從帥軍，任 迪，周曉紀(jì)

(1.中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京 100048;2.中國(guó)空間技術(shù)研究院，北京 100094)

隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用需求的不斷拓展，世界衛(wèi)星應(yīng)用進(jìn)入體系化發(fā)展和全球化服務(wù)新階段，我國(guó)應(yīng)用衛(wèi)星發(fā)展也面臨著從單星到系列、從系列到體系、從體系向體系優(yōu)化的發(fā)展問(wèn)題。針對(duì)此類(lèi)大型復(fù)雜系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)問(wèn)題，利用體系結(jié)構(gòu)理論指導(dǎo)開(kāi)發(fā)正逐步成為熱門(mén)研究課題。體系結(jié)構(gòu)利用規(guī)范化的圖形、表格等工具，清晰、直觀、形象地描述復(fù)雜系統(tǒng)的任務(wù)、能力需求、業(yè)務(wù)活動(dòng)、系統(tǒng)組成等組成單元，是開(kāi)展復(fù)雜大系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)的重要手段［1］。由于航天器體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性、特殊性，傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法易造成數(shù)據(jù)不一致、模型構(gòu)建返工量大、各部門(mén)協(xié)調(diào)性差、全生命周期效能低等問(wèn)題，不能滿(mǎn)足應(yīng)用導(dǎo)向、系列化、體系化發(fā)展的要求，在這一背景下，面向復(fù)雜航天器體系結(jié)構(gòu)框架的設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生，它對(duì)形成面向復(fù)雜航天器體系結(jié)構(gòu)、定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)體系頂層設(shè)計(jì)技術(shù)能力有重要意義。

目前，國(guó)外典型體系結(jié)構(gòu)框架包括:Zachman框架、DoDAF、MoDAF等［2］。國(guó)內(nèi)關(guān)于體系結(jié)構(gòu)框架的研究，大部分是基于DoDAF體系結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行應(yīng)用研究，這些研究主要關(guān)注各自的領(lǐng)域問(wèn)題，所構(gòu)建的體系結(jié)構(gòu)主要適用于所研究領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)方法不具有普適性，對(duì)航天器體系結(jié)構(gòu)構(gòu)造的參考性低［3-4］。同時(shí)，DoDAF體系結(jié)構(gòu)框架模型繁雜，工作量大，在開(kāi)發(fā)上容易造成數(shù)據(jù)丟失、不一致等問(wèn)題。還有些學(xué)者主要基于DoDAF體系結(jié)構(gòu)框架中作戰(zhàn)視角［5］或者服務(wù)視角［6］進(jìn)行應(yīng)用研究，用于構(gòu)建武器裝備體系等，這也是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，但航天器體系在需求統(tǒng)籌、任務(wù)規(guī)劃、資源部署等方面有別于武器裝備體系［7］，所以在模型定義、開(kāi)發(fā)方法和開(kāi)發(fā)步驟方面都有待研究。

本文在研究國(guó)內(nèi)外體系結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上，結(jié)合航天器體系的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)面向航天器的體系結(jié)構(gòu)框架(CSAF)，在研究體系結(jié)構(gòu)框架概念數(shù)據(jù)模型(CDM)的基礎(chǔ)上，提出體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的邏輯順序，同時(shí)基于統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML構(gòu)建海洋衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，最后利用仿真驗(yàn)證平臺(tái)Rhapsody驗(yàn)證模型構(gòu)建的正確性，從而證明CSAF設(shè)計(jì)的有效性。

1 面向航天器的體系結(jié)構(gòu)框架(CSAF)設(shè)計(jì)

1.1 航天器體系的特點(diǎn)

航天器體系是指由若干種不同類(lèi)型的航天器系統(tǒng)及地面系統(tǒng)組成的有機(jī)整體，系統(tǒng)之間相互協(xié)作，可對(duì)不同用戶(hù)提供特定功能和服務(wù)。

面向業(yè)務(wù)化應(yīng)用和綜合應(yīng)用，航天器體系主要有以下特點(diǎn):

