（机械工程专业论文）卫星工程大总体信息集成系统关键技术研究.pdf

国防科学技术大学研究生院学位论文 f i n a l l y ，t h ei n t e g r a t i o n sd o c u m e n ti n f o r m a t i o n i n t e g r a t e ds o f t w a r e s y s t e m ( i d i i s s ) o ft h es a t e l l i t e s p a c e f l i g h tp r o j e c t a r ep l a n n e da n d a c c o m p l is h e d k e y w o r d s ：s a t e l l i t e s p a c e f l i g h tp r o j e c ti n t e g r a t i o n ， i n f o r m a t i o n i n t e g r a t e ds y s t e m ， i t e mi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n ， a c c e s sc o n t r 0 1 ，d a t ab a c k u p a n dr e c o v e r ， g e n e r a t ed o c u m e n t s ，i n t e g r a t e df r a m e w o r k 第1 i i 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 1 1 1 课题来源 第一章绪论 1 1 课题来源与选题背景 本课题来源于“十五”国防武器装备研究项目一一总装航天研发中心“三化”研 究课题“军用卫星工程通用化文档集成系统”。课题针对卫星工程大总体的信息集成管 理的需要，着力于卫星工程大总体信息集成系统及相关技术的研究。 1 1 2 选题背景 人类战争在经历了以能量为特征的热兵器时代以后，现在已经进入了一个以信息 流为特征的高科技形态战争时代，即信息时代。随着空间技术的发展，各种用途的 军用卫星已成为军事上不可缺少的组成部分。从海湾战争到科索沃战争和伊拉克战争， 军用导航卫星、侦察卫星、气象卫星和通信卫星等卫星系统逐步从战略应用扩展到战 术应用，直接为作战部队提供了通信、侦察、预警、导航和气象等方面的支援，对战 争的进程和最终胜负起了重要的作用。因此，卫星研制成为世界军事发达国家竞相研 究的热门课题。 卫星工程是卫星研究的重要环节，包括立项、可行性论证、方案论证、初样研制、 正样研制和在轨测试等阶段。3 。其中立项阶段是对准备研制的卫星型号进行任务分析 的阶段，包括需求分析、轨道选择、总体方案设想、卫星构形设想、关键技术分析等； 可行性论证阶段是根据国家规划，对准备进行研制的卫星型号作综合分析、全面论证 和卫星型号任务立案的阶段；方案阶段是卫星型号研制的技术决策阶段，自国家下达 型号研制任务开始，包括方案论证、方案设计和模样研制，并提出对发射测控系统的 初步要求；初样阶段是卫星型号的工程研制阶段，包括初样设计、试制和试验，其任 务是用工程样机对设计、工艺方案进行实态验证，进一步完善方案，为正样研制提供 全面、准确的数据；正样阶段是提供正式样机，全面检验卫星性能的阶段，包括正样 设计、正样试制和正样检验试验、飞行试验，其任务是在修改初样设计的基础上研制 正样，进行飞行试验，全面鉴定产品的设计和工艺；在轨测试阶段是卫星入轨后进行 第l 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 飞行试验和在轨测试的阶段，在达到研制任务书的要求后，便可交付使用部门， 进入使用改进阶段。 卫星工程大总体规定了各阶段工作内容及联系，大总体与各阶段分系统之间需进 行各项试验数据、工程进度计划、系统接口标准、工程技术流程、设计方案、技术报 告等等大量信息数据的交互。但是，目前大总体与各阶段分系统相互之间彼此独立， 数据分散，难以进行交互和管理，导致了应用层面上的各系统部门之间存在所谓的信 息孤岛。 因此，要实现卫星工程快速研制，消除信息孤岛的现象，加快各种信息在各系统 间流通的速度，就必须开展大总体的信息集成系统技术研究，突破大总体信息集成系 统关键技术研究，实现大总体与各阶段分系统之间的信息共享、功能交互，为提高卫 星工程大总体的工作效率，减少工作人员在编写工程大总体方案、编拟试验大纲、编 制工程技术手册、协调系统间的技术、计划进度等工作中不必要的重复劳动，确保数 据资料管理的安全性，创造良好的信息共享环境，提供了有力的支持。课题对推动卫 星工程信息化进程具有重要的意义。 1 2 国内外研究成果和发展状况概述 1 2 1 国内外的研究成果 目前，西方发达国家，特别是美国的卫星航天事业取得了令人瞩目的成就，他们 在卫星研制管理方面具有丰富的经验，并取得了一定的研究成果，其中美军在卫星项 目管理领域已经形成了较为完善、合理、高效的管理体制3 1 ，实现了各种面向卫星研 制过程中的信息管理系统的研究4 1 。 国内的航天工业已开展了卫星设计集成系统的研究，并取得了相当的成果。神舟 a v i d m 系统是航天7 1 0 研究所信息中心开发的、基于w e b 的企业级协同产品研制管理 系统。