IMA系统特定风险分析方法的研究

特定风险分析对飞机设计的安全性验证、提升改进等有十分重要的作用。在当今飞机系统功能设计过程中,引入了高度集成和复杂的IMA系统,IMA系统不同于传统飞机系统,是一个共享硬件和软件资源的通用处理平台,所以它与传统飞机系统特定风险的分析过程也具有一定的区别。本文件针对IMA系统特点,分析了IMA系统特定风险分析与传统飞机系统特定风险分析的区别,提出了一种通用的IMA系统特定风险分析方法。

IMA系统MOC6适航符合性验证方法研究

型号合格审查过程中,为了获得所需的证据资料以表明适航条款的符合性,申请人通常需要根据适航条款的具体要求选取其中的一种或多种组合的方式来满足条款的要求。本文根据IMA系统特点,提出了IMA系统MOC6适航符合性验证的方法和思路。

基于关联属性的民机IMA系统构型管理方法研究

构型管理在民机研制的全生命周期一直是一项必不可少的工作,它确保了飞机产品数据的完整性、一致性和可追溯性。基于在国内某型号民机研制阶段的IMA系统的构型管理工作,结合当前国内外民机构型管理现状,阐述了构型管理在民机研制过程中的必要性,分析了当前构型管理方法的不足之处,提出了一种基于关联属性的IMA系统构型管理方法,该方法定义了全新的以IMA为主体的构型视图,能够快速便捷地识别与IMA系统相关联的其他系统和相应的软件属性,大量减轻了构型管理人员软件装机前的确认和管理工作,也为适航提供了统一管理的方法,因此具有重要意义。

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。

新一代分布式IMA核心系统技术研究

为提高飞机作战能力和性能,IMA核心系统将应用于未来飞机的任务组织、功能集成和系统管理.在IMA系统、机载计算研究基础上,提出了一种以时间触发FC(TTFC)网络为统一数据网络的分布式模块化综合航空电子系统(DMIA)架构模型,结合IMA2G系统需求和组成特点分析,进行了新一代IMA核心系统的多核处理、TTFC网络、系统管理与重构关键技术及应用解决方案研究,并通过原型系统研制和试验进行了验证.结果表明:DMIA架构模型及关键技术性能满足系统需求,为新型飞机IMA系统研制奠定基础.

基于分布式IMA平台的系统健康管理的设计与实现

随着分布式综合模块化航电(分布式IMA)系统的深入应用,需要针对分布式IMA平台的健康监控、故障管理、系统容错重构、系统运行日志等健康管理能力进行进一步研究。本文深入研究了Vx Works653操作系统中的健康监控机制和ASAAC标准中的系统管理技术,以此为基础设计并实现了分布式IMA平台级和系统级的健康管理方案。在本文的方案中,对Vx Works653操作系统的健康监控机制进行改进,使其能够满足自定义的故障处理需求,将ASAAC标准中的系统管理技术和IMA系统内故障信息的收集相结合,实现了对IMA系统内各进程、各分区、各模块乃至整个IMA系统进行健康管理。

基于Harmony系统工程的IMA应用开发

介绍了结合Harmony系统工程(SE)建模方法进行综合模块化航空电子(IMA)系统应用的开发,采用Rhapsody Harmony框架作为系统设计工具,在IMA应用软件需求进行分析的基础上创建软件模型,对系统的用例图、活动图、时序图、内部块图以及状态图进行了分析.阐述了在软件模型的基础上,基于Vx Works 653操作系统(OS)的IMA应用开发过程,涉及到模块操作系统的构建、分区操作系统的构建、应用的构建以及综合的构建,其中,模块操作系统的构建涉及到核心操作系统Makefile的开发,分区操作系统的构建涉及到分区操作系统配置表以及其Makefile的开发,应用的构建涉及到应用源程序、应用配置表以及其Makefile的开发,综合的构建涉及到模块配置表以及其Makefile的开发,将应用加载到IMA模块上进行了功能测试,IMA应用运行状态与Harmony软件模型行为一致.

IMA通信系统中的层次化软件架构研究及改进

综合航电处理平台(Intergrated Modular Arionics,IMA)是飞机上的1个分布式实时通信网络。在数据通信过程中,数据流会经过若干个模块,每个通用处理模块能够驻留多个应用软件,层次化的软件架构可以分割软件中的不同功能,从而完成软件综合,做到系统资源共享,便于资源的集中管理,在IMA通信系统的数据处理传输中起到重要作用。为了增加软件结构的可升级性和可移植性,对IMA通信系统中的层次化软件架构进行了改进。

综合模块化航空电子核心系统技术研究

介绍了一种综合模块化航空电子核心系统。在系统应用需求及技术特征的分析基础上,提出了一种通用的开放式体系结构模型,并对系统的关键技术进行深入研究探讨,包括系统管理、网络通信、时间同步、容错策略等,最后给出系统设计方案的建议。系统具有可重构性、可重用性、可扩展性和健壮性,可满足先进飞机航空电子系统的应用要求,并为未来新型分布式综合模块化航空电子系统的研究与设计提供技术支持。