1)航天技術(shù)的應(yīng)用需求多樣化，涉及領(lǐng)域廣。我國(guó)的民用空間系統(tǒng)在國(guó)土、測(cè)繪、交通、海洋、環(huán)保、氣象、農(nóng)業(yè)、統(tǒng)計(jì)、水利、林業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，僅遙感系統(tǒng)的需求就包括21個(gè)領(lǐng)域140余項(xiàng)。

2)為滿(mǎn)足各領(lǐng)域應(yīng)用需求，需要按照“一星多用、多星組網(wǎng)、多網(wǎng)協(xié)同、數(shù)據(jù)集成”的思路進(jìn)行航天器體系設(shè)計(jì)和優(yōu)化統(tǒng)籌，例如，遙感衛(wèi)星系統(tǒng)包括陸地觀測(cè)、海洋觀測(cè)、大氣觀測(cè)衛(wèi)星星座等，衛(wèi)星星座在承擔(dān)各自觀測(cè)任務(wù)的同時(shí)，也和其他星座聯(lián)合組網(wǎng)觀測(cè)，完成特定任務(wù)。由此可見(jiàn)，滿(mǎn)足上述要求的航天器體系組成更加復(fù)雜，體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大。

3)航天器技術(shù)種類(lèi)多、涉及面廣，從研制生產(chǎn)到應(yīng)用，專(zhuān)業(yè)配套和社會(huì)協(xié)作面廣。

4)航天器體系的研制、發(fā)射、應(yīng)用等需要天地一體化協(xié)同配合，衛(wèi)星、空間站等空間航天器的研制應(yīng)用，和發(fā)射場(chǎng)、衛(wèi)星運(yùn)控中心、接收站等地面系統(tǒng)的建設(shè)必須保持協(xié)同發(fā)展，構(gòu)成具有航天特色的體系構(gòu)建模式。

1.2 構(gòu)建面向航天器的體系結(jié)構(gòu)框架(CSAF)

面向航天器的體系結(jié)構(gòu)框架是航天器體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的規(guī)范、指南和工具，全面、系統(tǒng)地闡述開(kāi)發(fā)航天器體系結(jié)構(gòu)過(guò)程中常用的方法、體系結(jié)構(gòu)視角和模型，為特定任務(wù)的體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)和綜合集成提供一個(gè)共同的基準(zhǔn)。

本文按照2+4的視角進(jìn)行航天器體系結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)，其中，“任務(wù)視角、能力視角、活動(dòng)視角、系統(tǒng)視角”是體系結(jié)構(gòu)框架的主干內(nèi)容，分別從型號(hào)任務(wù)、技術(shù)能力、業(yè)務(wù)活動(dòng)、物理資源等4個(gè)方面綜合反映體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù);“全景視角、標(biāo)準(zhǔn)視角”是體系結(jié)構(gòu)框架的通用視角，奠定體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)和制定航天技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。如圖1所示。

結(jié)合航天器體系的特點(diǎn)，對(duì)各視角下的模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1)全景視角:構(gòu)建概述和摘要信息模型，明確航天器體系設(shè)計(jì)的背景、研究目的等基礎(chǔ)信息，同時(shí)構(gòu)建綜合詞典，記錄構(gòu)建航天器體系結(jié)構(gòu)采用的術(shù)語(yǔ)和縮略詞，建立綜合詞典數(shù)據(jù)庫(kù)。

2)標(biāo)準(zhǔn)視角:設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)配置文件和標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)兩個(gè)模型，規(guī)范航天器體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)中涉及到的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和非技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)預(yù)測(cè)未來(lái)對(duì)航天器體系設(shè)計(jì)有影響力的標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 航天器體系結(jié)構(gòu)框架各視角關(guān)系圖

3)任務(wù)視角:任務(wù)視角模型是對(duì)概述和摘要信息模型中任務(wù)背景的擴(kuò)展，以進(jìn)一步明確各主體承擔(dān)的任務(wù)。構(gòu)建使命任務(wù)模型和航天職能任務(wù)模型，設(shè)計(jì)航天職能任務(wù)對(duì)使命任務(wù)的支撐模型，明確各類(lèi)任務(wù)的主體，搭建不同領(lǐng)域、不同專(zhuān)業(yè)人員之間的溝通聯(lián)系，使航天技術(shù)的應(yīng)用更具針對(duì)性。