实施a v i d m 工程的目的是形成以计算机信息技术为基础的现代化型号研制生产 能力，以提高卫星型号研制生产的整体水平、缩短研制周期、提高质量和降低成本， 增强集团公司在国内外市场的竞争能力和快速市场反应能力5 1 。但是a v i d m 系统也存 在一些待改进的方面，例如a v i d m 系统支持的统一浏览的文档格式过于单一，目前仅 限于o f f i c e 文档格式；a v i d m 系统尚未采取健全的安全访问机制等等。 国内外与课题研究相关的技术研究综述如下： 第2 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 1 、项目信息集成技术 为实现信息集成系统和项目管理系统( p m ) 中的项目资源的统一调配，使项目资源 信息保持一致，就必须要进行系统问的项目信息集成，针对项目信息集成技术的研究 成果主要包括： l o u c o p o u l o s 、z i c a r i 等人讨论了项目软件与工程信息系统集成的必要性和重要 性，研究了利用o d b c 等方法实现项目管理软件和工程信息系统的集成方法【6 】； 王玉茂、薛善良、陈蔚芳等讨论了项目管理思想和技术在产品开发中的应用，分 析了现有p d m 系统和p m 系统的各自功能特点以及系统集成需求，构造了p m 系统与p d m 系 统的集成框架，并详细研究了各集成接口模块的工作原理【7 】； 万立、乔新愚、吴义忠提出了多资源约束条件下的项目管理中任务调度优化方法， 研究了组件技术在p d m 系统与项目管理系统进行项目信息集成中应用【8 】。 2 、安全访问控制技术 在基于w e b 的信息系统中，由于网络信息的共享特性，w e b 系统的安全问题越来越 突出，安全性研究越来越重要，对用户访问进行控制是保证系统安全的重要措施之一， 因此，在信息系统中对安全访问控制技术的研究越来越广泛，主要包括： 高正宪、李中学等人针对w e b 环境下系统的安全问题，提出了一种改进的、更加完 善的方案【9 】； 吕宜洪、宋瀚涛、龚圆明等人研究和探讨了实际应用中的用户权限及访问控制问 题 1 0 ： 桑艳艳、臧婉瑜、谢俊元等分析了传统的t c p i p 协议存在诸多的安全问题，研究 了在传统的t c p i p 协议实现中增加自主访问控制和强制访问控制方法1 ； s t a l l i n g s 等人分析了网络中存在的不安全因素，提出了网内访问和网间访问的访 问控制模型1 2 1 ； d a nt h o m s e n 、r a v is a n d h u 等人在分析i n t r a n e t 环境下的企业信息安全的基础上， 利用基于角色的访问控制模型，结合企业的组织功能机构，建立了角色树，通过角色 树建立了角色和权限之间的对应关系【1 3 【1 4 1 。 3 、数据备份与恢复技术 为了保障系统数据的安全性，任何一个完善的信息集成系统都必须具有信息数据 的备份和恢复功能，针对数据备份与恢复技术的研究成果主要包括： 第3 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 周士伟、杨文利、李丽萍等研究了企业管理信息系统建设中大型关系型数据库数 据备份的策略和方法1 5 l ； s t e v e 等人提出从需求分析，备份软、硬件，存储备份策略，制度规章等几个方面 进行全方位的考虑，以建立可靠的网络数据备份系统【1 6 】； 王琴、宋顺林研究了数据库的备份原理并讨论了数据库o r a c l e 的多种备份策略及 各自的特点和适用情况【1 7 1 ； 丁晓红等分析研究了网络环境下数据备份的重要性、数据备份的目的、数据失效 的原因以及数据备份和恢复的策略1 8 】。 4 、文档生成技术 为提高信息集成系统涉及的文档编写的工作效率，需要开展文档生成技术的研究， 文档生成技术的研究成果主要包括： 申立群、王金庄、赵红旗等研究了利用c 0 m 技术从处理数据、信息的应用程序中直 接生成标准w o r d 文档的原理和方法【1 9 】； 马秀春、吉宁、周成利等研究了利用0 l e ，在v i s u a lb a s i c 中嵌入w o r d 对象，动态 生成报表或文档，并实现预览和打印的方法【2 0 】： 王成志等在分析了各类工程设计与制造中易于利用计算机根据计算结果自动生成 各类工程技术文档的基础上，研究了利用工程计算中常用的计算机语言d e l p h i 编程实 现计算机自动生成w 0 r d 的工程技术文档的方法【2 1 】； s c h o t n e r 等人研究了基于事物特性表的主文档生成技术的基本原理和建模方法以 及具体的应用2 2 1 ； 余露、杨季文、钱培德等详细阐述了一套完整的科技论文文档类型定义( d o c u m e n t t y p ed e f i n i t i o n ，简称d t d ) 的开发过程，给出了科技论文的语义框架，并研究了基 于科技论文d t d 生成x m l 文档的方法，从而实现科技论文的语义标注2 引。 1 2 2 发展趋势 对于卫星工程大总相关体信息集成系统的技术，进一步研究的重点主要有： 1 、研究中间件、包装器的自动化或半自动化生成技术，特别是w e b 信息的自动 提取，以适应数据源的急剧增加和改变； 2 、研究高效的领域知识表达技术，以提高模型的表达能力： 第4 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 3 、研究文档等各种不同格式数据的信息管理与组织模式，以提高数据的共享程 度和协同能力。 