一种航空电子系统架构多维度综合评估方法与流程

1.本发明属于电子信息领域，具体涉及一种航空电子系统架构多维度综合评估方法。


背景技术：

2.航空电子系统涉及通信导航、探测感知、任务管理、显示交互、健康维护等功能，为机组提供全面准确的飞行姿态信息、飞机状态信息、环境态势信息，以增强机组对运营环境中潜在危险进行识别、监控、分析和反应的能力，是整架飞机的中枢神经。
3.自上世纪90年代开始，航空电子系统逐渐采用综合模块化航空电子系统(integrated modular avionics,ima)架构，其本质上是一个开放的分布式实时计算环境，通过综合，达到硬件通用化，功能软件化，软件运行环境标准化，最终实现系统的高度综合以及信息的高度共享。航空电子系统功能应用软件不再与硬件设备绑定，而是根据资源的可用情况将软件部署到能够满足需求的硬件设备来完成，极大地增加了系统的灵活性。ima系统的发展趋势是采用越来越开放的系统架构，综合的范围越来越广，综合的功能越来越多，模块之间高度耦合，导致系统的复杂性急剧增加。
4.随着ima系统发展逐渐趋于复杂化，系统架构的品质越来越难以保障。传统的系统架构评价方法更多的是采用定性分析方式，对诸如产品的基本可靠性、处理能力、重量、功耗、网络带宽等特性进行单个维度的评价。传统的系统架构评价方法的缺点在于单维度的评价无法对系统的整体品质做出较为准确的评估。例如用传统评价方法对两个a、b两个系统架构方案进行比较，经常会出现a方案的产品可靠性优于b方案，但是a方案的重量却大于b方案。如若再增加几个评价因素，那么a方案和b方案谁的综合品质更好就变得难以区分了。因此，需要一种综合评估方法从众多维度对整个航空电子系统架构方案的优劣进行分析评价。


技术实现要素：

5.发明目的：提供一种航空电子系统架构多维度综合评估方法。
6.本发明的技术方案：
7.提供了一种航空电子系统架构多维度综合评估方法，包括：
8.确定评价因素以及评价因素实际量值，评价因素包括功能型评价因素和性能型评价因素，功能型评价因素为可调度性、实时性和任务可靠性；
9.根据功能型评价因素的评价因素实际量值确定各个功能型评价因素是否均满足系统功能的基本要求；
10.若各个功能型评价因素之一不满足功能的基本要求，则当前系统架构的综合评价得分es
sys
为0分；
11.若各个功能型评价因素均满足功能的基本要求，则进行性能型评价因素的评估得到当前系统架构的综合评价得分es
sys
。
12.进一步地，进行性能型评价因素的评估得到当前系统架构的综合评价得分es
sys
，具体为：
13.确定性能型评价因素实际量值、性能型评价因素权重、性能型评价因素的基础分值率以及性能型评价因素阈值，其中性能型评价因素为实时性、体积、任务可靠性、重量、功耗和成本，其中，性能型评价因素的基础分值率为单个评价因素的实际量值正好等于性能型评价因素阈值的情况下，获得的基础得分相对于单项满分的比率；
14.根据性能型评价因素实际量值、性能型评价因素权重、性能型评价因素的基础分值率以及性能型评价因素阈值，确定各个性能型评价因素的单项得分；
15.将各个性能型评价因素的单项得分求和，得到当前系统架构的综合评价得分。
16.进一步地，确定任务可靠性的单项得分，具体为：
17.将任务可靠性的权重w
ra
乘以100得到任务可靠性的满分分值fs
ra
，即，fs
ra
＝100*w
ra
；
18.计算任务可靠性的单项得分es
ra
：
19.其中，rv
ra
为任务可靠性实际量值，任务可靠性阈值tv
ra-lo
，任务可靠性基础分值率为bp
ra
。
20.进一步地，确定实时性的单项得分，具体为：
21.将实时性的权重w
rt
乘以100得到实时性的满分分值fs
rt
，即，fs
rt
＝100*w
rt
；
22.计算实时性的单项得分es
rt
，即：
23.其中，实时性实际量值为rv
rt
，实时性阈值为tv
rt-up
，实时性基础分值率为bp
rt
。
24.进一步地，确定重量的单项得分，具体为：
