多平台弹性航空电子体系云系统及方法与流程

1.本发明涉及的是一种飞行控制领域的技术，具体是一种多平台弹性航空电子体系云系统及方法。


背景技术：

2.在未来分布式作战环境下，多种类型的飞机比如预警机、侦察机、无人机、电子战飞机通常同时出动，在空中形成协同飞机集群，以完成某项特定的任务。这样的任务分解到集群中的每架飞机上，形成各自的子任务，包括侦察探测、指挥控制、任务规划等。如果只是不同类型的飞机被组合在一起而不存在其机载航空电子系统的相互作用，那么每个机载航空电子系统只能执行自己的子任务。一旦飞机发生故障，它所携带的子任务就无法完成。因此需要把各飞机上的航空电子系统综合形成航空电子体系，通过网络虚拟空间实现多种任务的分配计算工作，共享飞机集群的所有资源，从而提高飞机集群的效率和资源利用率。
3.现有的多平台航空电子体系研究是以建立飞机集群系统为基础的，通过构建飞机间网络完成飞机之间的信息传输，侧重于实现飞机集群之间的资源共享，没有将各个飞机相同专业设备进行跨平台综合，缺少各飞机之间的分布式协同，没有真正实现和提高基于体系的综合能力。


技术实现要素：

4.本发明针对现有多个飞机平台上的航空电子系统集群效能低的问题，提出一种多平台弹性航空电子体系云系统及方法，将分散在不同飞机上的航空电子专业设备，通过体系综合的方式进行分布式逻辑管理与组织，形成侦察云、打击云、电子战云等能力方式，在弹性航电体系云中，针对不同专业的综合化对象，建立多平台任务云组织、多平台功能云组织和多平台资源云组织，有效地管理不同飞机的航空电子系统任务、功能和资源，将体系内各个飞机具有资源能力相同的设备、专业能力相同的功能以及应用目标相同的任务进行弹性虚拟化综合，形成航空电子体系任务云、功能云和资源云，以增强体系协同能力。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明涉及一种多平台弹性航空电子体系云架构，包括：多平台弹性航空电子体系任务云组织、功能云组织以及资源云组织，其中：任务云组织与设置于各飞机内的任务综合模块相连并传输任务信息，功能云组织与设置于各飞机内的功能综合模块相连并传输功能信息，资源云组织与设置于各飞机内的资源综合模块相连并传输计算资源、雷达资源；任务综合模块驻留在各飞机的飞控计算机中并用于管理飞机任务，将飞机中的任务综合并向任务云中传输和接收任务信息；功能综合模块驻留在各飞机的飞控计算机中用于管理飞机功能，将飞机中的功能融合并向功能云中传输和接收功能信息；资源综合模块驻留在各飞机的飞控计算机中用于管理飞机资源，将飞机中的资源综合并向资源云传输资源信息。
7.所述的任务信息是指：与飞机中的空中侦察系统、飞行控制系统、导弹武器系统相关的飞机需要执行的任务，包括：侦察探测任务、指挥控制任务、拦截打击任务，进一步包括
子任务如：侦察探测任务可分为探测目标任务、识别目标任务和跟踪目标任务。
8.所述的功能信息包括：与飞机中的空中侦察系统、飞行控制系统、导弹武器系统相关的侦察功能、控制功能、打击功能。
9.所述的计算资源是指：与飞机上的飞控电脑相关的飞机完成计算需要的资源。
10.所述的雷达资源是指：与飞机上的雷达相关的飞机上的雷达得到的信息。
11.所述的任务云组织包括：任务信息汇总模块、任务信息重组模块、任务信息决策模块以及任务信息分配模块，其中：任务信息汇总模块与各飞机中的任务综合模块相连并接收飞机中的任务信息，任务信息重组模块与任务信息汇总模块相连传输飞机中的任务信息并将其形成多种任务序列，任务信息决策模块与任务信息重组模块相连传输任务序列信息并决策使用哪种任务序列组合，任务信息分配模块与任务信息决策模块相连传输最终任务序列并将任务分配给各飞机。
12.所述的功能云组织包括：功能信息汇总模块、功能信息融合模块及功能信息共享模块，其中：功能信息汇总模块与各飞机中的功能综合模块相连并接收飞机中的功能信息，功能信息融合模块与功能信息汇总模块相连并传输汇总后的各飞机功能信息并将其融合，功能信息共享模块与功能信息融合模块相连并传输融合后的功能信息，并将融合结果向各飞机共享。所述的资源云组织包括：资源汇总模块以及资源共享模块，其中：资源汇总模块与各飞机中的资源综合模块相连并接收飞机中的资源信息，资源共享模块与资源汇总模块相连并传输综合后的资源信息并将综合结果向各飞机共享。