1 3 课题研究的意义 l 、理论意义 本文以实现卫星工程大总体的信息集成与共享为目标，从我国卫星工程的信息管 理现状出发，充分分析大总体对信息集成与共享的需求，建立大总体信息集成系统的 总体框架，研究大总体信息集成系统实现的关键技术。本文的研究成果对于研究卫星 工程大总体的共用信息平台与分布在网络环境下异构计算机系统中的不同应用系统之 间的集成研究有着深远意义。 2 、实践意义 通过本项目的实施，可建立以计算机、网络、数据库为主要手段的支持卫星工程 大总体的信息集成管理平台；支持大总体工作流中所产生的数据、报告、工程图、模 型、声像文件、设计标准、手冕| 等信息数据的电子化管理、压缩加密、存储、访问控 制、查询、检索，实现大总体中的信息共享与集成，将有助于大总体工程研制的控制、 技术协调和管理，推进卫星工程资料信息系统的建设，提高数据的管理效率和自动化 处理水平，确保信息数据的可靠性与安全性，从而加快卫星型号的研制过程，为提高 我国卫星武器的军事对抗能力和未来卫星研制提供有力的辅助支持。 1 4 论文的主要内容和结构 按照课题的主要研究内客，将论文分为七个主要的章节，论文各章研究内容之间 的关系如图1 1 所示。 各章的内容如下： 第一章为绪论。介绍了课题的来源和选题依据，分析了卫星工程大总体信息集成 系统的需求以及信息集成技术的国内外研究现状，并指出了信息集成技术发展的趋势， 概述了课题的研究内容以及研究意义。 第二章为大总体的集成系统总体设计。首先结合分析大总体涉及的信息类型和信 息流程的特点以及信息集成管理系统的需求，设计了大总体信息集成系统的体系结构， 进而提出了集成系统的设计目标，分析了集成系统的总体功能，并确定了大总体信息 国防科学技术大学研究生院学位论文 第二章卫星工程大总体信息集成系统总体设计及关键技术 2 1 引言 卫星工程大总体是一个由多个分系统组成的大系统，在研究大总体系统时，不仅 要研究大总体的各个系统组成部分的性能，更需要研究在各个组成部分之间相互作用 和相互影响下形成整个系统的总体性能和功能。 大总体运行在分布式网络环境下，大总体与五大分系统之间需要进行大量的相互 协作及相互交互工作，这就需要将分析、评估、编制、协调等过程以及这些过程中所 涉及的资源、信息和应用集成起来，通过一个信息集成系统组织管理起来，从而实现 信息资源的共享和融合，加快各种信息在卫星工程各系统间流通的速度，提高大总体 系统的工作效率。本章根据卫星工程大总体信息集成的需求提出了卫星工程大总体信 息集成系统的总体设计方案，并对大总体信息集成系统研究实现中所涉及的关键技术 进行了分析论述。 2 2 卫星工程大总体的信息集成需求分析 2 2 1 卫星工程大总体工作中涉及的信息种类分析 大总体的工作协调过程实际上是在大总体和运载火箭、卫星、发射场、测控和应 用五大分系统间生成、转化和传递大量的信息流、物质流和能量流的协调过程。在整 个过程的各个阶段中信息流在传递的同时不断地扩充，将每个阶段产生的新的信息不 断地处理、融合、集成。 在大总体的工作流程中所涉及的信息主要包括各项试验数据、工程进度计划、五 大系统间接口标准、各类工程技术文件、管理文件、方案报告、编写规范等。这些信 息涉及的信息类型主要为包括各种不同数据格式的文件信息。其中大总体与各分系统 以及各个分系统之间的编写规范文件就有1 1 个之多，包括测控与地面应用系统接口控 制文件；测控与卫星系统接口控制文件；测控与运载火箭系统接口控制文件；工程大 总体方案标准编写规范；工程手册综合分册编写规范：火箭与发射场接口文件；卫星 第7 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 工程发射场合练大纲编写规范；卫星工程发射飞行大纲编写规范；卫星与地面应用系 统接口控制文件；卫星与发射场接口控制文件；卫星与火箭接口控制文件。另外，卫 星型号研制过程中所产生的大量的文件信息也是大总体与各分系统之间进行交互的重 要的信息来源。 卫星研制中产生的文件信息可分为工程技术文件体系及管理文件体系： l 、管理文件体系 卫星研制中应当编制许多管理文件以指导和协调研制活动，其中系统级的管理文 件、接口数据管理文件和产品保证文件有着重要的作用并具有其特点。 ( 1 ) 系统级管理文件 在方案阶段结束时，应当编制三份系统级管理文件，用来确定研制工作的组织、 分工、研制战略、工作分解、进度计划、产品配套矩阵及对工作的控制方法 2 4 1 。 卫星研制管理计划 这份文件应当建立卫星项目的基本管理要求及方法。它主要包括组织机构和分工、 项目研制、计划控制和成本控制等四部分。 卫星研制和试验计划这项计划应确定在卫星项目各个级别上应进行的研制和 试验 研制 解层 结构 置于 活动。这些活动的目的是要验证卫星在寿命期间的各项性能要求。本计划应包括 策略、研制阶段、系统工程、有效载荷的研制和试验，平台各分系统的研制和试 地面支撑设备的研制和试验，元器件采购活动和策略以及总装试验等。 卫星工作分解结构 工作分解结构是以产品为中心，对卫星工程包含的全部工作进行系统的有层次分 的一种谱系。能够清楚地反映产品和各种功能性服务工作之问的关联。