25.将重量的权重w
wgt
乘以100得到系统重量的满分分值为fs
wgt
，即fs
wgt
＝100*w
wgt
；
26.计算重量的单项得分es
wgt
，即：es
wgt
＝0，(rv
wgt
＞tv
wgt-up
)，或者其中，重量实际量值为rv
wgt
，重量阈值为tv
wgt-up
，重量基础分值率为bp
wgt
。
27.进一步地，确定体积的单项得分，具体为：
28.将体积的权重w
vol
乘以100得到系统体积的满分分值为fs
vol
，即，fs
vol
＝100*w
vol
；
29.计算体积的单项得分es
vol
，即：es
vol
＝0，(rv
vol
＞tv
vol-up
)，或者其中，体积实际量值为rv
vol
，体积阈值为tv
vol-up
，体积基础分值率为bp
vol
。
30.进一步地，确定功耗的单项得分，具体为：
31.将功耗的权重w
pow
乘以100得到系统功耗的满分分值为fs
pow
，即，fs
pow
＝100*w
pow
；
32.计算功耗的单项得分es
pow
，即，es
pow
＝0，(rv
pow
＞tv
pow-up
)，或者其中，功耗实际量值为rv
pow
，功耗阈值为tv
pow-up
，功耗基础分值率为bp
pow
。
33.进一步地，确定成本的单项得分，具体为：
34.将成本的权重w
cos
乘以100得到系统功耗的满分分值为fs
cos
，即，fs
cos
＝100*w
cos
；
35.计算成本的单项得分es
cos
，即，es
cos
＝0，(rv
cos
＞tv
cos-up
)，或者其中，实际成本量值为rv
cos
，成本上限值为tv
cos-up
，成本基础分值率为bp
cos
。
36.有益效果：本发明基于航空电子系统各个特性的单维度量化分析数据，通过对航空电子系统架构方案的全维度特性进行综合分析计算形成综合评估量化数据，从而区分多个架构方案的优劣，为航空电子系统架构方案选型提供决策依据和数据支撑，提升航空电子系统的研发效率和运行品质，降低使用维护成本。
附图说明
37.图1为综合评价流程图。
具体实施方式
38.下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
39.本发明涉及复杂实时控制处理系统。本发明提供了一种航空电子系统架构多维度综合评估方法，对单个特性的量化分析采用优劣解距离法，以模糊综合评价法作为航空电子系统多维度综合评估的方法，采用分类评价，加权综合的方法进行系统评价。本主要包括多维度综合评估方法的设计输入的确立方式、多维度综合评估方法具体实现方式。
40.如图1，本发明的评估方法具体为：
41.首先，确立多维度综合评估的设计输入，包括评价因素(f)、评价因素实际量值(rv)、评价因素权重(w)、性能型评价因素阈值(上限或下限值)、性能型评价因素的基础分值率。
42.1评价因素(f)
43.评价因素即参与综合评估的所有因素。评价因素分为两类，功能型评价因素和性能型评价因素。功能型评价因素不满足要求则系统无法完成所有功能。例如，如果系统的可调度性为0，即系统不可调度，则系统功能无法实现。性能型评价因素在满足系统基本要求的情况下也可表征系统的性能的优劣。例如，系统任务可靠性在满足系统任务可靠性阈值下限的情况下，任务可靠性值越高表示系统性能越好。
44.本发明规定的功能型评价因素和性能型评价因素见表1。其中功能型评价因素为可调度性、实时性和任务可靠性；性能型评价因素为实时性、体积、任务可靠性、重量、功耗和成本。注意：部分评价因素同时属于功能型评价因素和性能型评价因素，因为系统对于实时性和任务可靠性的有具体的指标要求，同时两者在满足基本要求的基础上又可以表征系
统性能。
45.表1 评价因素分类表
[0046][0047][0048]
2评价因素实际量值(rv)
[0049]