13.本发明涉及上述系统的实现方法，多平台弹性航空电子体系云架构通过各飞机的网络连接的方式实现大型作战环境中飞机集群的多平台航空电子体系任务云组织、功能云组织以及资源云组织，最后进行多平台弹性航空电子体系云中的虚拟空间管理。
14.所述的多平台航空电子体系任务云组织是指：为了完成应用需求，将飞机的各个子任务序列进行有效组织合成，最终实现能够分散风险、可跨域应用的虚拟云空间。通过任务云，可以为给定的作战使命匹配正确的飞机组合以创造出更大的杀伤力。
15.所述的功能云组织是指：面向应用和功能的分布式通用处理环境，每个飞机有各自的功能，把相似的功能在云中汇集形成的一个虚拟云空间。功能云组织用于对不同飞机中的相似功能进行多平台功能管理，构建虚拟空间功能互补概念、功能协同概念。
16.所述的资源云组织是指：使得每个飞机的资源设备可以实时动态组网，对所有飞机中的资源进行管理的虚拟云空间，资源云组织包括计算资源云和雷达资源云。
17.所述的虚拟空间管理是指：各飞机通过虚拟空间上传自身信息并获得其它飞机的信息，实时了解整个战场情况，用极可靠的网络联络在战场上分隔开但信息充足的飞机，从而发展新的组织及战斗方法，分享更多信息、合作及情境意识，以致理论上可以令各飞机一致，指挥更快，行动更有效。技术效果
18.本发明整体解决了现有的多平台航空电子体系通过构建飞机间网络完成飞机之间的信息传输，缺少各飞机之间的分布式协同，没有真正实现和提高基于体系的综合能力的问题。
19.与现有技术相比，本发明通过虚拟化的方式增加各个飞机的能力，通过虚拟组织管理的方式对分布在不同物理空间不同飞机上的航电系统及设备进行有效组织管理，通过
云组织方式完成整个战场中所有飞机的多平台任务云组织、多平台功能云组织以及多平台资源云组织，得到最优的任务分配结果及高效的资源处理结果，具有一定的动态性，可以选取最优的节点执行任务，增加整个飞机集群的能力。
附图说明
20.图1为本发明物理架构图；
21.图2为本发明中的任务云图；
22.图3为本发明中的功能云图；
23.图4为本发明中的计算资源云图；
24.图5为本发明中的雷达资源云图；
25.图6为本发明虚拟空间与物理空间综合架构图；
26.图7为本发明在区域防空作战环境下的作战时序图；
27.图8为现有技术在区域防空作战环境下的作战时序图。
具体实施方式
28.如图1所示，为本实施例涉及的一种多平台航空电子控制系统，包括：多平台弹性航空电子体系任务云组织、功能云组织以及资源云组织，其中：任务云组织与各飞机的任务综合模块相连并传输任务信息，功能云组织与各飞机的功能综合模块相连并传输功能信息，资源云组织与各飞机的资源综合模块相连并传输计算资源、雷达资源。飞机在自身形成任务、功能和资源的综合后，通过虚拟化云的概念管理各飞机上的航空电子专业设备中的任务、功能和资源，形成任务云、功能云、资源云。除此之外，飞机中存在不可驻留在云端的部分，如高精度打击装备。不可驻留部分根据指挥员的要求独立进行任务安排、功能执行和资源分配。
29.如图2所示，所述的任务云是指为了完成应用需求，通过任务信息汇总模块将飞机的各个子任务汇总起来，再通过任务信息重组模块将子任务序列进行有效组织合成，驾驶员通过任务信息决策模块选择最优子任务序列，任务信息分配模块再将任务下达至各飞机，最终实现能够分散风险、可跨域应用的虚拟云空间。通过任务云，可以为给定的作战使命匹配正确的飞机组合以创造出更大的杀伤力。如果某个飞机发生故障，任务云基于目前战场态势，选择最合适的替代，从而保证更大的弹性。任务云能够通过跨域共享资源来平衡任务负载，从而产生更高的效率。
30.如图3所示，所述的功能云是指面向应用和功能的分布式通用处理环境，每个飞机有各自的功能，通过功能信息汇总模块把相似的功能在云中汇集形成的一个虚拟云空间，通过功能信息融合模块对不同飞机中的相似功能进行多平台功能云组织，实现虚拟空间功能互补、功能协同，最后通过功能信息共享模块实现各飞机平功能的实时共享。具体来说，任务需求是完成对目标的攻击，那么就分解了目标识别功能、目标解算功能、武器发射功能，在进行识别的过程中，将体系中所有平台的识别功能通过云组织的方式，通过跨平台融合完成识别需求，而不关注具体是哪个平台完成的识别功能。
