[发明专利]一种基于SysML定义无人机系统架构元模型的方法

说明书

本发明公开了一种基于SysML定义无人机系统架构元模型的方法，属于无人机领域，具体过程为：首先，定义无人机系统的包括飞行器平台、有效载荷、控制元素、通信、支持设备和人因元素在内的六个架构元素；并利用SysML的块定义图定义六个架构元素的属性和行为；同时，用SysML的内部块图定义六个架构元素之间的接口关系；进一步利用接口模块定义六个架构元素之间交互的数据；最后，不同用户根据各自的实际需求，从六个架构元素中选择自己需要的元素，并按照元素的接口关系进行数据的交互，搭建含有不同架构元素的无人机系统。本发明可按照联合作战要求和系统功能配置需求，快速配置不同构型的无人机系统方案，实现了无人机系统方案的快速迭代。

技术领域

本发明属于无人机(UAS：Unmanned Aerial Vehicle)领域，涉及SysML(SystemsModeling Language)语言、无人机系统与子系统的架构和元模型，具体是一种基于SysML定义无人机系统架构元模型的方法。

背景技术

国际开放组织(OMG)定义的SysML是一种可视化建模语言，它扩展了UML 2.0，支持复杂系统的需求、分析、设计、验证和确认，SysML中包含的9种模型图如图1所示。

系统结构由块定义图和内部块图表示，块定义图描述系统层次结构和系统/组件的分类。内部块图根据系统的部件、端口和连接器来描述系统的内部结构。《block》是SysML中的基本结构单元，可用于表示硬件、软件、设施、人员、数据或任何其他系统元素。

无人机系统架构元模型是完整地描述了UAV(Unmanned Aerial Vehicle)系统、子系统组成层级以及关键的属性、行为、接口和数据等多维度的模型。

公开号：CN111930345A的专利申请提出了《一种基于SysML的无人机系统建模方法、装置及可读存储介质》，通过建立umlprofile，扩展uml元模型并定义数据类型，进一步建立模块定义图、内部模块图和参数图，用于描述无人机系统及任务的结构模型。公开号：CN112597315A的专利申请提出了《一种基于SysML元模型本体的系统模型图谱构建方法》，通过构建SysML元模型本体，基于关系集合的实体对齐、基于规则推理的图谱补全来实现多图谱的融合，拓展和完善了MBSE理论体系，为复杂产品的系统模型有效组织和重用提供一种有效的方法和途径。

但是，上述文献中前者侧重于定义的数据类型对无人机系统建模的应用，后者侧重于将构建SysML的元模型补全系统模型图谱，均并未从多维度且全面的表达UAV系统架构元模型。

发明内容

本发明针对依据作战能力和指标需求定义无人机的系统架构，不同构型的无人机需分别开展其系统架构方案定义，导致研制周期长的问题，提出了一种基于SysML定义无人机系统架构元模型的方法，为不同构型的无人机系统架构设计提供了架构模型库，可有效缩短UAS设计周期，为架构方案的快速迭代提供基础。

所述定义无人机系统架构元模型的方法，具体步骤如下：

步骤一、定义无人机系统的六个架构元素；

元素包括：飞行器平台、有效载荷、控制元素、通信、支持设备和人因元素。

其中，飞行器平台包括平台本身、推进系统、航电系统、燃油系统、天线和导航系统等；有效载荷是允许UAS完成其使命的设备，分为传感器、中继、武器和货物四类；控制元素通常为地面控制系统；通信包括飞行器平台与控制元素之间进行通信的各种方式；支持设备包括运输、维修、发射和回收UAS所需的各种设备；人因元素包括但不限于操作人员(飞机和/或有效载荷)、维护人员、使命任务指挥官和图像分析人员，以及相应的人机交互界面。

步骤二、利用SysML的块定义图定义六个架构元素的属性和行为；

每个架构元素的属性都包括值属性和操作属性；