4)能力視角:在制定航天器體系的任務(wù)后，需要制定航天器體系的業(yè)務(wù)輸出和能力。設(shè)計(jì)能力構(gòu)想模型，確定能力開(kāi)發(fā)的戰(zhàn)略背景和高層目標(biāo);構(gòu)建能力分類(lèi)、能力隸屬模型，將任務(wù)中涉及的各學(xué)科、各專(zhuān)業(yè)航天技術(shù)能力具體化、體系化，以滿(mǎn)足航天器體系能力戰(zhàn)略需求;在高層目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下，構(gòu)建能力階段劃分模型，劃分航天器體系能力實(shí)現(xiàn)的時(shí)間階段和要求。

5)活動(dòng)視角:構(gòu)建活動(dòng)視角模型，從邏輯層面分析完成任務(wù)應(yīng)當(dāng)采取的活動(dòng)，以及滿(mǎn)足能力需求的過(guò)程信息。首先設(shè)計(jì)高級(jí)活動(dòng)概念圖，劃定業(yè)務(wù)活動(dòng)范圍;然后構(gòu)建活動(dòng)節(jié)點(diǎn)連接圖、活動(dòng)信息交換矩陣模型，定義活動(dòng)范圍內(nèi)完成任務(wù)的邏輯節(jié)點(diǎn)，研究邏輯節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作及屬性;進(jìn)而構(gòu)建活動(dòng)模型，設(shè)計(jì)系統(tǒng)完成任務(wù)進(jìn)行的活動(dòng);最后構(gòu)建組織關(guān)系模型，明確航天器體系的組織管理模式。

6)系統(tǒng)視角:系統(tǒng)視角是從物理層面對(duì)航天器體系的描述，部署支撐完成任務(wù)和滿(mǎn)足能力需求的物理資源。設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成模型，研究航天器體系的物理組成;構(gòu)建系統(tǒng)資源流描述、系統(tǒng)資源流矩陣模型，規(guī)范物理資源之間的信息交換;根據(jù)體系任務(wù)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能模型、系統(tǒng)度量模型，研究航天器的各項(xiàng)功能以及詳細(xì)參數(shù)，合理規(guī)劃航天器的使用、設(shè)定航天器運(yùn)行參數(shù)，節(jié)約運(yùn)行成本;設(shè)計(jì)系統(tǒng)技術(shù)和技能預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)分析未來(lái)的航天技術(shù)對(duì)航天器體系的影響。

7)支撐模型和功能性描述模型:航天器體系結(jié)構(gòu)框架中，“任務(wù)視角、能力視角、活動(dòng)視角、系統(tǒng)視角”組成體系結(jié)構(gòu)框架的主干內(nèi)容，設(shè)計(jì)視角之間的支撐模型，搭建主干內(nèi)容之間的聯(lián)系，形成以任務(wù)為目標(biāo)，以數(shù)據(jù)為中心的體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)模式。從邏輯和物理層面設(shè)計(jì)活動(dòng)視角、系統(tǒng)視角的功能性描述模型，構(gòu)建活動(dòng)規(guī)則模型和系統(tǒng)規(guī)則模型，設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行的業(yè)務(wù)規(guī)則和資源約束;構(gòu)建活動(dòng)和系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變描述模型，描述邏輯節(jié)點(diǎn)和物理資源對(duì)不同事件響應(yīng)的狀態(tài)變化，以及構(gòu)建活動(dòng)和系統(tǒng)事件跟蹤描述模型，用圖形化的方式描述系統(tǒng)突發(fā)事件對(duì)邏輯節(jié)點(diǎn)和物理資源的影響。

面向航天器的體系結(jié)構(gòu)框架各視角下模型、模型符號(hào)如表1所示。

表1 航天器體系結(jié)構(gòu)框架

2 面向航天器的體系結(jié)構(gòu)框架(CSAF)應(yīng)用技術(shù)

2.1 面向航天器的體系結(jié)構(gòu)框架(CSAF)的概念數(shù)據(jù)模型(CDM)