表征所有7个单个评价因素(可调度性、实时性、任务可靠性、体积、重量、功耗、成本)的通过计算、分析或测量获得的实际数值。例如，当前所评价系统的任务可靠性为0.99，就输入任务可靠性的单项评价因素实际量值为0.99；特殊的，当前所评价系统不满足可调度性要求，就输入可调度性的单项评价因素量值为0，否则为1。
[0050]
3评价因素权重(w)
[0051]
表征单个性能型评价因素的地位和重要程度。所有性能型评价因素权重之和为1，权重越高表示该用户越看重该评价因素。注意：评价因素权重只针对性能型评价因素。
[0052]
4性能型评价因素阈值(上限或下限值)
[0053]
表征单个性能型评价因素的限制值。例如，规定系统的任务可靠性不能低于0.75。
[0054]
5性能型评价因素的基础分值率
[0055]
表征单个评价因素的实际量值正好等于满足基本设计指标(阈值)的情况下，获得的基础得分相对于单项满分的比率(％)。例如，系统的任务可靠性的基础分值率为60％，单项满分为50，则在任务可靠性实际量值等于最低下限值0.75时，将获得任务可靠性评估得分为50*60％＝30。
[0056]
所有需要输入的参数如下表所示，主要包括系统单项评价因素实际量值、单项评价因素权重、以及单项评价因素阈值(上限或下限值)。
[0057]
表2 输入参数表
[0058][0059]
其次，多维度综合评估方法的具体实现，从功能型评价因素和性能型评价因素的两个方面分步评估。当任意功能型评价因素不满足要求，则直接判定整个架构方案的综合评估为0分；当所有功能型评价因素都满足要求，则先逐项计算各项性能型评价因素的得分；然后累加各性能项的分值，获得整个架构方案的综合评估分值。
[0060]
按照百分制对系统架构进行评估，按照以下两个步骤进行评估过程。
[0061]
步骤一，功能型评价因素的评估。
[0062]
系统架构三个功能型评价因素，分别为可调度性、实时性和任务可靠性。如以上三个功能型评价因素有一个不满足要求，直接判定当前系统架构的综合评价得分es
sys
为0分。即：
[0063]
es
sys
＝0，(rv
scλ
＝0|rv
rt
＞tv
rt-up
|rv
ra
＜tv
ra-lo
)
[0064]
若系统的三个功能型评价因素均满足要求，则进入步骤二。
[0065]
步骤二，性能型评价因素的评估。
[0066]
系统架构共有6个性能型评价因素，分别为任务可靠性、实时性、重量、功耗、成本和体积。
[0067]
1)首先依据权重将100分的分值分配给以上6个性能型评价因素，权重越高则单项分配的满分分值越高。
[0068]
系统任务可靠性满分分值为fs
ra
，
[0069]
fs
ra
＝100*w
ra
；
[0070]
系统实时性满分分值为fs
rt
，
[0071]
fs
rt
＝100*w
rt
；
[0072]
系统重量满分分值为fs
wgt
，
[0073]
fs
wgt
＝100*w
wgt
；
[0074]
系统体积满分分值为fs
vol
，
[0075]
fs
vol
＝100*w
vol
；
[0076]
系统功耗满分分值为fs
pow
，
[0077]
fs
pow
＝100*w
pow
；
[0078]
系统成本满分分值为fs
cos
，
[0079]
fs
cos
＝100*w
cos
。
[0080]
2)然后分别计算每个性能型评价指标的单项得分，计算具体细则如下：
[0081]
①
任务可靠性。
[0082]
已知：
[0083]
系统任务可靠性满分分值为fs
ra
；
[0084]
实际的任务可靠性实际量值为rv
ra
；
[0085]
任务可靠性阈值(下限值)为tv
ra-lo
；
[0086]
任务可靠性基础分值率为bp
ra
；
[0087]
则任务可靠性单项的得分es
ra
计算方式如下：
[0088]
系统任务可靠性实际量值等于任务可靠性下限值，则任务可靠性获得基本得分；大于任务可靠性下限值，则按照任务可靠性实际量值与任务可靠性下限值进行等比例赋分，任务可靠性实际量值越接近1，单项得分越高，即计算公式如下：
[0089][0090]
②
实时性
[0091]
系统实时性满分分值为fs
rt
；
