CAN总线在航空模块化综合系统中的应用

为满足航空模块化综合系统中对控制总线的需求,提出了采用现场控制总线CAN作为系统控制总线的方法。针对CAN总线在航空应用中存在的不支持总线冗余和消息时延不确定的不足,结合模块化系统的技术特征,通过制定系统的高层通信协议和冗余机制,成功实现了CAN总线在模块化系统中的工程实例应用,可为今后其它类似系统提供参考。

模块化综合系统的重构设计

航空电子的模块化综合是提升系统综合性能的重要途径之一,重构是模块化综合系统的关键技术。对模块化综合系统的两重构形态(故障重构和功能重构)进行了详细阐述,基于模块化综合系统的体系结构,以面向对象的系统分析方法,提出了一种重构的顶层设计、故障检测和隔离、重构逻辑的设计方法,并对重构的关键要素进行了系统性探讨。

基于深度强化学习的综合电子系统重构方法

重构作为综合模块化航空电子系统用来提高容错性和稳定性的常用手段,是指发生某一故障后,系统根据事先预设好的重构蓝图,通过一系列应用迁移动作从故障状态转为正常状态的过程。随着综合电子系统的功能多元化和结构复杂化,提高系统的容错性和稳定性显得至关重要。然而现有的人工重构和传统重构算法这两种重构配置蓝图设计方式难以保证综合电子系统的容错性和稳定性。本文针对综合电子系统故障情况,结合深度强化学习算法,对重构蓝图的重构模型进行探索并提出基于优先经验回放的竞争深度Q网络算法(PEP_DDQN),通过优先经验回放机制和SUMTREE批量样本抽取技术提出基于深度强化学习的优先经验回放和竞争深度Q网络重构算法。实验表明,相较于传统强化学习Q-Learning算法和DQN算法实现的重构蓝图生成算法,所提出的PEP_DDQN算法能生成更高质量的蓝图并具有更高的收敛性能与更快的求解速度。

基于DDPG的综合化航电系统多分区任务分配优化方法

综合化航电系统(Integrated Modular Avionics,IMA)通过时空分区机制实现共享资源平台下的多航电功能集成,分区间的任务分配方法的优劣决定着航电系统的整体效能。针对航电任务集合在多分区内的分配调度问题,提出了一种基于深度强化学习的优化方法。构建了航电系统模型与任务模型,以系统资源限制与任务实时性需求为约束,以提高系统资源利用率为优化目标,将任务分配过程描述为序贯决策问题。引入马尔科夫决策模型,建立基于深度确定性策略梯度(Deep Deterministic Policy Gradient,DDPG)法的IMA任务分配模型并提出通用分配架构;引入状态归一化、行为噪声等策略训练技巧,提高DDPG算法的学习性能和训练能力。仿真结果表明,提出的优化算法迭代次数达到500次时开始收敛,分析800次之后多分区内驻留任务方案在能满足约束要求的同时,最低处理效率提升20.55%。相较于传统分配方案和AC(Actor-Critic)算法,提出的DDPG算法在收敛能力、优化性能以及稳定性上均有显著优势。

综合模块化航空电子系统安全分析的模型检测方法

综合模块化航空电子(IMA)系统可以在有效提高系统效率的同时减少资源的分配,但集成工作增加了系统的复杂性,同时使系统的故障在综合过程中传播到其他系统,这对系统的安全性也有很大的影响。传统的系统安全分析方法主要依赖于工程经验和个人技能,存在忽视系统故障状态和误判故障影响的局限性。为了解决该问题,提出了一种新的综合模块化航空电子系统安全分析方法——模型检测,使用遍历算法搜索所有系统状态。这种分析过程的使用在实现自动化的同时减少对工程经验的需求。该方法在综合模块化航空电子系统安全分析中的实用性得到验证,在系统需求规格的基础上给出了分析过程,利用模型检测工具NuSMV进行安全性分析。该方法能够自动识别出引起顶层事件的最小故障组合,从而达到传统故障树分析的目的,最终通过案例分析表明了该方法的实用性。

综合模块化航空电子系统构型管理功能设计

构型管理功能是飞机提高安全性的重要功能之一,由于综合模块化航空电子系统的架构特点,其构型管理功能除了要保证软硬件构型一致外,还需要考虑配置数据。本文分析了DO-297定义的构型管理功能设计要求后,针对不同配置数据的功能特点,把构型管理功能划分成配置数据生成、数据加载和兼容性校验三个步骤,并详细描述了各自的具体设计方案。该整体方案已在项目中成功应用。