工作分解 配以工作包和必要的数据库，可以将卫星的成本核查、进度控制以及人员考核等 更科学更系统的管理之下。 ( 2 ) 接口管理文件 卫星系统级接口管理文件有： 卫星与运载火箭的接口 卫星与地面测控系统的接口； 卫星与地面数据接收系统的接口 卫星与发射场的接口。 第8 页 验 a b c d 国防科学技术大学研究生院学位论文 设备级接口管理文件由1 1 种接口数据单组成。使用它们可以全面反映设备接口特 性数据，可以进行严格的状态管理，并保证接口数据协调工作的质量。它们是： a 机械特性接口数据单； b 设备示意图接口数据单； c 热特性接口数据单； d 热特性示意图接口数据单： e 电功率接口数据单： f 电特性接口数据单： g 电路方块图接口数据单： h 接插件表接口数据单； j 接插件接点分配接口数据单； k 遥测表接口数据单； 1 遥控指令表接口数据单。 工作说明文件 在研制卫星、卫星分系统及其设备时，应制定三项重要的文件，即合同正文、技 术规范和工作说明。工作说明确定了对研制工作的管理要求，如计划管理要求，产品 保证要求，应交付的产品及其交付要求，试验要求及培训、监造和技术转让要求等。 系统、分系统和设备的工作说明形成了一个树状文件，如图2 1 所示。这一树状文件的 编制应当自上而下地进行。顶层文件习惯上称为管理计划，而不称为工作说明。底层 文件习惯上称为工作包。工作包相当于一份派工单，描述了一项不可分割的基本任务 内容、交付形式及进度要求等。 第9 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 卫星工作分解结构 产品保证文件 卫星研制 管理计划 卫星研制和 试验计划 姿规控分系统 工作说明 电源分系统 工作说明 数管分系统 工作说明 热控分系统 工作说明 中央控制单元 工作说明 设置单元 工作说明 指令译码单元 工作说明 遥测编码单元 工作说明 有效载荷 工作说明 工作包 1 工作包 2 工作包 3 工作包 4 工作 n o n 图2 1 工作说明文件树 ( 4 ) 产品保证文件 卫星研制中应编制一系列产品保证文件，主要有产品保证大纲、产品保证基本要 求、设计评审程序、产品保证审查程序、最终项目产品验收程序、产品标志规定、文 件格式及分类等；质量保证、采购控制、入库检验、制造、总装和试验、环境控制、 不一致性处理及计量和校准；软件的质量保证；元件、材料和工艺的控制及管理等。 2 、技术文件体系 卫星研制中还要编制大量技术文件。其中四份系统级文件、规范树及评审数据包 等有十分重要的作用。 ( 1 ) 系统级技术文件 在方案阶段结束时应当编写四份系统级技术文件参加初样设计评审。它们是卫星 研制的技术指导文件。 卫星规范 这份规范应当确定所有的对卫星设计、性能、研制和试验的要求。它是卫星研制 的技术基础，应当包括： a 任务运行要求( 发射窗口、轨道覆盖、飞行程序、应急模式等) ； b 有效载荷性能要求： 第1 0 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 c 服务舱性能要求： d 设计和建造要求； e 电磁相容性要求； f 环境要求和产品保证要求等。 设计和建造规范 这份文件建立了各分系统应遵循 性和适当的相互作用。它主要包括通 和通用数据管理要求等。 电磁相容性规范 对卫星系统应当确定通用电磁相 磁相容性要求、与发射场电磁相容性 应当确定卫星系统电磁相容性试验要 对卫星分系统、设备以及卫星地 要求及试验准则。 的通用设计和接口要求；以确保它们之间的相容 用要求、机械要求、电接口要求、信号接口要求 容性要求、电磁干扰安全裕度要求、与运载的电 要求以及在轨环境电磁相容性要求等。此外，还 求，包括电磁相容性试验计划及试验方法。 面支撑设备也应确定通用的和特殊的电磁相容性 环境规范 这份文件应当确定卫星及其设备在整个寿命期间所要经历的各种环境条件以及 为了验证其性能而应进行的各种环境试验的要求。环境条件应当包括： 总装测试期间的环境条件； 运输和吊运期间的环境条件 发射前在整流罩中的环境条件； 从发射到星箭分离期间的环境条件； 在轨环境条件。 境试验要求应包括试验条件和试验内容。试验内容中应按系统、分系统和设备 分别论述。应当确定应进行何种试验及试验的级别。 ( 2 ) 规范树 系统级规范、分系统级规范和设备级规范建立了卫星各级的技术要求。图2 2 表示 了这一树状文件体系【2 4 1 。 图中顶层的“卫星应用系统规范”是通常所说的大总体规范，它确定了卫星应用 系统的全面要求及对其下五大系统的要求。 第1 l 页 乱 n 艮 出 乱 环 国防科学技术大学研究生院学位论文 图2 2 卫星工程中的规范树 ( 3 ) 设计评审数据包 按研制进程可划分为初步设计评审数据包、关键设计评审数据包和最终设计评审 数据包，评审数据包就是通常所说的技术方案报告。 在系统设计评审数据包中，应当论证系统要求实现的程度。主要内容有系统方案 的选择和任务分析；有效载荷的设计方案，分析、仿真和试验结果；姿轨控制方案及 分析和试验结果，电气设计，机械设计，热设计，星上数据管理方案，可靠性分析结 果，总装试验计划、技术流程和试验结果等。在数据包后应附有设计验证矩阵，单点 故障和关键项目清单等。 在分系统和设备的设计评审数据包中，除了应详细介绍它们的方案、构成、工作 原理、方块固，并定量分析各工作模式外，还应提出对机、电和热方面的接口要求， 详细论述影响各项重要性能的因素，实现它们的困难，所采取的措施、分析方法和结 果，仿真方法和结果以及试验方法和结果等。