技术领域
[0001] 本
发明涉及综合航电、模拟仿真和
软件工程领域，具体而言，涉及一种结构清晰、隔离度较好的基于组件建模的综合航电模拟训练系统架构。
背景技术
[0002] 随着军事智能化应用的迅猛发展，现代飞机航空
电子系统设备、功能不断增多，交联信息成几何级数增长，导致系统设计与综合的实现越来越复杂，而基于软件无线电的开放架构、信息化和综合化技术在四代战机上已得到广泛应用，并很好的解决了综合化问题，进而能够承担更加复杂、多样的飞行任务。
[0003] 飞机装备部队时各种战术性能和技术性能都符合技术要求，但在使用过程中，由于飞机机件和部件的磨损老化以及外部环境因素，导致飞机技术状态随之改变，这就需要外场维护，而且外场维护的
水平和效率直接关系着现代化空军的快速反应能
力，也直接影响着部队的战斗力水平。新一代飞机，航电系统集成化程度高、技术复杂，为此需要有与之相适应的现代化培训手段。目前，已经研制成功的综合航电模拟训练系统虽然能够解决一部分培训难题，但只能针对特定机型、特定科目、特定操作开展，扩展性较差，跟不上装备的升级换代速度。因此，迫切需要一个开放性、模块化架构以支持规范的敏捷设计和开发，从而提高系统的自适应性、动态性和演进性。这样才能
支撑在较长时间内的需求变化和电子技术迅速发展带来的航电设备升级换代能力需求。
[0004] 为了解决上述
现有技术中的问题，本发明一种基于组件的模块化综合航电模拟训练系统架构，该架构具有开放性、普适性、易扩展性等特点，适用于相关航空平台模拟训练系统的构建。
发明内容
[0005] 本发明旨在解决现有技术中综合航电模拟训练系统扩展性较差，跟不上装备的升级换代速度的问题。本发明提供一种基于组件的模块化综合航电模拟训练系统架构。该综合航电模拟训练系统设置为将目标识别探测、武器控制、通信导航、显示控制、雷达、电子对抗和作战任务管理的功能综合于一体，将分系统连接成信息网络实现通信。因此本发明能够解决现有技术的扩展性差问题。本发明提供的综合航电模拟训练系统具有开放性、普适性、易扩展性等特点，适用于相关航空平台模拟训练系统的构建。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明第一方面提出一种基于组件建模的综合航电模拟训练系统架构，包括：
[0007] 所述综合航电模拟训练系统设置为将目标识别探测、武器控制、通信导航、显示控制、雷达、电子对抗和作战任务管理的功能综合于一体，将分系统连接成信息网络实现通信；
[0009] (1)独立组件由它们的
接口完全定义，组件接口与组件实现之间被明确分离，用一种方法实现组件代替其他的实现系统不发生任何改变；
[0010] (2)组件标准包含在组件模型中，如果组件构造符合标准，则组件操作独立于编程语言，即不同语言编写的组件可集成在同一个系统中使用；
[0011] (3)
中间层为组件集成提供软件支持，所述中间层处理低层的问题，允许用户集中处理与应用相关的问题。
[0012] 所述综合航电模拟训练系统采用分布式架构进行搭建以满足组件建模条件和远程登录及多用户协同，所述架构设置为Web服务部署在高性能
服务器上，并通过SLB实现负载均衡，满足分布式系统在训练、考核场景下对资源弹性调整的需求；Cache Server采用两台高配内存Redis构建；多媒体、文档及视频的非结构化数据采用对象存储服务器进行存储；
数据库采用一主两备的3套Mysql组成数据库集群，可实现分布式读写分离；
[0013] 基于分层思想的B/S分布式架构，包括表现层、Web层、Service层和数据库服务层；其中，
[0014] 所述表现层用于客户端的操作响应及显示；所述Web层作为
控制器，用于对逻辑进行配置；所述Service层用于管理事务；所述数据库服务层用于实现数据持久化和存储；
[0015] 所述综合航电模拟训练系统根据功能不同分解为多个子系统，一个子系统为一个独立组件，所述子系统分解方式为：不同子系统之间松耦合，同一子系统的各个子功能高内聚，所述子系统只实现其特有的功能，且各功能独立于其他子系统；每个子系统为一个单独的控制台应用程序，启动后以服务的形式独立运行，包括启动文件、配置文件、逻辑处理模块和日志模块，子系统之间通过总线调用的方式进行数据交互；
[0016] 单个组件设置为，所述综合航电系统的各个组件以组件库的形式存在，每个组件独立运行，并通过类库的形式加载到系统；所述组件包括三部分，输入参数、逻辑处理和输出参数；所述组件根据执行情况分为两种：(i)在