综合模块化航电系统失效模型分析

通过分析对比联合式航电系统和综合模块化航电系统(IMA)的体系结构特征,针对系统的资源紧耦合特性建立了IMA系统功能层次化失效模型。按照失效模型分析的资源解耦需求,对IMA系统的功能和服务进行了划分,分析总结了IMA平台的5类功能模型以及11种系统服务模型。按照失效机理对失效模型进行了分类。采用提出的失效模型分析方法对通信功能进行了失效分析并给出了失效应对策略,表明了本方法针对IMA系统失效分析的有效性。

综合模块化航电系统驻留功能适航审定要求分析

综合模块化航电系统以功能分区的形式在资源共享平台上综合了多种航电功能,系统功能与硬件平台不再具有唯一对应性,给适航审定技术带来了困难。首先分析了综合模块化航电系统的特点和民机产品的适航方式,然后依据局方的相关技术标准文件,给出了综合模块化航电系统驻留功能的适航需求分析,最后总结了审定要素和评审要求分析。相关研究成果有助于解决功能-硬件分离的航电产品的取证问题,是对现有综合模块化航电系统审定体系的有效补充。

ARINC653分区操作系统在综合模块化航空电子系统中的应用

航空电子系统的综合模块化发展对软件系统提出了更高的要求。介绍了基于ARINC653软件规范的分区操作系统的原理、综合模块化航电系统的特点和需求,以该系统中显控子系统软件的设计为例,说明了ARINC653分区操作系统在综合模块化航电系统中的应用价值。

综合模块化航空电子系统标准述评

综合模块化航空电子系统(IMA)是航电系统的发展方向,其技术标准对新型军机、民机航电系统开发具有重要指导作用,阵风、F-22、F-35、A380、B787等飞机的航电系统均采用了其有关概念和技术。重点评述了ASAAC有关系统架构、系统软件、通信/网络、通用功能模块、封装等技术标准,以及ARINC等有关标准。

面向综合模块化航电系统的驻留应用开发平台设计

综合模块化航电系统采用时间和空间分区技术隔离不同的应用程序,驻留在分区中应用程序的开发依赖于符合ARINC 653及相关接口和通信规范的开发平台。通过移植传统操作系统的板级支持包和开发驱动程序,使得商业单板计算机C2K支持符合ARINC 653规范的VxWorks 653分区操作系统并提供AFDX网络接口,首次实现了基于商业单板计算机C2K的驻留应用开发平台,其主要功能和性能与目前主流的大型客机综合模块化航电系统相当,可用来支持驻留应用的开发和调试,大幅度降低了成本。

基于序贯博弈多智能体强化学习的综合模块化航空电子系统重构方法

动态重构是一种有效的综合模块化航空电子系统故障容错方法.重构蓝图定义了系统故障环境下的应用迁移与资源重配置方案,是以最小代价重构恢复系统功能的关键.在复杂多级关联故障模式下,如何快速自动生成有效重构蓝图是其难点.针对该问题,本文提出一种基于序贯博弈多智能体强化学习的综合模块化航空电子系统重构方法.该方法引入序贯博弈模型,将因受故障影响而需要迁移重构的应用软件定义为博弈中的智能体,根据应用软件优先级确定序贯博弈的顺序.针对序贯博弈过程中多智能体间竞争与合作的问题,算法使用强化学习中的策略梯度,通过控制与环境交互中的动作选择概率来优化重构效果.应用基于有偏估计的策略梯度蒙特卡洛树搜索算法更新博弈策略,解决了传统策略梯度算法震荡难收敛、计算耗时长问题.实验结果表明,与差分进化、Q学习等方法相比,所提算法的优化性能和稳定性均具有显著优势.

