摘要：嵌入式计算软硬件的下一代开放系统标准SOSA（传感器开放式架构标准），不仅使得美军获得了更低的军用电子设备采购成本和更快的集成速度，同时已经使得一些早期加入的供应商获得了实际收益。
随着全球防务技术的快速发展，开放系统架构正逐步成为主流。美国国防部（DoD）积极推动的MOSA（模块化开放式系统方法），正在重塑军用电子设备的研发与集成方式。特别是其中的关键组成部分——SOSA（传感器开放式架构标准），为美军带来了显著的成本控制、快速集成和跨平台兼容优势。然而，尽管开放系统的理念深入人心，各军种、组织和项目仍存在标准割裂、接口封闭等“烟囱式”问题，阻碍了真正的系统互通。本文将深入探讨SOSA架构如何赋能敏捷吊舱等先进系统，实现真正的模块化、供应商中立与创新驱动。
为了解决这一问题，美国防部（DoD）在全军推行了一个强有力的举措：创建传感器开放式架构（SOSA）联盟。该联盟的目标是，尽量复用和兼容已有政府或行业标准与技术成果，构建一个更统一和通用的嵌入式计算软硬件标准，以提升软硬件的复用性和跨领域的互操作性。
SOSA联盟授权政府和行业共同开发开放标准和最佳实践。根据国防部 2019 年的 MOSA 指令，SOSA 技术标准利用模块化设计和广泛支持的、基于共识的非专有标准来实现关键接口，这些接口将：
1. 加速部署新功能
2. 降低集成成本和风险
3. 简化开发
4. 简化现代化和维持
5. 缓解过时挑战
6. 促进互操作性和重用
7. 实现从符合要求的元素快速组合功能
SOSA 技术标准利用并补充了政府和行业的开放标准。它定义了具有定义开放接口的架构模块（包含功能和行为），从而支持开发由通用组件组成的功能。该标准结合了软件组件和硬件元素的规范，以及组成 SOSA 传感器元件的电气和机械接口。
（1）SOSA规范中定义了哪些模块
SOSA联盟遵循了DoDAF的最佳实践，采用自顶向下的方式描述软硬件架构应该如何定义。下图是SOSA参照DoDAF服务视图的表现形式，对SOSA模块进行的描述。下图和随附的文字，包含了SOSA体系架构服务视图-服务上下文描述子视图的全部内容。
如上图所示，SOSA体系架构视图中，枚举了25个SOSA模块，涵盖了传感器管理、传输和接收、信号处理与追踪、数据分析、表现和系统运行支持等领域，并说明各个模块的相互作用、接口、功能和相关性，确保不同模块之间的通信和协作是可理解、可管理且有效的。
（2）如何评估一个元件是否符合SOSA标准
下图展示了一个符合SOSA标准的元件由哪些模块组成，由红色框框住的领域需要进行SOSA一致性认证。
如上图所示，SOSA体系架构对元件的电源、物理接口、协议、数据和软件模块都做了良好的规范，这使得符合SOSA的元件可以相互理解和互操作，相同功能软硬件模块也可相互替换和互补。
（3）如何描述SOSA模块的接口
下图展示了SOSA模块的接口标准包含哪些内容：
如上图所示，SOSA从物理规格、协议和信号及数据结构三个方面来描述一个SOSA模块的接口。
1.物理：介质（电线、光纤等）和连接器
2.协议：用于交换信号或数据的方法
3.信号/数据结构：正在运载的“有效数据载荷”
SOSA传感器体系架构描述数据参照了DoDAF的最佳实践，采用概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型来描述信号和数据结构。
1.概念数据模型 (DIV-1) 在高层次上记录要交换的数据的类型和性质
2.逻辑数据模型 (DIV-2) 详细捕获数据内容
3.物理数据模型 (DIV-3) 记录数据的物理表现形式（精确格式；每个字段的位数、格式、模式、结构）
如此做的好处在于，用于承载数据的协议与数据模型本身分开定义，这种解耦确保了相同的数据（采用相同的格式）可以通过不同的方式（以及根据需要）在源和目标之间传输。
（4）SOSA模块间如何交互
下图展示了SOSA模块间如何交互：
SOSA 模块通过基于以太网的接口上实现的消息传递进行互操作，SOSA 模块之间有八种不同类型的交互，它们分别是：
1.模拟分发
2.数字信号流
3.数字信号上下文
4.信号层控制
5.离散
6.发布-订阅
7.请求-响应
8.事件通知
通过对SOSA模块类别，SOSA模块与元件的对应关系、SOSA模块接口和SOSA模块交互方式的定义和描述，SOSA体系架构构建一个更统一和通用的嵌入式计算软硬件标准，使得功能模块可以跨领域服用和互操作，也使得主机更加容易和独立供应商沟通和协作。
2021年5月美军空军研究院（AFRL）发布的PNT AgilePod（互补定位、导航和授时，敏捷吊舱）项目基于传感器开放式架构（SOSA）设计了敏捷吊舱，验证了多功能ISR可配置开放式体系架构开发平台理念的可行性。
PNT AgilePod敏捷吊舱原型机在2020年11月1日至10日进行的飞行测试中完成了数个重要测试目标。空军战略发展规划和实验 (SDPE) 办公室的 Andrew Cottle 少校特别强调：这些测试证明了融合 PNT 系统在单一政府拥有的开放式架构原型中融合多种技术的实用性和可行性。
AgilePod敏捷吊舱原型机基于开放式硬件架构研制，其上搭载的软件系统同样采用了开放式软件架构，允许各种类似的PNT（互补定位、导航和授时）技术根据通用标准集成和传递信息。这些功能可通过标准化软件和硬件接口快速集成传感器技术，使吊舱能够无缝集成到利用标准架构的平台上。通过开放式软硬件架构，单一吊舱就可以执行数百种不同的任务集，极大地节省了成本，并使得吊舱可以在其生命周期持续升级和迭代。
AgilePods 敏捷吊舱由一系列栅格组成，可以配置为满足许多飞机平台的各种任务要求。实验人员可以在空间中安装他们执行任务所需的即插即用传感器，如高清视频、光电和红外传感器以及具有其他功能的设备。这种设计极大地简化围绕通用电气、机械和网络接口的有效载荷开发和集成过程，从而无需对飞机安装进行昂贵且永久性的改造。“未来这种技术会推广到飞机的设计开发过程中”Andrew Cottle 少校如是说。
对于中小型供应商而言，SOSA的发布极大地降低了其产品进入壁垒。通过标准化的模块化设计和开放接口，SOSA允许供应商专注于开发特定功能模块，而无需承担整套系统的集成风险。这不仅减少了开发成本，还使得中小型企业能够将创新技术更快速地集成到国防传感器系统中。此外，SOSA的开放标准促进了跨平台互操作性，使得中小型供应商的产品能够以独立知识产权和模块参与更广泛的国防项目和供应链，提升了竞争力和市场准入机会。
可以预见，SOSA架构将在未来军用嵌入式系统中扮演越来越重要的角色。它不仅推动了成本更低、集成更快的敏捷吊舱系统落地，还吸引了大量具备创新能力的中小型供应商加入，为美军构建了一个更加开放、灵活且具有韧性的技术生态。对于其他国家和组织而言，及早拥抱模块化开放系统架构，不仅是顺应时代发展的选择，更是增强自主研发能力和国防技术竞争力的关键。我们应积极推动本地企业参与类似SOSA体系的建设，加快构建符合国际标准的软硬件平台，为未来的国防体系注入持续创新与强大韧性。