数据包后要附有接口数据单、f m e a f m e c a 、设计验证矩阵、元器件、材料和工艺表、单点故降和关键项目表。 ( 4 ) 试验大纲及细则 对卫星、分系统和设备都要编制试验大纲。评审通过后，要编制试验细则。这些 第1 2 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 2 2 2 信息集成系统的现状 卫星工程大总体的工吼曝囊眵疏相彩妻海凋赵强啊蠖! 囊弹鞠随f 耐习照鹣簖矗趟肇譬瑁崔罨擘套臻 旺丝鐾册链辫坦具签j 增兽盛囊繇剩譬削e 爱； 馨州；铃耍伶i 型一登及。寿聂； 溪籍受爨烘髫犁鬈莹茧掣j 翠埋秀整耀峙疆垲峪峪蟮彰蠹鲻耸函这样存在需要维护多份相同代码的问题，将统一浏览与圈阅、工作流、消息协 作等功能直接加入到a d d i n 中，还有可能引起p r o j e c t 的不稳定，为此最好是将这些功 能运行在另外的独立进程中。另外，还需要充分保留原有系统的独立性。为此本文采 用了如图3 2 所示 疚牟 用了如图32所示的集成模式，该集成模式具有耦合度低、工作量相对较小、稳定性好等优点。第2 6 页 x 国防科学技术大学研究生院学位论文 面上的集成，即进行功能集成和信息共享、数据通信，致使大总体中的各个应用系统 形成封闭的信息孤岛。 5 、无法控制信息数据的版本信息 在大总体的信息交互与传递过程中 如何管理和统计更改内容、更改时间以及 通知相关的使用部门与用户，保证信息数 息的不一致造成的工作错误，目前的信息 综上所述，由于目前的信息集成系统 并没有面向大总体的总体信息集成需求进 信息集成系统的要求。所以建立一种有效 工作过程进行集成，研究实现卫星工程大 数据文件可能会被修改或形成了新的版本， 数据文件各版本之间的差异等信息，以及时 据使用的一致性，从而避免由于数据版本信 系统仍然需要很大程度的改进。 只是应用在大总体的一些子系统和部门中， 行研究和实现，因此不能完全满足大总体的 的集成标准、集成机制将卫星工程大总体的 总体的信息集成系统势在必行。 2 2 3 卫星工程大总体信息集成系统的需求 大总体对于信息集成的需求包括信息资源的集成与信息应用的集成两方面，即不 仅要实现信息的传递和共享还要实现与其它应用系统的功能集成。因此，大总体的信 息集成系统的要求包括从信息的录入创建开始，经过数据组织处理( 压缩、加密、分 类、归档、存储) 到信息的查询、浏览、访问操作( 读取、修改提交) 、分析处理、产 生新的数据文件以实现信息的共享与再利用等。总之，为提高大总体的工作效率，保 证系统信息数据的高度安全，要求大总体的信息集成系统具有： 1 、符合卫星工程大总体要求的信息组织管理模式 由于大总体涉及信息的类型繁多，尤其图形与视频文件的空间占用大，就对信息 集成系 针对这 现代的 统组织方式的灵活性、存储容量伸缩性提出了要求。因此，信息集成系统如何 些信息进行有效的组织管理，以方便系统内信息的查询和利用是首要的问题。 信息组织管理方式主要有超文本组织方式、主题 x 国防科学技术大学研究生院学位论文 但是数据库管理模式对于文件的大小有限制，对于大型的集成系统也显得无能为力。 考虑到大总体对信息数据大存储量以及检索方式多样化的要求，结合各种组织方 式的优缺点，本系统对信息的组织管理采取了主题等级组织与数据库组织相结合的方 式，其中对于主题等级组织方式系统按项目、分类来定义，即按照卫星型号研制中项 目管理方式和用户自定义的分类方式进行信息的组织管理。 2 、统一的浏览圈阅环境 大总体工作过程中涉及大量的异构数据信息，主要有d o c 格式的文件信息，如 报告、计划等；有p d f 格式的文件信息，如设计标准、手册、技术规范等；有c a d 模型、试验数据等。这些不同格式的信息数据浏览圈阅需要不同的工具支持，如 w 0 r d 、u g 、a u t o c a d 等等，但这样存在着很多弊端：第一，对终端用户的要求较 高，必须熟练使用各种工具才能有效地利用信息；第二，对计算机终端要求较高，系 统终端必须安装必要的浏览工具才能操作文件。因此，开发一个统一浏览、圈阅的环 境对于提高工作效率，简化系统操作有着重要意义。 3 、足够的安全保障 随着i n t e r n e t 越来越遍及人们日常生活的各个角落，网络成为人们生活和工作中 重要的交流平台：越来越多的文件信息以电子文档的形式传输，越来越多的机构和个 人利用互联网来发布信息。随着资源共享的进一步加强，随之而来的信息安全问题却 日益突出。 据美国f b i 统计，美国每年因网络安全问题所造成的经济损失高达1 0 0 多亿美元， 而且还有日益增加的趋势。据权威统计2 0 0 0 年各种安全漏洞造成的损失中，3 0 一4 0 是由电子文件的泄露造成的；而f o r t u n e 排名前1 0 0 0 家的公司中，每次电子文件泄露所 造成的损失平均是5 0 万美元【2 6 】。 对于系统的信息安全，人们通常只会考虑系统外部的安全问题，对于系统内部的 信息泄露往往不能给予足够的重视。对 x 国防科学技术大学研究生院学位论文 及秘密：有的数据关系到战略方向的问题，密级很高。据统计，大总体工作流程中涉 密的信息占有很大的比例，但是如果把所有的信息数据全部按照高密级的要求来控制， 这样就会引起信息的流 x 国防科学技术大学研究生院学位论文 尽量采用具有自主版权的成熟技术，遵循已有的标准、规范，使系统能尽快投入实际 运行。 