CSAF的概念數(shù)據(jù)模型是對(duì)CSAF框架模型中基本元素的完善和擴(kuò)展，描述框架理論中各視角模型的關(guān)鍵數(shù)據(jù)元素及其之間的關(guān)系，用于制定體系結(jié)構(gòu)框架中模型的構(gòu)建順序。

CSAF的概念數(shù)據(jù)模型包括6個(gè)視角中29個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)元素，是描述模型的模型，如圖2所示。概念數(shù)據(jù)模型是概念模型，提供如何組織體系結(jié)構(gòu)信息的概念視角，是建立體系結(jié)構(gòu)關(guān)鍵的、共用的、最少的信息基本要素的集合。

2.2 面向航天器的體系結(jié)構(gòu)框架(CSAF)的邏輯開(kāi)發(fā)順序研究

在分析航天器體系結(jié)構(gòu)框架概念數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，以體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)為中心，根據(jù)模型之間的依賴(lài)關(guān)系，構(gòu)建航天器體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)邏輯順序。首先以概述與摘要模型(QS-1)為起點(diǎn)，再開(kāi)發(fā)體系結(jié)構(gòu)中的其他模型［8］，如圖 3 所示，RS-3、NS-6、NS-5、XS-5 等支撐模型表示開(kāi)發(fā)兩個(gè)指向模型后，再聯(lián)合開(kāi)發(fā)此模型。

3 面向航天器的體系結(jié)構(gòu)框架(CSAF)的應(yīng)用

本文以海洋衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)為研究對(duì)象，以全球海域觀測(cè)任務(wù)為背景，基于UML統(tǒng)一建模語(yǔ)言［9］構(gòu)建相應(yīng)的體系結(jié)構(gòu)模型，使用開(kāi)發(fā)軟件Enterprise Architect(EA)實(shí)現(xiàn)。

3.1 開(kāi)發(fā)任務(wù)視角模型，細(xì)分型號(hào)任務(wù)

依據(jù)海洋觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)，構(gòu)建航天職能任務(wù)模型(RS-2)，得出海洋衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)完成全球海域觀測(cè)任務(wù)中的航天職能任務(wù)，航天職能任務(wù)包括利用衛(wèi)星支撐海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋權(quán)益維護(hù)、海洋環(huán)境保護(hù)、海域使用管理、海上執(zhí)法監(jiān)察、海洋資源調(diào)查與服務(wù)等6個(gè)方面，基本滿(mǎn)足應(yīng)用部門(mén)對(duì)海洋衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)的要求。

3.2 開(kāi)發(fā)能力視角模型，明確所需的體系能力

海洋衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的體系能力體現(xiàn)在海洋衛(wèi)星有效載荷對(duì)地觀測(cè)能力方面，以完成航天職能任務(wù)為目標(biāo)，構(gòu)建能力隸屬關(guān)系模型(NS-4)，合理規(guī)劃航天器體系能力?；诤Ｑ笮l(wèi)星觀測(cè)任務(wù)，從海洋衛(wèi)星自身有效載荷的性能出發(fā)，綜合分析海洋衛(wèi)星有效載荷的對(duì)地觀測(cè)能力，形成海洋衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)能力群，支持體系完成6項(xiàng)航天職能任務(wù)，搭建能力視角和任務(wù)視角模型數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，如圖4所示。

圖2 面向航天器的體系結(jié)構(gòu)框架的概念數(shù)據(jù)模型

圖3 航天器體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)邏輯順序圖

3.3 開(kāi)發(fā)活動(dòng)視角模型，梳理系統(tǒng)運(yùn)行流程

活動(dòng)視角描述系統(tǒng)運(yùn)行涉及的各項(xiàng)業(yè)務(wù)活動(dòng)，開(kāi)發(fā)活動(dòng)視角模型，提供滿(mǎn)足體系能力需求的過(guò)程、信息、實(shí)體以及它們之間的互操作性。

1)高級(jí)活動(dòng)概念圖(HS-1)

分析航天器體系結(jié)構(gòu)涉及的研究范圍，研究體系結(jié)構(gòu)主要的業(yè)務(wù)活動(dòng)，基于衛(wèi)星運(yùn)行過(guò)程、資源配置等活動(dòng)背景想定，以航天科研院所等6個(gè)參與者、以海洋衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)等9個(gè)用例構(gòu)建高級(jí)活動(dòng)概念圖，如圖5所示。