指定时间段运行；(ii)启动后一直运行；但无论属于哪种情况，只要组件接收到执行指令都会先加载配置文件，然后从参数池中的Get模块获取所需的内部参数，待参数匹配且完成自身功能逻辑处理后，进行组件内部数据输出操作，即直接将数据送入参数池中的Set模块供显控或其他组件调用；
[0017] 组件与组件之间的通信设置为，为了统一管理各组件且降低组件之间的复杂交联关系，所述综合航电系统组件之间通过中间层完成协同调度，数据池实现参数信息共享；中间层的协同调度过程设置为：假设组件B执行前需要组件A的数据，中间层会根据逻辑顺序先执行组件A，当组件A执行结束后，用输出参数更新数据池；然后再启动组件B，组件B执行时直接调取数据池所需的参数完成组件内部逻辑处理，待处理结束后，将输出参数反馈给数据池；
[0018] 组件与系统之间通信设置为，用户通过模拟座舱按键及参数状态变化向组件发送运行指令，指令经过
过滤器判别后到达组件层，组件在执行过程中自动读取配置文件及数据池数据，然后经过组件内部逻辑处理后，将结果反馈给数据池，系统显控画面自动跳转，模拟座舱状态自动更新。即实现组件与系统的数据交互。
[0019] 可选地，所述组件由自身定义的接口决定，且接口定义和实现隔离开；每个组件包括3部分，需要接口、提供接口和自身逻辑处理。
[0020] 可选地，单个组件的设置包括，输入参数的来源、输出参数的去向以及自身逻辑处理分为几个独立的功能模块。
[0021] 可选地，组件之间的交联通过设置中间层实现组件之间的协同调度。
[0022] 可选地，组件与系统之间的交联设置为组件在系统中以组件库的形式存在，通过系统外部命令调用相关组件进而改变显控画面和座舱状态。
[0023] 通过以上系统架构，能够支撑在较长时间内的需求变化和电子技术迅速发展带来的航电设备升级换代能力需求。因此本发明能够解决综合航电模拟训练系统适应性不高，扩展性不好的问题。
附图说明
[0024] 为了使本发明所解决的技术问题、采用的技术手段及取得的技术效果更加清楚，下面将参照附图详细描述本发明的具体
实施例。但需
声明的是，下面描述的附图仅仅是本发明的示例性实施例的附图，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
[0025] 图1示出了根据本发明实施例的一种基于组件建模的综合航电模拟训练系统架构的示意图。
[0026] 图2示出综合航电系统功能的集成性的示意图。
[0027] 图3示出组件接口的示意图。
[0028] 图4示出系统总体架构的示意图。
[0029] 图5示出基于B/S的分布式架构的示意图。
[0030] 图6示出组件之间的交联的示意图。
[0031] 图7示出组件与系统的交联关系的示意图。
具体实施方式
[0032] 现在将参考附图来更加全面地描述本发明的示例性实施例，虽然各示例性实施例能够以多种具体的方式实施，但不应理解为本发明仅限于在此阐述的实施例。相反，提供这些示例性实施例是为了使本发明的内容更加完整，更加便于将发明构思全面地传达给本领域的技术人员。
[0033] 在符合本发明的技术构思的前提下，在某个特定的实施例中描述的结构、性能、效果或者其他特征可以以任何合适的方式结合到一个或更多其他的实施例中。
[0034] 在对于具体实施例的介绍过程中，对结构、性能、效果或者其他特征的细节描述是为了使本领域的技术人员对实施例能够充分理解。但是，并不排除本领域技术人员可以在特定情况下，以不含有上述结构、性能、效果或者其他特征的技术方案来实施本发明。
[0035] 附图中的
流程图仅是一种示例性的流程演示，不代表本发明的方案中必须包括流程图中的所有的内容、操作和步骤，也不代表必须按照图中所显示的顺序执行。例如，流程图中有的操作/步骤可以分解，有的操作/步骤可以合并或部分合并，等等，在不脱离本发明的发明主旨的情况下，流程图中显示的执行顺序可以根据实际情况改变。
[0036] 附图中的
框图一般表示的是功能实体，并不一定必然与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个
硬件模块或集成
电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或
微控制器装置中实现这些功能实体。
[0037] 各附图中相同的附图标记表示相同或类似的元件、组件或部分，因而下文中可能省略了对相同或类似的元件、组件或部分的重复描述。还应理解，虽然本文中可能使用第一、第二、第三等表示编号的定语来描述各种器件、元件、组件或部分，但是这些器件、元件、组件或部分不应受这些定语的限制。也就是说，这些定语仅是用来将一者与另一者区分。例如，第一器件亦可称为第二器件，但不偏离本发明实质的技术方案。此外，术语“和/或”、“及/或”是指包括所列出项目中的任一个或多个的所有组合。