2 3 2 卫星工程大总体的信息集成系统总体设计 信息集成管理系统的定义是利用计算机技术 理者提供辅助管理与辅助决策服务的系统【27 1 。卫 是由卫星应用系统、测控系统、 密切相关和相互依存的部分组成 信息集成系统就是一个由人和计 息的收集、传输、存储、加工、 现代管理技术、计算机技术以及 这些信息进行有效地进行计划、 捷、有效的信息集成方式及手段 息保障系统。 通信技术、管理决策技术等，为管 星工程大总体作为卫星的上一层系统 卫星( 本体) 系统、运载工具系统、发射场系统等这些 的整体。按照信息集成系统的定义，卫星工程大总体 算机等组成的，能够进行卫星大总体工作所涉及的信 维护和使用的系统。它以网络、数据库为基础，利用 信息安全技术等，建立合理的信息集成模式，通过对 组织、协调、控制，为大总体工作人员提供方便、快 ，开发全面支持卫星大总体工作及卫星快速研制的信 大总体的信息集成系统是以实现信息层面和应用层面上的信息功能交互、信息共 享以及数据通信等三个方面的管理与控制为目标，是建立在开放、统一的结构上，集 信息集成、功能集成、消息协作功能、统一浏览圈阅、 功能为一体的软件平台。大总体信息集成系统是由支撑 信息系统以及人和组织等分系统组成的大系统，这些分 互影响和相互共存形成有机联系的整体。本文从系统的 安全访问控制功能、文档生成 系统、功能系统、应用系统、 系统相互作用、相互依赖、相 角度建立大总体的信息集成系 统总体框架如图2 4 所示。 如图2 4 所示，大总体集成系统采用多层体系结构。系统的最底层是网络数据库系 统，这是维持系统高效运行的基础，为了保证系统的可集成性，网络协议采用t c p i p ， 数据库选用成熟的d b m s 。其上是安全管理层，采用基于角色的访问控制模型，以保证 系统的安全性。 系统内部以基于消息的集成作为主要模式，消息协作平台包括消息通道、数据转 换和消息路由三部分，其中消息通道是指消息传输所需要的物理或逻辑的通道以及消 息的队列【28 1 ，系统采用的消息通道为s o c k e t ( t c p u d p ) 和s o a p0 v e rh t t p ( w e b s e r v i c e ) ，保证系统内各个分系统、子系统协同运行。数据转换是指将源格式的消息 第1 8 页 国防科学技术大学研究生院学应论文 转换成日标格式的消息的过程和机制：消息路由是确定消息传送的通道，一般是逻辑 的，以示与网络路由的不同。消息路m 只有在集成平台分布运行的情况下才有意义。 ：二j 垂墅亚墅堕蟹面i 砸坠耍堕互：二：二二 厂习面五丽库与存储素巯_ 网络、服务器系统环境( 软、碗什) 图2 4 卫星工程大总体信息集成系统总体框架 系统通过个性化服务配置层为不同的用广一定制其特殊需求，包括数搌库连接参 数、网络参数等参数的配置。在与外界系统集成方面，通用的d b m s 和一致的网络协议 是保证，并且通过基于w e bs e r v i c e 技术的数据网关，保证了互操作性。整个体系结 构体现了实用性与先进性的结合。 卫星工程大总体信息集成系统的主要应用功能包括信息管理、信息检索、系统维 护、统。浏览圈阅、文档生成、安全控制、消息协作等。 l 、信息管理 针对大总体涉及的信息类型特点和信息组织方式的要求，本文巾的大总体信息集 成系统中信息管理功能主要是文档信息的组织与管理。文档信息组织管理是通过对文 档属性、文档归档、文档版本控制等基础信息的组织与管理实现文档信息的共享与交 互。文档信息的组织管理技术已经在本课题组中得到研究和实现，参考文献0 2 9 】( 3 0 】。本 文针对大总体对项目资源的集成需求，研究讨论了项目信息的集成技术，即研究了艇 向火总体信息集成系统与项目管理应用系统的功能集成问题。 2 、信息检索 主要包括各类信息的查询、检索方法的实现，在本文中主要研究基于文档静态属 性的检索技术，基于文档动查星丝塑笪窒垫查塑茎主塞堂堂堕蜜鸯咀全皇：! 垒窒! i 二叠 第1 9 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 3 、统一浏览圈阅 本文实现了基于c i m m e t r ys y s t e m s 公司的可视化圈阅组件( a u t o v u e x 或者 j a v a b e a n ) 和a p i 函数库的统一浏览圈阅平台的开发，实现大总体系统中不同类型信息 数据的浏览圈阅。 4 、系统维护 系统维护包括基础信息管理及系统设置管理两个子模块，主要用来管理系统配置 信息。基础信息管理包括管理机构、用户、角色等基础信息以及维护用户角色的系统 访问权限：系统设置管理包括：数据库联接参数配置、网络参数配置、机构用户管理 及安全库配置四个子系统，主要用来管理系统配置信息。数据库联接参数配置是配制 客户端连接到数据库服务器所需的参数：网络参数配置是设置客户端连接到文件传输 服务或消息服务的端口信息；安全库配置是实现加密、解密算法替换的配置信息。 5 、安全控制 安全控制主要包括信息的加密传输、访问审计、安全访问控制和数据备份与恢复， 用来保证系统的安全性。