2)活動(dòng)模型(HS-5)

海洋衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)的活動(dòng)模型建立在對(duì)高級(jí)活動(dòng)概念模型分析的基礎(chǔ)上，其目的是對(duì)系統(tǒng)如何滿(mǎn)足任務(wù)要求、如何利用物理資源滿(mǎn)足能力需求進(jìn)行邏輯分析。采用帶泳道的UML活動(dòng)圖描述活動(dòng)模型可以明確完成任務(wù)所需要采取各項(xiàng)活動(dòng)的行為主體，如圖6所示。

圖4 能力隸屬關(guān)系模型圖

圖5 高級(jí)活動(dòng)概念模型圖

3.4 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)視角模型，部署支撐體系能力、業(yè)務(wù)活動(dòng)的系統(tǒng)物理組成

通過(guò)建立系統(tǒng)模型，研究各組成資源的數(shù)據(jù)流向、系統(tǒng)功能和系統(tǒng)功能對(duì)業(yè)務(wù)活動(dòng)的支持等問(wèn)題，有利于海洋衛(wèi)星的規(guī)劃、部署等，有利于分析系統(tǒng)物理資源的變化對(duì)海洋衛(wèi)星全球海域觀測(cè)能力的影響。

1)系統(tǒng)組成描述(XS-1)

圖6 活動(dòng)模型圖

系統(tǒng)組成描述圖使用UML組件圖來(lái)描述，根據(jù)研究目的劃分研究范圍，本文選取遙感衛(wèi)星主載荷作為對(duì)地觀測(cè)遙感器，選取主服務(wù)器作為地面應(yīng)用系統(tǒng)物理組成，海洋衛(wèi)星以及地面應(yīng)用系統(tǒng)均設(shè)置必要的接口(供給類(lèi)和需求類(lèi))，端口的流向表明系統(tǒng)資源流的流向，如圖7所示。

2)系統(tǒng)功能描述(XS-4)

系統(tǒng)功能描述模型通過(guò)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖描述系統(tǒng)資源擁有哪些功能，支持系統(tǒng)完成相應(yīng)的業(yè)務(wù)活動(dòng)，在圖7的基礎(chǔ)上，按照空間系統(tǒng)A、地面應(yīng)用系統(tǒng)B兩方面進(jìn)行分析，空間系統(tǒng)功能包括有效載荷對(duì)地觀測(cè)功能A1、衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸功能A2、衛(wèi)星運(yùn)行軌道和姿態(tài)調(diào)整功能A3、衛(wèi)星數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能A4、衛(wèi)星通信功能A5等，地面應(yīng)用系統(tǒng)包括衛(wèi)星遙控功能B1、衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收功能B2、衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理功能B3、數(shù)據(jù)資料存檔分發(fā)功能B4、地面系統(tǒng)通信功能B5、衛(wèi)星載荷輻射校正功能B6等。

3)系統(tǒng)功能對(duì)活動(dòng)追溯矩陣(XS-5)

基于圖6，構(gòu)建系統(tǒng)功能對(duì)活動(dòng)追溯矩陣，以明確完成職能任務(wù)所應(yīng)采取的業(yè)務(wù)活動(dòng)對(duì)系統(tǒng)物理資源的部署需求，搭建系統(tǒng)視角和活動(dòng)視角模型數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

如表2所示，矩陣的“列”為圖6中活動(dòng)圖的活動(dòng)單元:發(fā)送遙控指令1、接收衛(wèi)星運(yùn)行參數(shù)2、改變衛(wèi)星運(yùn)行參數(shù)3、實(shí)施對(duì)地觀測(cè)4、地面站接收衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)5、輻射校正和真實(shí)性檢驗(yàn)6、原始數(shù)據(jù)預(yù)處理7、對(duì)地觀測(cè)資料處理8、對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)存檔9;矩陣的“行”為系統(tǒng)功能單元，(限于篇幅，未列出全部活動(dòng)單元和功能單元)。

