國家級期刊投稿淺析彈載飛行控制

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　　摘要：針對彈載飛行控制軟件研制現(xiàn)狀，探討軟件重用的目的、意義及技術(shù)途徑;結(jié)合彈載飛行控制軟件的組成和設(shè)計原則，分析可重用軟件應滿足的基本條件;提出一種基于領(lǐng)域工程的彈載飛行控制軟件重用實施方法;從軟件工程化要求、編碼要求、軟件測試要求和硬件設(shè)計要求等方面建立彈載飛行控制軟件通用構(gòu)件庫的可重用構(gòu)件選取標準。最后，用實例說明了彈載飛行控制軟件重用的可操作性。

　　關(guān)鍵詞：彈載飛行控制軟件;軟件重用 ;可重用構(gòu)件

　　0引言

　　我國航天事業(yè)正處于高速發(fā)展時期，型號發(fā)射任務密集，對彈載飛行控制軟件研制周期提出了更高要求。開發(fā)人員往往迫于項目壓力，優(yōu)先進行軟件產(chǎn)品開發(fā)，而忽視軟件重用問題。當前彈載飛行控制軟件研制實行項目管理，不同項目團隊開發(fā)的軟件框架不同，開發(fā)人員所使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也不同，軟件重用難以推廣。此外，不同型號彈載計算機硬件平臺的不同，也直接導致了底層驅(qū)動軟件的不可重用。

　　1彈載飛行控制軟件重用

　　1.1軟件重用的目的和意義

　　早期的彈載計算機電路是由模擬電路搭建而成的，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，彈載計算機電路設(shè)計實現(xiàn)了數(shù)字化，彈載飛行控制軟件研制快速興起。但受現(xiàn)實條件的約束，每個型號彈載飛行控制軟件研制都不得不重復編碼、測試、調(diào)試、編寫文檔、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等工作。

　　當前彈載飛行控制軟件研制工作量大、時間緊、任務重，從開發(fā)效率、企業(yè)成本，以及軟件工程化、標準化、軟件測試等角度考慮，實施彈載飛行控制軟件重用迫在眉睫。彈載飛行控制軟件不同于其它商業(yè)軟件，需要找到符合自身特點的重用技術(shù)途徑和實施方法。

　　1.2軟件重用的技術(shù)途徑

　　軟件重用的技術(shù)包括庫函數(shù)、模板、面向?qū)ο蟆⒃O(shè)計模式、組件、框架、構(gòu)架等。圖1為軟件重用的主要技術(shù)、實現(xiàn)途徑以及實例。

　　面向?qū)ο蠹夹g(shù)主要針對使用面向?qū)ο蟮恼Z言開發(fā)的軟件，彈載飛行控制軟件作為嵌入式軟件，一般采用C語言，或者C語言和匯編語言混合編程進行開發(fā)。因此，可以綜合考慮庫函數(shù)、模板、構(gòu)件、架構(gòu)、框架等技術(shù)途徑，選取符合彈載飛行控制軟件自身特點的重用方法。

　　構(gòu)件、架構(gòu)、框架三者呈現(xiàn)層次遞進的關(guān)系，同時又存在交集。對于彈載飛行控制軟件而言，可以將各函數(shù)單元劃分為功能構(gòu)件;架構(gòu)主要指軟件的組織結(jié)構(gòu)，即邏輯時序和構(gòu)件的調(diào)用關(guān)系;框架則可理解為工程的文件目錄結(jié)構(gòu)，包括頭文件的定義和引用關(guān)系等。只有正確理解上述概念，才能正確區(qū)分彈載飛行控制軟件的構(gòu)件、架構(gòu)和框架，為重用打好基礎(chǔ)。

　　1.3可重用軟件

　　重用最重要的是要有可重用的軟件。導彈分類方法較多，如根據(jù)作戰(zhàn)使命不同可分為戰(zhàn)略導彈和戰(zhàn)術(shù)導彈;根據(jù)發(fā)射載具不同可以分為空空導彈、面空導彈等;根據(jù)制導體制不同可以分為雷達制導導彈、紅外制導導彈等。不同類型導彈其彈載飛行控制軟件研制任務需求和彈載計算機硬件平臺不盡相同，底層驅(qū)動，接口協(xié)議，算法模型等較難重用。同一類型導彈彈載飛行控制軟件的研制需求和彈載計算機硬件平臺往往具有共同特性。可以從總體需求層次區(qū)分出不同的軟件系統(tǒng)，新研彈載飛行控制軟件可以在同一系統(tǒng)類型的彈載飛行控制軟件的基礎(chǔ)上加以改進。

　　從系統(tǒng)角度來講，可重用的彈載飛行控制軟件應滿足以下條件：①軟件模塊劃分及其框架、架構(gòu)布局合理;②軟件運行的硬件平臺DSP及數(shù)據(jù)接口選型標準;③通信協(xié)議制定規(guī)范。以上3個條件也是對軟件控制算法功能模塊劃分、軟件運行硬件平臺和通信協(xié)議提出的通用化要求。

　　除此之外，結(jié)合航天特點，可重用的彈載飛行控制軟件相關(guān)配套文檔要齊備;軟件必須通過單元測試、確認測試和第三方評測，所發(fā)現(xiàn)的問題都已經(jīng)改正且通過回歸測試。此外，應經(jīng)過型號研制所有階段的飛行試驗驗證。

