王 廣

（航空工業(yè)計(jì)算所，陜西西安，710019）

新一代航空電子總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究

王 廣

（航空工業(yè)計(jì)算所，陜西西安，710019）

航空電子總線系統(tǒng)就像是整個(gè)航空電子系統(tǒng)的中樞，能夠影響航空電子化設(shè)備的發(fā)展程度的高低，是保障我國軍事化航空領(lǐng)域地位的主要因素。

航空電子；總線系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)研究

0 引言

航空電子總線主要用于航空系統(tǒng)中，尤其是軍用綜合航空電子系統(tǒng)中。戰(zhàn)斗機(jī)所具備的性能和狀態(tài)與航空電子系統(tǒng)息息相關(guān)。如果缺少高效能的航空電子在系統(tǒng)就無法提升戰(zhàn)斗機(jī)的性能。而在科技迅速發(fā)展的大環(huán)境性下，對(duì)于高科技作戰(zhàn)能力的需求不斷的提升。我們必需對(duì)航空電子總線系統(tǒng)進(jìn)一步的進(jìn)行研究，從而尋找其未來的發(fā)展出路，并明確其可實(shí)現(xiàn)的功能等。

1 概念

航空電子總線系統(tǒng)是整個(gè)航空研究領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵性因素，是進(jìn)行航空電子研究以及開發(fā)的核心內(nèi)容之一，它與航空系統(tǒng)未來的技術(shù)革新有著密切的聯(lián)系。

在未來的戰(zhàn)爭中，冷兵器的作戰(zhàn)模式將會(huì)被以信息化為主的戰(zhàn)爭所取代，因此對(duì)于航空電子系統(tǒng)的要求就會(huì)越高，所以我們需要選擇一種先進(jìn)的總線技術(shù)進(jìn)行研究。從而帶動(dòng)整個(gè)航空電子系統(tǒng)的發(fā)展，確保其能夠滿足現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的發(fā)展需求，同時(shí)也符合航空電子系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)、實(shí)用以及可支撐的能力要求。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展階段

到目前為止，航空電子總線系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，目前已進(jìn)入到了最為先進(jìn)的綜合式的航空電子結(jié)構(gòu)階段。為了更好地了解其發(fā)展，我們將一一進(jìn)行闡述。

2.1 分離式

在這一結(jié)構(gòu)中，航空設(shè)備中的導(dǎo)航、雷達(dá)等系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立且具有自己的傳感設(shè)備、處理設(shè)備以及儀表顯示設(shè)備。在進(jìn)行飛行任務(wù)處理的過程中，更多依賴于飛行員的判斷。因此這個(gè)時(shí)期的航空電子仍處在發(fā)展階段，還不能算是系統(tǒng)化的電控。

2.2 聯(lián)合式

在聯(lián)合式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，對(duì)電子系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步的升級(jí)，引入了子系統(tǒng)的概念，通過總線系統(tǒng)方式將導(dǎo)航、雷達(dá)以及火控等各個(gè)不同的系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，進(jìn)而將它們的狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)一化的輸出，再通過相應(yīng)的子系統(tǒng)進(jìn)行分配并執(zhí)行命令。聯(lián)合式的總線結(jié)構(gòu)能夠有效地實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的共享需求，同時(shí)完成命令的執(zhí)行以及顯示方式。但是并沒有將信息納入到整個(gè)系統(tǒng)功能中，且各個(gè)子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立。

2.3 綜合式

綜合式總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念的提出有效的使信息化的通信處理模塊取代了傳統(tǒng)的子系統(tǒng)的信息傳遞方式。通過不同的信息模塊以實(shí)現(xiàn)信息之間的互聯(lián)和平衡。通過這種處理方式，使整個(gè)航空電子系統(tǒng)的信息化功能提升到了一個(gè)新的層次。

2.4 先進(jìn)綜合式

先進(jìn)綜合式的航空電子體統(tǒng)，我們要求對(duì)于信號(hào)的處理要實(shí)現(xiàn)一級(jí)綜合的目的。在信號(hào)分析處理需求增加的情況下，對(duì)于處理的需求有了進(jìn)一步的要求。而利用總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸不僅僅能夠滿足對(duì)命令以及狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳導(dǎo)，同時(shí)還可以存儲(chǔ)運(yùn)行大量的中間結(jié)果數(shù)據(jù)。這就要求總線系統(tǒng)能夠滿足信息數(shù)據(jù)傳遞的延遲。但如果我們?nèi)圆扇【C合式的航空電子系統(tǒng)來解決互連系統(tǒng)中存在的問題。不僅無法確保整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡脱舆t性，對(duì)于系統(tǒng)的建立以及維護(hù)的成本需求則會(huì)變得更高，使系統(tǒng)的可靠性能下降。因此，在處理這個(gè)問題對(duì)于綜合航空電子系統(tǒng)的使用時(shí)，通常采用單一總線的方式來實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)的互聯(lián)需求，并結(jié)合統(tǒng)一的方式來確保各個(gè)子系統(tǒng)、系統(tǒng)模塊之間亦或是處理器的互聯(lián)。