4 基于Rhapsody的模型仿真驗(yàn)證

本文在CSAF框架的指導(dǎo)下構(gòu)建海洋衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，所構(gòu)建體系結(jié)構(gòu)模型需要基于Rhapsody的仿真驗(yàn)證平臺(tái)，利用其仿真驗(yàn)證功能，對(duì)其模型的正確性和合理性進(jìn)行驗(yàn)證，從而證明體系結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)的有效性和適用性。

Rhapsody仿真驗(yàn)證平臺(tái)具有遵循UML2.0的模型驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)(MDD)環(huán)境，并提供完備的模型驗(yàn)證功能。Rhapsody主要有兩種不同的驗(yàn)證方式:1)語(yǔ)法驗(yàn)證，利用代碼生成、編譯、運(yùn)行方式檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷男问交Z(yǔ)法;

2)語(yǔ)義驗(yàn)證，基于人機(jī)界面的交互仿真，驗(yàn)證模型的規(guī)則正確性、邏輯的可行性［10］。由于Rhapsody本身沒(méi)有編譯器，本文將VC++軟件的編譯器通過(guò)Rhapsody的IDE功能與軟件對(duì)接，利用VC++的編譯器對(duì)模型生成的代碼進(jìn)行編譯。

圖7 系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)示意圖

表2 系統(tǒng)功能對(duì)活動(dòng)追溯矩陣示意表

模型的驗(yàn)證是基于用例進(jìn)行的系統(tǒng)功能性驗(yàn)證，驗(yàn)證構(gòu)建的系統(tǒng)能否滿(mǎn)足用例需求［11］，本文選擇用例“海洋衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)”進(jìn)行模型驗(yàn)證。

1)語(yǔ)法驗(yàn)證。首先基于HS-1模型，在Rhapsody中構(gòu)建用例“海洋衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)”，然后對(duì)用例進(jìn)行分析，基于HS-5模型，設(shè)計(jì)為滿(mǎn)足該用例系統(tǒng)需要完成的活動(dòng)，即構(gòu)建活動(dòng)圖;基于XS-5模型，設(shè)計(jì)完成活動(dòng)所需要的系統(tǒng)組件，即構(gòu)建組件圖;使用Rhapsody的SEToolkit組件對(duì)活動(dòng)圖生成代碼，并通過(guò)VC++進(jìn)行編譯，進(jìn)行形式化語(yǔ)法和語(yǔ)義的檢測(cè)，結(jié)果會(huì)在Rhapsody操作界面顯示出來(lái)，如圖8所示，語(yǔ)法和語(yǔ)義正確表明編譯成功，進(jìn)入下一步。

2)語(yǔ)義驗(yàn)證?；跇?gòu)建的狀態(tài)圖、組件圖，使用組件SE-Toolkit生成用例“海洋衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)”的順序圖，描述為完成該用例系統(tǒng)需要和參與者之間進(jìn)行交互的消息、系統(tǒng)操作，即狀態(tài)圖運(yùn)行的仿真順序圖，如圖9所示，檢查生成的仿真順序圖，對(duì)比系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的分析順序圖，得知模型設(shè)計(jì)準(zhǔn)確，從而證明CSAF框架設(shè)計(jì)的有效性。

圖8 語(yǔ)法驗(yàn)證結(jié)果圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文基于體系結(jié)構(gòu)框架理論，提出面向航天器的體系結(jié)構(gòu)框架(CSAF)，選取7個(gè)模型用于構(gòu)建海洋衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，從任務(wù)、能力、活動(dòng)、系統(tǒng)等視角描述系統(tǒng)的組成單元，并構(gòu)建了各組成單元之間的關(guān)系，使得海洋衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)形成一個(gè)有機(jī)整體，并通過(guò)Rhapsody仿真驗(yàn)證平臺(tái)驗(yàn)證了模型的正確性，從而證明了CSAF框架設(shè)計(jì)的有效性。實(shí)例證明，針對(duì)大型航天復(fù)雜系統(tǒng)，應(yīng)用CSAF理論，可以從不同視角描述復(fù)雜系統(tǒng)，為航天器體系的分析、設(shè)計(jì)、研發(fā)和應(yīng)用等奠定基礎(chǔ)，也提高了航天器體系的可重用性和可維護(hù)性。

圖9 語(yǔ)義驗(yàn)證結(jié)果圖

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