分区间通信在机载计算机系统中的应用研究

在机载计算机系统中不同系统之间的通信是系统集成中需要重点考虑的问题之一。介绍了近年机载计算机系统的发展过程。随着顶层体系架构的发展,随之产生了分区操作系统。在分区操作系统中分区间的通信和传统的通信方式有很多不同。就分区间通信的优点和缺点进行了详细的阐述,最后得出了对分区间通信进行限制的必要性及具体的限制措施。

IMA演示验证平台的设计与实现

随着飞机功能的增多以及设计需求的增加,航电系统逐步向综合化、模块化、开放式的方向发展。综合模块化航电(IMA)作为航空电子领域的重要发展成果,代表了现代航电发展阶段的最高水平。IMA核心处理机是IMA演示验证平台的核心,它能够为综合化航电系统及非航电系统提供通信、运算以及输入输出(I/O)资源。基于下一代航电IMA系统的架构以及总线技术开展研究,探索IMA系统的多核处理器应用及配套总线技术,设计并实现了下一代IMA演示验证平台,为IMA系统的设计研究提供参考。

模型驱动的安全关键系统重配置信息验证方法

近年来,在以综合模块化航电系统(integrated modular avionics,IMA)为代表的一类安全关键应用中,确保系统重配置信息的正确性成为保证系统安全可靠运行的一个重要问题。提出了一种模型驱动架构下符合ARINC653规范的IMA系统配置信息的建模转换与验证方法。针对多个实时应用在IMA平台上以时间/空间多分区形式运行的系统特征,建立了从系统配置信息的核心元素(包括模块、分区、内存、进程、通信等)到MARTE模型元素的语义映射规则,设计了基于模型驱动架构的系统配置信息模型转换的方法,并给出了一种对模型转换构造得到的系统配置信息MARTE模型进行形式化验证的框架。最后,通过一个实例分析说明了此方法对验证重配置后系统配置信息的有效性。

某民用飞机显示系统仿真器的设计与实现

航电系统仿真平台以其灵活方便和低成本特点,支持综合航电系统的预先研究、方案设计、详细设计、系统综合,成为综合航电系统研制过程中不可或缺的设计手段。给出了IMA系统仿真平台显示系统仿真器的详细的设计和实现方案,首先介绍了IMA系统仿真平台的组成,接着介绍了显示系统仿真器的组成架构,并对显示系统仿真器的硬件配置、航电网络配置、人机交互界面和逻辑处理进行了详细的介绍。最后经过IMA系统仿真试验样件验收测试程序的测试,验证了显示系统仿真器满足验收测试程序的各项功能和性能要求,满足了该型号显示系统仿真器的试验要求。

面向适航认证的IMA架构安全性评估方法

对综合模块化航空电子系统(integrated modular avionics,IMA)架构安全性进行准确客观的评估是民机安全性评估乃至适航工程的重要研究内容。提出了一种面向适航认证的IMA架构安全性定性与定量相结合的综合评估方法。首先,提出了IMA架构安全性评估框架,在此基础上建立了安全性多维属性评估模型与评估指标体系;然后,利用中介真值程度度量(measure of medium truth degree,MMTD)理论对指标得分进行综合处理与评估;最后,给出架构安全性评估实例,表明该方法可操作性较强,评估结果可量化且有可比性,能有效保障IMA架构安全性评估过程的客观性和评估结果的准确度。

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。

面向民机综合化航电系统的安全例证法研究

为解决新一代综合模块化航电系统(IMA)的安全性评估问题,基于安全例证法,构建并论证IMA的安全例证。针对SAE ARP4761标准的不足,分析安全例证法的适用性和基本结构,从安全性需求、框架、实施3个层面分析安全例证法在民机IMA中的应用,讨论基于过程和产品的2种不同安全论证方式,以系统管理功能为例,利用目标结构化标记(GSN)语言,论证IMA的安全性。结果表明:安全例证法可与民机系统开发流程对应,有效地整合安全性分析过程中的安全证据资源,并在系统安全性需求与安全性证据间建立明确的关系。

IMA驻留应用余度管理技术的研究

提出了一种基于冗余应用实例间内部协调确定主控应用的余度管理方法来提高综合模块化航空电子系统(IMA)驻留应用可靠性。冗余应用实例之间通过信息的交换了解其他实例工作状态并判定自身工作状态,从而判定自身主控状态。最后对于本文提出的方法进行了仿真验证,仿真结果证明了余度管理方法的有效性。

航空电子分区调度研究

在模块化航空电子系统中,通过分区管理实现不同分组的航空软件互不影响的执行。分区管理采用两层任务调度策略,在操作系统层采用周期调度的方式激活每一个分区,在具体每一个分区,系统根据分区内航空应用软件的固定优先级进行调度。在航空电子软件的分区调度问题研究过程中,通过对分区处理任务系统建模,对任务关键时刻进行分析,利用分区访问时间和任务执行系数,计算系统空闲时间,给出了分区成功调度的条件,最后给出实例进行具体说明。