高速发展的新一代综合模块化航空电子系统

着重探讨和分析了国外最新一代军、民用飞机上使用的航空电子系统体系结构——综合模块化航空电子系统(IMA)。在讨论IMA概念和特征的基础上,重点分析了IMA体系结构实现过程中的关键技术。最后,分析和总结了未来军、民用航空电子系统的发展趋势。

综合模块化航空电子系统(IMA)适航认证研究

对综合模块化航空电子系统(IMA)相关适航标准进行了研究,分析了IMA系统适航认证四个阶段的任务,包括模块认可、应用软件/专用硬件的认可、IMA系统的认可、IMA系统的飞机级综合。自此基础上,总结了IMA系统的符合性验证程序,包括硬件模块测试、独立系统功能测试、IMA系统集成测试、机上地面试验和飞行试验,为IMA系统的适航认证提供思路。

综合模块化航空电子系统的BIT防虚警设计

针对现代综合模块化航电系统的机内测试(Built-in-Test,BIT)虚警问题,深入分析了其Ⅰ类和Ⅱ类BIT虚警的产生原因及机理。结合航电系统综合化、模块化的架构特点及其复杂性、层次性、相关性和不确定性的故障特征,从模块和系统两个层次提出了BIT虚警的技术解决措施以及全寿命周期需采取的设计手段。重点给出了一种基于模型的系统级BIT虚警识别算法,能依据测试性建模输出的D矩阵,分析测试之间相悖或相互佐证关系,识别虚警和确认真实的故障指示。最后,结合综合航电超短波功能进行了案例验证。

基于异步通信的综合模块化车辆电子系统软件重构

随着综合模块化车辆电子系统的逐步应用,需要进一步研究其中的系统管理及软件重构技术,以提高车辆的故障处理能力及系统可靠性水平。研究联合标准化航空电子系统架构委员会(ASAAC)航空电子系统标准中的系统管理技术,以此为基础针对车辆电子系统的特点设计及实现一种基于异步通信的系统管理及软件重构方案,给出系统管理配置的实例及系统管理软件、模块管理软件的详细说明,并在桌面和嵌入式环境下完成了试验验证。研究和试验结果表明,该方案可以有效地降低多处理模块ASAAC系统管理所使用的通信负荷,较好地应对应用软件异常退出、模块断网或断电、软件重复运行等车辆电子系统中的常见故障,能在这些有故障的情况下保证系统应用软件运行的可靠性和完备性。

综合模块化航电系统高安全性时间管理技术

综合模块化航电(IMA)系统中错误信息的传输漏洞会对飞机安全带来严重影响,为了提高IMA系统时间传输的完整性,使子系统能在确定的时间窗口内进行数据传输,提出了一种IMA系统高安全性时间管理技术;通过使用多个时间管理服务,建立每个子系统与时间管理服务的偏差表,确定其本地时间参考(LTR)和与之通信的每个远程子系统时间参考之间的关系;使驻留IMA的子系统具有高安全性时间同步机制,能够协调分离的驻留子系统共同安全地执行同一任务,满足IMA系统时间同步和安全性要求。

综合模块化航电系统性能退化Lévy模型

综合模块化航空电子系统(integrated modular avionics,IMA)是现代航空的核心系统之一,其性能状态对飞机的安全性有着重要的影响。针对IMA性能退化特性分析问题,首先依据IMA运行管理机制,在现有测点的基础上,遴选了间歇故障发生频次和功能完成时间作为表征IMA性能状态的健康特征参数。然后,根据IMA自身运行特点证明了IMA功能完成时间历程是一个Lévy过程。提出了IMA性能退化Lévy模型,构建了单因素影响和多因素综合影响的IMA性能退化模型。最后,搭建了IMA仿真平台,获取了IMA性能退化Lévy模型参数,仿真了IMA性能退化历程,验证了模型的有效性。

民用飞机综合模块化航电系统资源状态监控技术研究

随着处理器和机载嵌入式实时分区操作系统等相关技术的不断升级换代,IMA系统功能的集成度也越来越高,高集成度增加了系统资源分配的难度,需要通过对系统资源状态进行实时监控和分析进而不断优化系统配置。首先对IMA系统的分区特性进行了深入研究,基于探针插桩监控数据采集技术,提出了一种系统行为和时间资源状态监控的策略。研究了数据监控采集系统的软件架构,在此基础上设计和实现了系统行为监视器和时间资源监视器,并在某民机重点预研课题中进行了应用验证。结果表明,能够有效帮助应用开发者和系统综合者直观分析系统时间性能瓶颈,优化资源配置方案,实现计算资源的负载均衡。对IMA系统资源状态监控及资源配置优化具有一定的指导意义和实用价值。

综合模块化系统中的控制网络设计

本文针对综合模块化系统的特点和需求,提出了一种控制网络的设计方法,构建了分层结构的多总线控制网络,实现了综合化系统中控制指令与数据信息的可靠传输,为综合模块化系统设计提供了有力支撑,并在工程项目中得到成功应用。