　　2彈載飛行控制軟件組成與設(shè)計原則

　　彈載飛行控制軟件通常由底層硬件驅(qū)動軟件、接口協(xié)議層軟件和應用層軟件組成。其中，底層硬件驅(qū)動軟件主要完成硬件端口的初始化，設(shè)備自檢和數(shù)據(jù)輸入輸出控制;接口協(xié)議層軟件主要完成數(shù)據(jù)組包發(fā)送和接收解包;應用層軟件主要完成制導控制計算和指令形成計算。上述3層軟件由時間驅(qū)動的事件響應機制，即彈上時序和邏輯控制來實現(xiàn)任務調(diào)度。彈載飛行控制軟件組成如圖2所示。

　　彈載飛行控制軟件具有實時性高、時序和邏輯復雜，可靠性強的特點。其設(shè)計需遵守以下原則：

　　(1)自頂向下的原則。即在確定彈載計算機硬件平臺的前提下，首先確定軟件的基本結(jié)構(gòu)，然后細化到實現(xiàn)這些功能的每一個具體的軟件模塊，形成詳細的軟件開發(fā)卷宗，直至定義某一個具體的函數(shù)、變量和指針，使設(shè)計做到有條不紊，開發(fā)過程清晰明了，從宏觀上把握軟件設(shè)計質(zhì)量。

　　(2)結(jié)構(gòu)化設(shè)計原則。包括程序和數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計。通過細化軟件模塊，形成由所有軟件模塊按照一定的接口關(guān)系和數(shù)據(jù)交換關(guān)系構(gòu)成的軟件結(jié)構(gòu)，做到結(jié)構(gòu)完整，易讀、易查、易測試。

　　(3)針對彈載計算機的實時性應用特點，以導彈工作時序為主線，進行合理的實時任務調(diào)度，通過彈載計算機系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)可靠地完成設(shè)計任務。

　　3彈載飛行控制軟件重用方法

　　彈載飛行控制軟件與其它商業(yè)軟件不同，必須探索出一條符合航天型號軟件特點的重用途徑。近年來，相關(guān)研究成果豐富。2006年，北京航天自動控制研究所孟小韋、馬衛(wèi)華[1]認為，可以從模塊級和任務級兩個方面來進行軟件通用化設(shè)計，并提出了開發(fā)飛行控制軟件集成開發(fā)工具原型。2007年，中國空間技術(shù)研究院提出了可重的星載軟件構(gòu)件應具有的基本特性[2]。2011年，上海衛(wèi)星工程研究所提出了基于(I/O層、軟件總線層和應用層)層次框架的星載軟件重用方法[3]。

　　領(lǐng)域工程強調(diào)為一組相似或相近系統(tǒng)的應用建立基本能力和必備基礎(chǔ)(包括產(chǎn)品空間、構(gòu)件、體系結(jié)構(gòu))的過程，是實現(xiàn)構(gòu)件獲取和重用的有效方法[4]。相關(guān)研究表明，相似領(lǐng)域的軟件更容易重用。在彈載飛行控制軟件重用過程中，可以根據(jù)導彈系統(tǒng)類別從縱向領(lǐng)域確定可重用軟件系統(tǒng)框架和架構(gòu)，進而根據(jù)軟件總體研制需求從橫向領(lǐng)域選擇可重用的構(gòu)件。

　　因此，從領(lǐng)域工程的角度出發(fā)，可以按照領(lǐng)域分析、領(lǐng)域設(shè)計、領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)3個活動過程來實施彈載飛行控制軟件重用，如圖3所示。具體步驟如下：

　　第一步：領(lǐng)域分析。分析彈載飛行控制軟件的系統(tǒng)類別，獲得領(lǐng)域模型;參照導彈種類劃分，如戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略、空空和面空、雷達制導和紅外制導等區(qū)分彈載飛行控制軟件;同時兼顧彈載計算機硬件平臺，確定軟件領(lǐng)域模型，即可重用軟件選型。

　　第二步：領(lǐng)域設(shè)計。按照軟件研制任務需求，確定軟件框架，設(shè)計軟件架構(gòu)。不同領(lǐng)域模型的軟件架構(gòu)可能有所不同，但是軟件框架基本相同。因此，可以在選擇好可重用軟件的基礎(chǔ)上進行框架和架構(gòu)設(shè)計。

　　第三步：領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)。將滿足需求的功能構(gòu)件組成軟件系統(tǒng)。

　　4彈載飛行控制軟件可重用構(gòu)件標準

　　一套可重用軟件不一定包含所有的可重用構(gòu)件。從圖2可以看出彈載飛行控制軟件組成層次和功能模塊，可在此基礎(chǔ)上，建立可重用的彈載飛行控制軟件可重用構(gòu)件庫，該庫由彈載飛行控制軟件的功能模塊(構(gòu)件)組成。

　　4.1軟件工程化要求

　　航天系統(tǒng)從1996年開始，就已從標準化和加強測試入手，推行航天型號軟件的工程化開發(fā)。1998年召開的航天系統(tǒng)第四次責任人會議提出提高航天型號軟件質(zhì)量，全面加強航天型號軟件產(chǎn)品開發(fā)，初步確立了型號軟件的管理體制，并著手確定箭(星)載計算機的選型，確定了統(tǒng)一型號軟件的運行環(huán)境[5]。

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　　【關(guān)鍵詞】控制系統(tǒng) 啟停機控制 堵料 打滑