3 未來戰(zhàn)爭的需求

3.1 開放式的結(jié)構(gòu)

在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中的航空電子系統(tǒng)是一種封閉式的系統(tǒng)，因此更加獨(dú)特。為了更好地降低生產(chǎn)成本我們采取了開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。對(duì)于“開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”這是一種相對(duì)公開的發(fā)行模塊，它符合標(biāo)準(zhǔn)化模塊要求以及互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)。因此能夠使用民用貨架設(shè)備或是多種機(jī)型的設(shè)備，最終能夠?qū)崿F(xiàn)項(xiàng)目發(fā)生變化，但在價(jià)格上面并不會(huì)有太大的變動(dòng)。

開放式的結(jié)構(gòu)使航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加的完善，能夠更加有效地提升航空電子設(shè)備的綜合效能。因此它具有較為深遠(yuǎn)的意義。

通過采用標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)，能夠使軟件在不同品牌不同型號(hào)的硬件之間互相兼容。并且能夠給用戶更多的選擇。

構(gòu)成分布式的系統(tǒng)。由于軟件能夠?qū)崿F(xiàn)兼容的效果，因此能夠更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的相互交融，連接和互通的操作方式。

3.2 分布式的結(jié)構(gòu)

航空電子系統(tǒng)采用分布式的機(jī)構(gòu)，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)功能的分布情況上，就是依據(jù)功能特點(diǎn)進(jìn)行分布。將全系統(tǒng)化的功能依照功能特點(diǎn)進(jìn)行分區(qū)。尤其是在高度綜合的結(jié)構(gòu)處理方面，也可以實(shí)現(xiàn)由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向分布式的處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移。用計(jì)算機(jī)高速處理技術(shù)來取代原本分散的計(jì)算機(jī)結(jié)點(diǎn)以及設(shè)備節(jié)點(diǎn)。從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能的綜合處理方式，有效的節(jié)約成本，確保性能的穩(wěn)定性。

3.3 可靠性

對(duì)于總線的可靠性需求，要求它具備更好的檢錯(cuò)或是糾錯(cuò)的能力；能夠?qū)收线M(jìn)行識(shí)別，主動(dòng)的隔離故障，重建系統(tǒng)。

3.4 經(jīng)濟(jì)性要求

充分的結(jié)合軍用以及民用技術(shù)。將標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化、公開化。這樣無論系統(tǒng)如何更新、規(guī)模如何拓展，都能夠滿足擴(kuò)展的需求。同時(shí)符合維修的條件。

4 電子系統(tǒng)的發(fā)展

對(duì)于航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說，其發(fā)展的動(dòng)力就在于技術(shù)的推動(dòng)。因此，綜合化的系統(tǒng)能夠使現(xiàn)代軍事化飛行設(shè)備的性能得到有效的提升，同時(shí)也能夠有效的解決目前機(jī)艙中存在的空間狹小，駕駛員負(fù)擔(dān)過重的情況。然而操作系統(tǒng)過于復(fù)雜同時(shí)軟件數(shù)量多，使得整個(gè)系統(tǒng)在初期的成本、后期的維護(hù)以及系統(tǒng)軟件開發(fā)升級(jí)方面存在更多的問題。

進(jìn)入新世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)于軍用設(shè)備的要求越來越高。高精度遠(yuǎn)程武器的應(yīng)用，在很大程度上削弱了防御方的反應(yīng)時(shí)間。而通過增加傳感器等方式能夠有效地提升設(shè)備的性能但必然會(huì)導(dǎo)致駕駛員操作反應(yīng)質(zhì)量的下降。科技化的戰(zhàn)場對(duì)于軍用飛機(jī)作為空中作戰(zhàn)武器平臺(tái)所提出的需求更高。因此，要充分調(diào)動(dòng)傳感器的作用，使各個(gè)傳感器能夠最大程度的相互配合。因而，設(shè)備上需要更為先進(jìn)的顯示設(shè)備，同時(shí)還能夠滿足數(shù)據(jù)信息的高速傳遞、信號(hào)處理、信息交互、人工智能等方面的能力需求。

航空電子系統(tǒng)要不斷的更新?lián)Q代必然會(huì)使成本變成一個(gè)突出的問題。目前我們所使用的系統(tǒng)多由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及密集型軟件構(gòu)成。因此在整個(gè)飛機(jī)的制作成本中大約要占用1/3的費(fèi)用，而后期的維修、維護(hù)的費(fèi)用則會(huì)更高，高成本的投入限制了對(duì)新技術(shù)飛機(jī)的研制。因此，我們必需采取一定的措施來控制成本的增長。

5 總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.1 設(shè)計(jì)原則

通過對(duì)我國航空電子發(fā)展趨勢(shì)以及西方國家的研究進(jìn)行綜合對(duì)比分析來看，航空電子的總線體統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備一定的靈活性。同時(shí)能夠合理的連接方式。對(duì)于新的技術(shù)方式能夠很好地接納，從而滿足功能更新?lián)Q代的需求。因而，需要滿足以下原則。