[0038] 图1示出了根据本发明实施例的一种基于组件建模的综合航电模拟训练系统架构的示意图。
[0039] 该综合航电模拟训练系统架构包括数据层，UI，逻辑层，数据池，中间层和飞机组件库。其中，数据层包括人员信息数据库，多媒体数据库，科目数据库，操作信息数据库。UI包括PC端，和实体舱段，其中PC端包括学员端，教员端，管理员端。实体舱端包括学员端。PC端与逻辑层通过操作
请求Request交互通信。实体舱通过软硬件接口与逻辑层进行操作请求Request和操作响应Response。之后，操作请求通过数据层的科目数据库到达动作过滤器Action Filter。操作信息数据库进行动作分解，经过动作过滤器进行动作判定。经过操作请求和动作过滤器的数据信息到达数据池，之后再到中间层执行组件接入机制，对飞机组件库进行操作。
[0040] 综合航电系统将目标识别探测、武器控制、通信导航、显示控制、雷达、电子对抗和作战任务管理等功能综合于一体，将分系统连接成信息网络实现通信。所以，构建纯软件平台或基于嵌入式的综合航电模拟训练系统并非易事，应有合理的
框架结构才能满足需求。图2示出综合航电系统功能的集成性。由图2可知，集成性随时间的推移而增加。随着系统
数据处理方法的不断改进和
数据总线不断增宽，整个系统的集成更加突出、功能更加复杂、功能之间的界限更加模糊、子系统的共享数据更多。因此，开放性综合航电系统架构需求更加凸显。
[0041] 面向对象的封装、继承和多态三大特征决定了其在软件开发中的优势，但是单个对象类有太多细节且太特殊，通常需要在编译时与应用动态绑定，这就要求开发者必须对类进行详细了解才能应用，即掌握类的源代码。而组件是比对象更高层次的抽象，是一个软件单元，它的功能和可依赖性完全由一套公共接口定义，所有的实现细节对其他组件是隐藏的。因此，基于组件的软件工程(Component Based Software Engineering，CBSE)更加适用于综合化的航电系统。
[0042] 基于组件的软件工程的要素有：
[0043] (1)独立组件由它们的接口完全定义。意味着组件接口与组件实现之间被明确分离开来，用一种方法实现组件代替其他的实现，系统不发生任何改变；
[0044] (2)组件标准使组件集成变得更加容易。这些标准包含在组件模型中，如果组件构造符合标准，则组件操作独立于编程语言，即不同语言编写的组件可集成在同一个系统中使用；
[0045] (3)中间层为组件集成提供软件支持。中间层可以有效地处理底层的问题，允许用户集中处理与应用相关的问题。
[0046] 图3示出组件接口的示意图。由图3可知，组件可看成独立的服务供应者。当系统需要某一服务时，会调用提供相应服务的组件。组件所提供的服务可以通过其接口得到，而且所有的交互都是通过接口实现的。组件接口表现为参数化的过程，其内部状态并不暴露。
[0047] 组件有两种关联接口，提供接口和需要接口。提供接口，定义了组件所提供的服务，它定义了组件用户可以调用的方法。需要接口，如果一个组件要进行正确的操作，指定系统其他组件必须提供哪些服务。如果这些服务不能实现组件将无法工作。但并不影响组件的独立性和部署性，因为需要接口没有定义如何提供这些服务。
[0048] 为了满足组件建模条件，同时考虑到远程登录及多用户协同，系统采用分布式架构进行搭建。架构的基本思想是：Web服务部署在高性能服务器上，并通过SLB(Server Load Balancer)实现负载均衡，满足分布式系统在训练、考核场景下对资源弹性调整的需求。Cache Server采用两台高配内存Redis构建，满足应用对快速读写的需求。多媒体、文档及视频等非结构化数据则采用对象存储服务器进行存储。数据库采用一主两备的3套Mysql组成数据库集群，可实现分布式读写分离。
[0049] 图4示出系统总体架构的示意图。采用分层设计思想，将系统分为存储层、中间层、逻辑层和UI层。存储层实现飞机数据，考核、
训练数据以及教学媒体数据的永久性存储；中间层用于屏蔽底层设备以及实现子系统之间的数据共享；逻辑层完成用户操作的逻辑处理；UI层实现友好
人机交互。
[0050] 图5示出基于B/S的分布式架构的示意图。图5是采用B/S架构对图4做进一步细化。说明各层具体的任务以及涉及的相关技术。
[0051] 本发明采用基于分层思想的B/S分布式架构，主要包含表现层、Web层、Service层和数据库服务层。表现层主要用于客户端的操作响应及显示；Web层作为控制器，便于对逻辑进行配置；Service层可以方便的管理事务；数据库服务层专注于实现数据持久化和存储，数据库的读写是一个耗时、耗资源的操作，当大量用户同时直接