31.所述的资源云是每个飞机的资源设备可以实时动态组网，通过资源汇总模块进行管理，并通过资源共享模块将资源信息共享给各飞机，包括计算资源云、雷达资源云。
32.如图4所示，所述的计算资源云每个飞机有自己的硬件、数据链路、物理资源和应用，在除执行本地操作外的时间有许多计算能力富余，计算资源云将所有飞机中的空闲计算能力集成，形成计算资源可用能力。计算资源云依据时间分片并基于任务关联，进行多平台弹性航空电子体系云计算资源关联周期任务的组织运行。
33.如图5所示，所述的雷达资源云是指当体系内飞机有获取敌方目标坐标的需求时，不需要关注是哪个飞机平台雷达探测给的目标位置，做到虚拟化组织，不需要指定某个雷达报告敌方目标位置，当有新的飞机平台接入体系后，该飞机的雷达资源可以弹性接入雷达云，当有飞机发生故障，该飞机的雷达资源可以弹性退出雷达云。
34.如图5所示，所述的多平台弹性航空电子体系云的逻辑架构分为飞机、物理空间、虚拟空间、作战任务和作战使命。通过在功能相似的各个飞机的物理空间上，构建不同专业的虚拟空间，如侦察云、打击云、决策云、显示云等，构建跨物理空间的虚拟化能力，从而完成云中分配的多种作战任务，协同完成体系级作战新模式，提高作战能力，实现作战使命。飞机中还存在不可驻留到云端的部分，不可驻留部分根据指挥员的要求独立进行任务安排、功能执行和资源分配。
35.本实施例涉及上述系统的多平台弹性控制方法，包括以下步骤：
36.步骤一：在区域防空作战中，战场上各飞机中的雷达作为所述的多平台弹性航空电子体系云的输入，通过网络传输通过各飞机中的传感器，即各飞机的输入来感知整个战场态势。基于作战环境和作战情景，为了完成应用需求，将各个飞机中航电系统的子任务通过任务云综合，经过态势感知、识别和推测合成，由于功能云将各个飞机中的侦察功能进行融合，设现有技术探测到目标需要8s，则在多平台弹性航空电子体系云下需要5s。多平台弹性航空电子体系云选取最优的节点执行任务，实现飞机子任务的任务云组织，将侦察探测任务部署给预警机、无人机，拦截打击任务部署给合适位置的歼击机。
37.步骤二：在执行拦截打击任务时，将拦截打击功能分解为目标识别功能、目标解算功能、武器发射功能，在进行识别的过程中，将体系中所有飞机的识别功能通过云组织的方式跨平台融合完成识别需求，而不关注具体是哪个飞机完成的识别功能。根据任务组织需求，将专业相似的飞机的功能在多平台弹性航空电子体系云中综合在一起进行统一管理与调度，可提升飞机集群功能结果的精度和可用性。
38.步骤三：飞机在支撑自身完成任务的同时，当资源有空余或者执行本单元任务周期的间隔，在资源云组织与管理下，为其他飞机提供资源支持。通过网络实现基于时间模式配置的空中任务系统中各飞机自身特征的资源能力组织，并提供了基于各自时间区域的空余能力。因此通过资源云可以减少处理分析信息以及决策判断的时间，设现有技术处理分析信息需要2.2s，则在多平台弹性航空电子体系云下需要1.2s；设现有技术决策判断需要5s，则在多平台弹性航空电子体系云下需要4s。通过空余能力的组织，构建基于整个航空电子体系云和各飞机特征的综合环境，从而有效支持任务组织和功能模式与各飞机的输入前期匹配，实现区域防空作战。
39.所述的多平台任务云组织指基于作战环境和作战情景，为了完成应用需求，将各个飞机中航电系统的子任务通过专业云综合，经过态势感知、识别和推测合成，多平台弹性航空电子体系云选取最优的节点执行任务，实现飞机子任务的任务云组织，并最终实现其向功能组织的映射。
40.所述的多平台功能云组织指根据任务组织需求，将专业相似的飞机的功能在多平台弹性航空电子体系云中综合在一起进行统一管理与调度，提升飞机集群功能结果的精度和可用性。
41.所述的多平台资源云组织指飞机在支撑自身完成任务的同时，当资源有空余或者执行本单元任务周期的间隔，在弹性航空电子体系云组织与管理下，为其他飞机提供资源支持，通过资源共享，提升资源利用率和效能，依据并发功能对资源基于时间分布的能力需求，通过资源能力组织与调配，实现基于分时的资源共享，提升资源使用效率，减少飞机集群资源配置，增强飞机集群资源的效能。