系统支持p k i 技术、混合密码技术实现文档信息的加密：通 过安全服务实现加密信息的安全传输；通过对系统内所有的数据操作进行访问审计记 录作为安全事故检查的重要依据；通过安全访问控制技术控制用户对系统和数据的访 问操作；通过搭建大总体的数据备份与恢复平台，实现大总体数据的安全备份与恢复。 6 、文档生成 系统针对大总体文档生成的需求，设计了文档生成的几种不同方案，并通过分析 比较，得出了系统的文档生成方案。 7 、消息协作 本文通过建立一种消息协作机制用于集成大总体系统内外的消息交互，实现大总 体工作人员、系统和事务之问信息传递的实时性。消息协作过程指消息源发出发消息 请求，消息经过数据格式转换后经由消息服务通过消息通道将消息传送到定制消息的 用户端。 2 4 卫星工程大总体的信息集成系统中的关键技术 在大总体信息集成系统的研究实现过程中涉及到许多关键技术的研究与开发，其 第2 0 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 中主要的关键技术包括：项目信息集成技术、文档信息集成与管理技术、统一浏览集 成平台丌发技术、信息检索技术、系统安全访问控制技术、数据备份与恢复技术以及 义档生成技术等。其中一些技术已经在实验室课题组的理论研究和系统开发中得到实 现和应用，例如文档信息的组织管理技术，统一浏览基础平台开发，信息的各种检索 技术以及文档信息加密解密技术等等，具体内容请参考文献 2 9 3 0 。 剀此，本文所研究的大总体信息集成系统中的关键技术主要是信息管理功能模块 中的项目管理信息集成技术，安全控制功能模块中的数据备份与恢复技术，安全访问 控制技术以及文档生成功能模块中的文档生成技术。 1 、项目信息集成技术 项目管理是在大型工程的管理与建设中所广泛采取的管理手段。在卫星工程的实 施中也普遍采用了项目管理的方式，大总体的各分系统与部门都不同程度地使用了项 目管理软件，其中微软m i c r o s o f t 公司丌发的m i c r o s o f tp r ( 】_ j e c t 系统最为典型。由_ 丁i 在 大总体信息集成系统中也采用项目来组织管理数据，因此，在大总体信息集成系统与 p r o i e c t 等项目管理应用系统之间需要进行数据的共享和交互，即要实玑系统问的嵌套 调用，这就需要进行项目信息集成技术的研究和实现。本文在分析研了m i c r o s o f t p r o i e c t 的开发与集成机制基础上，给出了系统的集成方案。 2 、安全访问控制技术和数据备份与恢复技术 由于大总体中信息数据涉及到国家级别的安全，因此，对于大总体信息集成系统 来说，信息数据的安全是系统首要考虑的问题。要保证信息系统的安全，必须建立有 效的安全体制，信息安全策略突出地表现在三个方面：政策法规策略、管理安全策略 和技术安全策略。各种安全策略必须相互配合才能真正起到保护作用。从技术安全策 略的角度来考虑，目前的技术手段有：传输加密保护、存储加密保护、防电磁信息泄 漏、身份认证、访问控制、审计等”。 本文中建立的安全系统满足以下的需求： ( 1 ) 身份认证( a u t h e n t i c a t i o n ) ：在系统操作之前进行审查和证实对方身份，保证 合法用户才能访问系统及其资源。 ( 2 ) 访问控制( a c c e s sc o n t r 0 1 ) ：访问控制是指对合法用，! 进行数据操作权限的限 制。这种权限主要包括对信息资源的读、写、执行等。i q 以根据被访问客体的密级来 确定访问的主体，严格保证信息的传播范围。 第2 1 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 ( 3 ) 访问审计( a c c o u n t a b i l i t y ) ：访问审计是对各种涉及安全性的操作与事件的检 查、跟踪和记录，它能够提供信息系统安全事件的证明和依据。 ( 4 ) 信息有效( a s s u r a n c e ) ：是指在数据传输、处理过程中，验证接收方接收到的 数据就是发送方发送的数据，没有被篡改。 ( 5 ) 数据的备份与恢复( b a c k u pa n d r l c c o v e r y ) ：为保证信息系统中的数据在意外 损坏后能够完全恢复，甚至有时需要恢复整个系统就必须采取数据的备份与恢复手段。 以上几方面相互关联，互为补充。访问控制和数据的备份与恢复是系统安全保护 机制的核心，它保证了系统及其数据的安全。 3 、文档生成技术 在大总体的日常工作中各种文档的编写工作是非常繁琐的，为避免大总体工作人 员的不必要的重复性劳动，提高大总体的工作效率，采用文档生成技术是必需的。本 文针对大总体的文档编写的特点，提出了三种文档生成的设计方案，并通过分析比较 确定了系统的文档生成方案。 本章小结 本章首先分析了卫星工程大总体涉及的信息种类，指出文档类型的信息是大总体 中的主要信息类型，并对卫星型号研制中的设计与管理文件体系进行了研究。然后， 在分析现有的信息集成系统的不足和大总体对于信息集成的需求基础上，建立了卫星 工程大总体信息集成系统的总体框架，设计了以信息管理、信息检索、系统维护、消 息协作、安全管理、综合查询和文档生成等为主的系统功能模型。系统强调实用性与 先进性相结合，尽量采用自主版权的成熟技术，遵循已有的标准和规范。由于系统实 现中的一些技术已经在本课题组中得到研究实现，因此，本文认为系统的研究重点是 项目信息集成技术、安全访问控制和数据备份与恢复技术、文档生成技术等关键技术。 