访问数据库的时候，效率将迅速下降，如果将数据持久化就不需要每次从数据库读取数据，直接在内存中对数据进行操作，这样可以节约数据库资源，而且能够大大加快系统的反应速度。
[0052] 综合航电系统根据其功能不同可分解为多个子系统，一个子系统为一个独立组件，子系统分解准则为：不同子系统之间松耦合，同一子系统的各个子功能高内聚。因此，子系统只实现其特有的功能，且各功能相对其他子系统独立。
[0053] 每个子系统为一个单独的控制台应用程序(启动后以服务的形式独立运行)，包含启动文件、配置文件、逻辑处理模块和日志模块，子系统之间通过总线调用的方式进行数据交互。
[0054] 单个组件的设计。该系统的各个组件以组件库的形式存在，每个组件可独立运行，并通过类库的形式加载到系统。组件包含三部分，输入参数(需要接口)、逻辑处理和输出参数(提供接口)。组件根据执行情况可分为两种：(i)在指定时间段运行(如，EW组件开启后执行300s，然后自行关闭)；(ii)启动后一直运行(如，CNI组件)。但无论属于哪种情况，只要组件接收到执行指令都会先加载配置文件，然后从参数池中的Get模块获取所需的内部参数(如，INS组件需要无线电高度、塔康方位等参数)，待参数匹配且完成自身功能逻辑处理后，进行组件内部数据输出操作，即直接将数据送入参数池中的Set模块供显控或其他组件调用。
[0055] 图6示出组件之间的交联的示意图。组件与组件之间不是直接调用，而是通过中间层完成协同调度，并通过数据池实现信息共享。
[0056] 组件与组件之间的通信。为了统一管理各组件且降低组件之间的复杂交联关系，本系统组件之间不采用直接调用的设计思想，而是通过“中间层”完成协同调度，“数据池”实现参数信息共享。中间层的协同调度过程如下：假设组件B执行前需要组件A的数据，中间层会根据逻辑顺序先执行组件A，当组件A执行结束后，用输出参数更新数据池。然后再启动组件B，组件B执行时可直接调取数据池所需的参数完成组件内部逻辑处理，待处理结束后，将输出参数反馈给数据池。
[0057] 图7示出组件与系统的交联关系的示意图。由图7可知，组件是以“组件库”的形式存在，系统如同调用服务一样使用组件，并不需要关心其实现细节。
[0058] 组件与系统之间的通信。用户通过模拟座舱按键及参数状态变化向组件发送运行指令，指令经过过滤器判别后到达组件层，组件在执行过程中自动读取配置文件及数据池数据，然后经过组件内部逻辑处理后，将结果反馈给数据池，系统显控画面自动跳转，模拟座舱状态自动更新。即实现组件与系统的数据交互。
[0059] 可选地，组件由自身定义的接口决定，且接口定义和实现隔离开。因此，基于组件建模的系统扩展性较好，能够在原来
基础上快速适应装备的升级换代。每个组件都包含3部分，需要接口、提供接口和自身逻辑处理，即遵循一定的标准，所以组件建模满足开放性要求。基于组件建模的系统架构需考虑3个问题：单个组件的设计、组件之间的交联、组件与系统之间的交联。
[0060] 可选地，单个组件的设计需要明确输入参数的来源、输出参数的去向以及自身逻辑处理可分为几个独立的功能模块等。
[0061] 可选地，组件之间的交联不能按照传统形式直接调用，这样会形成全网状的调用关系，导致系统不稳定，即只要有一个组件加入或撤离都会改变整个系统的调用关系，因此必须设计“中间层”实现组件之间的协同调度。
[0062] 可选地，组件与系统之间的交联。组件在系统中以“组件库”的形式存在，通过系统外部命令调用相关组件进而改变显控画面和座舱状态。
[0063] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0064] 本发明的基于组件建模的综合航电模拟训练系统架构将飞机子系统划分成独立的组件，组件通过接口与外界交互，组件内部完成自身逻辑处理；组件之间使用“中间层”完成协同调度，“数据池”实现信息共享；组件与系统之间通过座舱按键或状态改变完成交互。基于组件的系统建模隔离度较好，因此系统具有开放性、普适性、动态性等特点，对未来多功能、集成化的航电模拟训练系统的建立具有重要指导意义。
[0065] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行进一步详细说明，应理解的是，本发明不与任何特定计算机、虚拟装置或者电子设备固有相关，各种通用装置也可以实现本发明。以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