42.所述的多平台弹性航空电子体系云采用松耦合的方式管理，使得当某飞机存在闲置资源时可以调用其资源，提高作战效率。多平台弹性航空电子体系云具有一定的动态性，它基于云组织的方式，动态选取最优的节点执行任务，提高作战有效性，例如打击云可以动态指定最适合发射导弹的飞机发射导弹。
43.所述的多平台弹性航空电子体系云的重要技术是虚拟空间管理。多平台弹性航空电子体系云可以通过虚拟空间实现分布式协同，各飞机通过虚拟空间上传自身信息并获得其它飞机的信息，实时了解整个战场情况，用极可靠的网络联络在战场上分隔开但信息充足的飞机，从而发展新的组织及战斗方法，分享更多信息、合作及情境意识，以致理论上可以令各飞机一致，指挥更快，行动更有效。通过分布式协同，可以实现以分散的作战形式实施协同作战，即存在获取信息的优势，又进一步发展了从信息向火力分配、目标毁伤转化的优势，大幅缩减了侦、控、打、评信息环路，全面提升信息化装备的作战效能。
44.所述的多平台弹性航空电子体系云虚拟空间与物理空间综合架构如图6所示，功能云组织依据虚拟空间的功能需求，在专业云中构建分布式功能组织，实现分布式功能处理能力、品质和效率优化过程组织；资源云组织依据物理空间的资源能力，构建分布式资源组织，实现分布式资源共享、过程复用和状态管理优化过程组织。作战环境由多个作战区域构成，如前端用于侦察的飞机集群为一个作战区域，后端指挥的飞机集群为一个作战区域。每个作战区域中的飞机由自身的虚拟空间和物理空间构成，多平台弹性航空电子体系云将所有作战区域中所有飞机的虚拟空间和物理空间集成在云端，形成专业云虚拟综合和专业云物理综合，来实现多平台任务云组织、多平台功能云组织和多平台资源云组织。
45.所述的多平台弹性航空电子体系云的运行模式如下：各个飞机将得到的信息综合后上传至多平台弹性航空电子体系云，在其中实现多平台任务云组织、多平台功能云组织以及多平台资源云组织。对于无人机平台，可以得到有人机方面传来的信息及指挥员传达的任务指令，根据整个战场的情况执行下一步任务，与过去的信息共享不同，能达到信息协同；对于有人机平台，需要将专业云中的任务云组织结果显示给指挥员，令指挥员掌握整个战场的实时态势，实现以决策为中心的任务调度；对于精度要求高的歼击机等平台，为了保证打击的实时性，需要通过自身的设备及人员决定打击细节，但指派哪架歼击机去执行打击任务需要由体系云命令决定。
46.综合以上改进，多平台弹性航空电子体系云首先通过各飞机的输入来感知整个战场态势，根据作战使命并针对作战模式在任务云中形成各飞机的作战子多平台任务云组织，将多平台任务云组织结果传递给飞机，由飞机配备的设备来实现，各个飞机在多平台弹性航空电子体系云的调度下，把各个飞机的任务组织能力基于云的方式进行综合，协同完
成整个作战任务，实现多平台任务云组织；其次通过分布式系统组织，针对飞机集群中不同设备专业能力，确定多平台弹性航空电子体系云功能作用领域的构成，并根据不同设备的系统功能特征，构建运行条件要求，支持已有的多平台任务云组织结果，在云中实现多平台功能云组织；最后飞机中的设备支撑自身完成作战任务的同时，当资源富裕或者在执行本单元任务周期的间隔，可以在弹性航空电子体系云组织与管理下，为其他飞机提供资源支持，实现多平台资源云组织。
47.经过具体实际实验，在区域防空作战的具体环境设置下，启动上述方法如图7所示，能够得到的实验数据是：从探测到目标到拦截打击，多平台弹性航空电子体系云需要6s。而现在常用的点对点传输的飞机集群在区域防空作战下的时序图如图8所示，从探测到目标到拦截打击需要8.1s
48.与现有技术相比，本系统通过将多飞机平台中的任务、功能与资源通过网络传输到虚拟云中，对各个飞机进行跨平台综合，实现各飞机之间的分布式协同，实现基于体系的综合能力；各个飞机之间的计算资源可以共享，实现结合了整个战场态势的管理与分配从而提高作战效率。
49.上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。