（1）借用開放式的系統(tǒng)，結(jié)合核心處理機(jī)以及模塊化的設(shè)計(jì)技術(shù)，使資源信息能夠?qū)崿F(xiàn)共享。通過這種方式能夠更加符合信息技術(shù)綜合化管理的需求。

（2）有效的利用多級(jí)余度的設(shè)計(jì)方式以及容錯(cuò)的技術(shù)，來提升飛機(jī)在任務(wù)執(zhí)行過程中的可靠性以及安全性需求。

（3）積極的引入民用技術(shù)以及商用產(chǎn)品，從而有效地降低成本。

5.2 總線體系結(jié)構(gòu)

（1）利用目前傳輸速度較高的高速光纖來建立數(shù)據(jù)總線交換網(wǎng)，有效的連接計(jì)算機(jī)與各個(gè)處理器，確保數(shù)據(jù)與信息之間的互聯(lián)。

（2）搭配核心綜合處理機(jī)以及相關(guān)傳感器組件使高速光纖數(shù)據(jù)交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接。通過數(shù)據(jù)融合、處理能夠提供給飛行員準(zhǔn)確、及時(shí)、有效的信息。

（3）在進(jìn)行總線設(shè)計(jì)時(shí)使用雙余度的總線結(jié)構(gòu)。在兩臺(tái)通用的綜合核心處理器之間采取外場可更換的模塊技術(shù)，能夠使模板總線與外線相連。

通過上述分析，可以得出目前新的總線設(shè)計(jì)是符合航空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的。

6 模塊化的電子系統(tǒng)

隨著技術(shù)的不斷更新，超高速的大規(guī)模的集成電路以及專用集成電路不斷地普及開來，使飛機(jī)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)從機(jī)箱的黑盒子逐步發(fā)展為可互換模塊單元。到如今已經(jīng)成為了綜合模塊化的電子機(jī)構(gòu)。

6.1 通用模塊

通用模塊一般是用來完成系統(tǒng)中的共性較強(qiáng)的功能的，其所屬類型與技術(shù)應(yīng)用的范圍有著直接的聯(lián)系。一般分為：

（1）數(shù)據(jù)處理模塊：是指用來處理基本數(shù)據(jù)的模塊。包括對(duì)中央處理單元、存儲(chǔ)設(shè)備以及設(shè)備總線結(jié)構(gòu)等方面的連接。

（2）大容量的存儲(chǔ)模塊:主要是用于處理信息并存儲(chǔ)信息。具有一定的靈活性和可靠性。

（3）接口模塊：用來對(duì)接總線與不同信號(hào)類型相接的模塊。（4）電源模塊：一種將飛機(jī)電源轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩裟K的電平。

6.2 綜合核心處理機(jī)

這種處理機(jī)設(shè)備的主要構(gòu)成是由兩個(gè)綜合機(jī)架共同構(gòu)成的。它所使用的技術(shù)較為先進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)總線與傳感器、顯示控制系統(tǒng)以及飛行系統(tǒng)等方面的聯(lián)系和交互。并對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行處理，融合，對(duì)飛行軌道進(jìn)行管理、控制。對(duì)飛行存在的故障進(jìn)行診斷和管理。

7 結(jié)束語

新一代的航空電子總線結(jié)構(gòu)采用了較為先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)計(jì)原理，使整個(gè)系統(tǒng)的能夠具有更好的性能，并具備一定的可靠性。通過使用新一代的總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，不僅可以符合電子系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)充的需求，也能夠更好地滿足未來戰(zhàn)爭對(duì)于航空電子系統(tǒng)的需要。

[1]王仲杰,索高華,陳偉,張亞琦,王宣明.新一代軍用航空總線系統(tǒng)測(cè)試方法研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2017,(06):87-89+93.

[2]李雪.航空電子綜合系統(tǒng)總線建模算法分析[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2016,(03):145.

[3]楊軍祥,田澤,李成文,楊濤,王純委,劉宇.新一代航空電子故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)綜述[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2014,(04):972-974+978.

[4]王國慶,谷青范,王淼,張麗花.新一代綜合化航空電子系統(tǒng)構(gòu)架技術(shù)研究[J].航空學(xué)報(bào),2014,(06):1473-1486.

[5]張麗,張揚(yáng).基于總線的航空電子設(shè)備檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,(06):141-145.

[6]趙永庫,王昆睿.新一代軍用飛機(jī)航空電子數(shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)選擇[J].數(shù)據(jù)采集與處理,2012,(S2):418-422.

The study of avionics bus system structure of a new generation

Wang Guang
(Aviation Industry Institute of Computing Technology,Xi’an Shaanxi,710019)

Avionics bus system is the hub of the entire avionics system, can affect the degree of development of aviation electronic equipment level is the main factor to protect the status of China’s military and aerospace fields

avionics; bus system; structure research