[0092]
实际实时性量值为rv
rt
；
[0093]
实时性上限值为tv
rt-up
；
[0094]
实时性基础分值率为bp
rt
；
[0095]
则实时性单项的得分es
rt
计算方式如下：
[0096]
系统实际实时性量值等于实时性上限值，则实时性获得基本得分；小于实时性上限值，则按照实际实时性量值与实时性上限值进行等比例赋分，实际实时性量值越接近0，单项得分越高，即计算公式如下：
[0097][0098]
③
重量
[0099]
已知：
[0100]
系统重量满分分值为fs
wgt
；
[0101]
实际重量量值为rv
wgt
；
[0102]
重量上限值为tv
wgt-up
；
[0103]
重量基础分值率为bp
wgt
；
[0104]
则重量单项的得分es
wgt
计算方式如下：
[0105]
系统实际重量量值高于重量的上限值，则重量得分直接判定为0分；等于重量上限值，则获得基本得分；小于重量上限值，则按照实际重量量值与可靠度上限值进行等比例赋
分，实际重量量值越接近0，单项得分越高，即计算公式如下：
[0106]
es
wgt
＝0，(rv
wgt
＞tv
wgt-up
)
[0107]
或者：
[0108][0109]
④
功耗
[0110]
已知：
[0111]
系统功耗满分分值为fs
pow
；
[0112]
实际功耗量值为rv
pow
；
[0113]
功耗上限值为t
pow-up
；
[0114]
功耗基础分值率为bp
pow
；
[0115]
则功耗单项的得分es
pow
计算方式如下：
[0116]
系统实际功耗高于功耗的上限值，则功耗得分直接判定为0分；等于功耗上限值，则获得基本得分；低于功耗上限值，则按照实际功耗量值与功耗上限值进行等比例赋分，实际功耗量值越接近0，单项得分越高，即计算公式如下：
[0117]
es
pow
＝0，(rv
pow
＞tv
pow-up
)
[0118]
或者：
[0119][0120]
⑤
成本
[0121]
已知：
[0122]
系统成本满分分值为fs
cos
；
[0123]
实际成本量值为rv
cos
；
[0124]
成本上限值为tv
cos-up
；
[0125]
成本基础分值率为bp
cos
；
[0126]
则成本单项的得分es
cos
计算方式如下：
[0127]
系统实际成本量值高于成本的上限值，则成本得分直接判定为0分；等于成本上限值，则获得基本得分；低于成本上限值，则按照实际成本量值与成本上限值进行等比例赋分，实际成本量值越接近0，单项得分越高，即计算公式如下：
[0128]
es
cos
＝0，(rv
cos
＞tv
cos-up
)
[0129]
或者：
[0130][0131]
⑥
体积
[0132]
已知：
[0133]
系统体积满分分值为fs
vol
；
[0134]
实际体积量值为rv
vol
；
[0135]
体积上限值为tv
vol-up
；
[0136]
体积基础分值率为bp
vol
；
[0137]
则体积单项的得分es
vol
计算方式如下：
[0138]
系统实际体积量值高于体积的上限值，则体积单项得分直接判定为0分；等于体积上限值，则获得基本得分；低于体积上限值，则按照实际体积量值与体积上限值进行等比例赋分，实际体积量值越接近0，单项得分越高，即计算公式如下：
[0139]
es
vol
＝0，(rv
vol
＞tv
vol-up
)
[0140]
或者：
[0141][0142]
3)将每个性能型评价因素的单项得分求和，得到当前系统架构的综合评价得分es
sys
，即计算公式如下：
[0143]
es
sys
＝es
ra
es
rt
es
wgt
es
pow
es
vol
es
cos
。
[0144]
本发明能够有效支持开展航空电子系统架构的评估分析工作，从信息流的实时性、任务可靠性、软件运行的可调度性、重量、体积、功耗和成本等多个维度对整个航空电子系统架构方案进行综合量化分析，实现多个候选方案的比选，为方案选型提供决策依据。