第2 2 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 3 2 项目信息集成 3 2 1 p r o j e c t 提供的开发与集成机制 目前最新版的p r o j e c t 已经成为o f f i c es y s t e m 的一部分，包括客户端、单独的 p r o j e c ts e r v e r 和d a t as e r v i c e ( p d s ) 。其中p d s 提供了以h t t p 和x m l 为基础的数据访问 模式，支持w e bs e r v i c e 。客户端的开发与其它0 f f i c e 应用相近，本身就是一个o l e a u t o m a t i o n 服务器，可以采用v b a 、c o ma d d i n 方式来扩展，另外p r o j e c t 的数据还可 以保存在s q l s e r v e r 和a c c e s s 等数据库中，可以直接通过数据来访问p r o j e c t 中项目、 任务、资源及其分配。表3 2 对这些开发方式进行了比较： 表3 2p r o j e c t 的开发方式及其特点 序号 开发方式特点 开发简便，无需其他工具，缺点是宏的分发 1 比较困难，一些杀毒软件会清除宏，如果将 直接利用v b a 和宏 安全级别设的过高，则根本不会执行 该方式开发灵活，可以采用多种语言来开 2 发，则可以使用较多的已有技术，但调试比 利用c o ma d d i n 较困难，对开发人员的水平要求较高 优点是几乎所有的工具都支持s q l 语言，不 要求开发人员熟悉p r o j e c t 相关a p i ，但这种 3 直接通过数据库方式只是简单的数据访问，无法扩展应用功 访问方式能。无法使用p r o j e c t 提供的功能，写数据 库容易造成数据不一致。 需要p d s 支持，且无法扩展客户端的功能， 4 通过p d s 来访问数据 但支持w e bs e r v i c e ，跨平台能力较强。 综合考虑几种方式的优缺点，本系统采用方式2 和3 相结合的模式。p r o j e c t 本身提 供了可访问其几乎全部功能的a p i ，简单列表如图3 1 所示。 第2 5 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 第四章安全访问控制技术和数据备份与恢复技术 4 1 引言 大总体中的关于卫星研制方面的许多信息都是涉及到国家级别安全的数据，因此 在大总体的信息集成系统中，信息的安全性是首要考虑的问题，如何严格控制大总体 系统信息流的输入、流通和输出，防止失、窃密事件的发生，尤其是防止内部人员的 泄密窃密事件的发生是大总体信息集成系统必须要解决的问题。 在系统中，涉及到信息数据安全的主要方面有信息的录入、信息的传输、信息的 存储、数据的访问操作以及信息的流出等几方面。对于信息系统的安全性保障不能只 依靠软件系统的技术保障，更需要网络、计算机及严格的管理制度等硬件措施的保障， 1 0 0 安全的信息系统是不存在的，因此本文在假设大总体中各项硬件安全措旌得到保 障的条件下( 这种假设是合理的，因为大总体内部搭建的局域网络采取了多项硬件措 施防止信息向组织外部的泄漏) ，为信息系统的安全性提供了技术保障。 本系统启动了信息传输服务和安全服务两项系统服务，对信息数据进行了压缩加 密，在通过安全服务的认证下进行信息传输。系统将数据的基本信息输入并提交到数 据库服务器，数据的物理内容存储到信息服务器，并且保证逻辑信息与物理信息的一 致性。在具体的实现过程中先将数据内容上传到服务器，然后将基本信息存储到数据 库，如果两个阶段都成功，则提交数据，否则数据回滚，并提请信息服务器删除在第 一阶段中已经上传的信息数据，从而保证数据的传输与存储的安全。作为实例，对于 文档信息的压缩、加密、传输、存储等技术的具体实现，可参考本实验室的研究成果 2 9 】【3 0 】。 本文针对大总体信息集成系统的安全问题，主要从数据的安全访问操作方面进行 研究讨论，同时，数据的备份与恢复涉及到系统安全的问题和备份的数据存储方面的 安全问题，因此，针对大总体系统中的数据备份与恢复技术也进行了分析研究。 第3 0 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 4 2 安全访问控制技术 访问控制( a c c e s sc o n t r 0 1 ) 是通过某种途径显式地准许或限制访问能力及范围的一 种方法【3 孔。通过有效地运用访问控制技术可以限制对系统关键资源的非法访问，确保 只有被授权的用户可以对系统特定的数据或资源进行特定的操作，防止非法用户的侵 入或者因合法用户的不慎操作所造成的破坏。 由于大总体中的信息有些涉及到国家高端装备领域，因此在保障大总体信息集成 系统外部访问绝对安全的前提下，同时要保障大总体内部访问的安全性。为了防止内 部信息泄露和系统被非法使用，要求在大总体与其所属的各个部门之间，以及不同的 部门之间，甚至是同一部门的不同人员之间都需要进行数据保密，并且保密的层次也 不尽相同。这就需要系统进行系统数据的安全访问控制，建立大总体的访问控制模型， 制定安全访问控制策略，定义在系统运行期间的授权行为和非授权行为，即哪些