程，建立了功能層級(jí)圖和數(shù)據(jù)流圖，對(duì)慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作有重要的參考意義。

關(guān)鍵詞：慣性基準(zhǔn)系統(tǒng) 功能建模 功能分解

中圖分類號(hào)：V214 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）11（c）-0043-02

慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)（Inertial Reference System，IRS）作為一種高精度的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)在現(xiàn)代大型民用飛機(jī)上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在早期的飛機(jī)系統(tǒng)研制和設(shè)計(jì)過程中，通過功能建模的手段不僅可以清楚地呈現(xiàn)慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)與飛機(jī)各系統(tǒng)的交聯(lián)關(guān)系，使得系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的追溯關(guān)系清晰、完整。同時(shí)功能建模過程中系統(tǒng)功能的迭代和嵌套可以作為飛機(jī)后續(xù)詳細(xì)設(shè)計(jì)階段參考。

基于以上分析，該文以EA軟件作為功能建模平臺(tái)，論述了飛機(jī)慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)的功能建模方法。

1 功能分解

飛機(jī)級(jí)功能主要來源于市場(chǎng)需求和飛機(jī)的操作理念。進(jìn)行飛機(jī)級(jí)功能的定義和分解時(shí)一般要遵循以下原則：（1）以需求為牽引，從上級(jí)功能分解到下級(jí)功能，以下級(jí)功能支撐上級(jí)功能；（2）確保功能的完整性；（3）盡量減少功能的重疊和交叉；（4）盡量提升功能級(jí)別，減少功能層次；（5）應(yīng)將功能分解到合適的層次，便于進(jìn)行飛機(jī)級(jí)的功能危害性分析。

根據(jù)功能分解的一般原則，可以將飛機(jī)的功能按照基礎(chǔ)功能、主要功能，功能、子功能的層級(jí)順序進(jìn)行逐步分解，最終分配到責(zé)任系統(tǒng)。根據(jù)飛機(jī)級(jí)功能定義，最終有3項(xiàng)飛機(jī)級(jí)子功能分配到IRS，分別是：提供姿態(tài)、提供航向和提供位置，其追溯過程如下。

“從起點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)”功能定義為：首先要提供導(dǎo)航和導(dǎo)引，明確目前的位置并指示設(shè)定軌跡，然后控制飛機(jī)的姿態(tài)、速度、高度及其他相關(guān)功能，使飛機(jī)沿預(yù)定軌跡飛行。此功能分解為“控制飛機(jī)”和“導(dǎo)航與導(dǎo)引功能”兩個(gè)主要功能。

“控制飛機(jī)”即通過控制飛機(jī)的系統(tǒng)或部件，使飛機(jī)以預(yù)定的姿態(tài)、速度、高度等，完成在空中和地面的運(yùn)動(dòng)，可以分解為：“為控制飛機(jī)提供信息”的功能，繼而分解出“提供姿態(tài)”的子功能。

“導(dǎo)航與導(dǎo)引”即提供飛機(jī)在地球坐標(biāo)系的位置信息，為自動(dòng)飛行系統(tǒng)提供導(dǎo)引指令信息。包括導(dǎo)航和導(dǎo)引功能，導(dǎo)航功能可以分解出“提供航向”和“提供位置”的子功能。

2 EA建模

2.1 建模目標(biāo)

EA是一個(gè)基于UML的設(shè)計(jì)和分析工具，通過EA可以完成從需求收集到模型設(shè)計(jì)到測(cè)試和維護(hù)的整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)過程，而且使整個(gè)系統(tǒng)建模具有可追溯性。

該文主要通過功能層級(jí)圖（BDD）和數(shù)據(jù)流圖（IBD）的建模以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中輔助實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：（1）確保系統(tǒng)的架構(gòu)可以完成飛機(jī)任務(wù)；（2）確保所有航線可更換元件（LRU）的接口被明確定義；（3）確保系統(tǒng)架構(gòu)滿足安全性和可靠性要求。

2.2 功能層級(jí)圖

根據(jù)系統(tǒng)的功能分解和IRS的功能追溯過程，在系統(tǒng)建模過程中通過單元框來代表特定功能，通過系統(tǒng)的功能分解過程，可以建立IRS的功能層級(jí)圖。功能層級(jí)圖可以用來捕獲所有相關(guān)系統(tǒng)的功能，并將其按分組形式進(jìn)行管理以確保所有功能不遺漏且不重復(fù)。根據(jù)功能分解過程，圖1給出了IRS的功能層級(jí)圖。

2.3 數(shù)據(jù)流圖

通過IBD可以建立IRS的各個(gè)功能與其他系統(tǒng)功能之間的數(shù)據(jù)接口，同時(shí)可以驗(yàn)證每個(gè)功能所具有的數(shù)據(jù)的完整性。功能端口用來定義數(shù)據(jù)流的輸入或輸出，命名規(guī)則為： p代表數(shù)據(jù)端口，i/o代表數(shù)據(jù)輸入或輸出，XXXData代表具體數(shù)據(jù)信息。例如：poAttitudeData表示輸出姿態(tài)數(shù)據(jù)的端口。

2.3.1 提供姿態(tài)

IRS的提供姿態(tài)功能與其他系統(tǒng)的功能交聯(lián)關(guān)系包括：輸出姿態(tài)信息給指示記錄系統(tǒng)作為主要飛行信息進(jìn)行顯示；輸出姿態(tài)信息給飛行管理系統(tǒng)（FMS）用于實(shí)現(xiàn)飛行計(jì)劃、導(dǎo)航計(jì)算、水平和垂直導(dǎo)引、軌跡預(yù)測(cè)和性能管理和所需到達(dá)時(shí)間（RTA）功能；輸出姿態(tài)信息給綜合監(jiān)視系統(tǒng)（ISS）用以實(shí)現(xiàn)地形預(yù)測(cè)告警、氣象信息和預(yù)測(cè)型風(fēng)切變告警、交通防撞、應(yīng)答機(jī)、廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視發(fā)送和接收功能；輸出姿態(tài)信息給自動(dòng)飛行系統(tǒng)（AFCS）用于實(shí)現(xiàn)飛行導(dǎo)引和控制功能功能；輸出姿態(tài)信息給飛控系統(tǒng)用于在三軸方向控制飛機(jī)。

2.3.2 提供航向

IRS的提供航向功能與指示記錄系統(tǒng)的顯示功能、FMS、ISS、AFCS和飛控系統(tǒng)統(tǒng)的相關(guān)功用都有數(shù)據(jù)交互關(guān)系。與提供姿態(tài)功能比較，主要差異體現(xiàn)在為：FMS的所需到達(dá)時(shí)間功能實(shí)現(xiàn)不需要航向信息，飛控系統(tǒng)使用航向信息以控制飛機(jī)進(jìn)行滾轉(zhuǎn)、偏航。

2.3.3 提供位置

IRS的提供位置功能與其他系統(tǒng)的功能交聯(lián)關(guān)系包括：接收GNSS的位置信息進(jìn)行處理輸出高精度的組合位置信息給FMS和ISS，同時(shí)輸出位置信息給通信系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈通信功能。

3 結(jié)語(yǔ)

在飛機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行建模對(duì)后續(xù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有很大幫助。該文主要論述了IRS系統(tǒng)的功能分解過程，并以EA軟件為平臺(tái)建立了IRS的功能層級(jí)圖和功能數(shù)據(jù)流圖，體現(xiàn)了IRS功能的可追溯和功能之間的交互關(guān)系。

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