新一代機載懸掛物管理系統(tǒng)需求分析

楊開平，崔小航，段 榮

（中航工業(yè)第一飛機設(shè)計研究院，西安 710089）

目前，國內(nèi)懸掛物管理系統(tǒng)均采用MIL-STD-1553總線進行數(shù)據(jù)傳輸，最大1Mbps的數(shù)據(jù)傳輸帶寬和最多32個遠程終端已經(jīng)不能滿足海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男挛淦骱痛筝d彈量的多掛點需求[1]。同時，隨著航空電子技術(shù)的高速發(fā)展和綜合航電系統(tǒng)在新一代戰(zhàn)機上的應(yīng)用，懸掛物管理系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的交聯(lián)信息趨向多樣化、接口復(fù)雜化，同時對懸掛物管理系統(tǒng)的設(shè)計要求也越來越高[2]。因此，進行正確完善的需求分析，對新一代機載懸掛物管理系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計至關(guān)重要。

懸掛物管理系統(tǒng)需求分析是根據(jù)國外先進戰(zhàn)機懸掛物管理系統(tǒng)的表現(xiàn)功能及國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的成熟等級，結(jié)合戰(zhàn)機作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)環(huán)境和作戰(zhàn)使命，為系統(tǒng)當前功能以及后續(xù)需要擴展的功能提供具體可行的設(shè)計輸入。

1 FC總線技術(shù)

MIL-STD-1553總線作為當前懸掛物管理系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)，具有可靠性高、延遲低及命令/應(yīng)答式可確定性的數(shù)據(jù)通信能力，實現(xiàn)了各掛點之間信息共享和數(shù)據(jù)交換，但是其最大1Mbps的傳輸帶寬和最多32個終端數(shù)已不能滿足新一代機載懸掛物管理系統(tǒng)多掛點、海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，光纖通道很好地解決了這一問題[3]。

光纖通道（FC）是美國國家標準委員會（ANSI）提出的一組具有傳輸速度高、傳輸距離遠、可靠性高、實時性強等特點的通信協(xié)議，其數(shù)據(jù)傳輸帶寬高達4Gbps，端口數(shù)量高達1600萬個，作為新一代航空電子系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，已在 AH-64D、F/A-18、B1-B、B-2、F-22、F-35等先進戰(zhàn)機上得到不同程度的應(yīng)用和推廣[4]。

同時，為了能與MIL-STD-1553總線通信終端兼容工作，從光纖通道協(xié)議與MIL-STD-1553總線協(xié)議出發(fā)，開發(fā)了FC-AE-1553總線，以光纖通道作為底層傳輸協(xié)議，以MIL-STD-1553總線作為頂層協(xié)議映射，通過增加協(xié)議橋，實現(xiàn)了MIL-STD-1553總線與FC總線的數(shù)據(jù)傳輸。FC-AE-1553總線網(wǎng)絡(luò)包括：FC網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)控制器NC、網(wǎng)絡(luò)終端NT、FC-AE-1553協(xié)議橋、MILSTD-1553總線、MIL-STD-1553遠程終端RT，其參考模型[5]如圖1所示。

2 開放式系統(tǒng)架構(gòu)

目前的懸掛物管理系統(tǒng)屬于緊耦合的封閉式系統(tǒng)，系統(tǒng)的軟件是服務(wù)于硬件的全定制嵌入式，軟硬件不獨立，造成系統(tǒng)的可升級性、可移植性和可復(fù)用性差[6]。例如，在某型飛機上增掛一種新型武器，往往需要對懸掛物管理系統(tǒng)的軟硬件進行大改動，其工作量不亞于重新設(shè)計一套系統(tǒng)，而且為該型號設(shè)計的系統(tǒng)，很難應(yīng)用在其他型號的飛機上，通用性極差。

隨著開放式體系架構(gòu)的綜合模塊化航空電子系統(tǒng)概念的引入，特別是武器即插即用思想的驅(qū)動，要求懸掛物管理系統(tǒng)具有松耦合的系統(tǒng)架構(gòu)，在武器貫標的基礎(chǔ)上，增強了系統(tǒng)與武器之間的通用性和互用性，實現(xiàn)了設(shè)計思維從以往設(shè)計時段（以年計）武器集成向使用時段（以周計）武器集成的轉(zhuǎn)變。支持武器即插即用的OSI環(huán)境標準體系[7]由美國提出，其示意圖如圖2所示。開放式系統(tǒng)架構(gòu)采用分層的中心思想，通過建立不同層次的接口標準，根據(jù)功能需求變化，進行相關(guān)軟硬件模塊的替換，實現(xiàn)新的控制功能，使系統(tǒng)的再設(shè)計量降到最小，保證了系統(tǒng)具有良好的維護性和再升級性。

基于OSI環(huán)境標準體系，美國相繼推出了以F-22為代表的“寶石柱”和以F-35為代表的“寶石臺”開放式系統(tǒng)架構(gòu)，把具有類似功能的軟硬件模塊封裝在同一層中，通過直接接口實現(xiàn)同一個系統(tǒng)相鄰層之間的數(shù)據(jù)交互，通過邏輯接口實現(xiàn)不同系統(tǒng)對應(yīng)層之間的數(shù)據(jù)交互。各系統(tǒng)不同層之間相互獨立，對任一層進行修改和完善，既不會影響同一系統(tǒng)的其他層次，也不會影響其他系統(tǒng)的對應(yīng)層，能夠保證系統(tǒng)的開放性、靈活性和互操作性[8]。懸掛物管理系統(tǒng)與武器均可分為3層：系統(tǒng)功能層、武器訪問層、物理介質(zhì)層，其開放式系統(tǒng)架構(gòu)如圖 3所示[9]。

圖1 FC-AE-1553總線參考模型Fig.1 FC-AE-1553 bus reference model

圖2 OSI環(huán)境標準體系示意圖Fig.2 Diagram of OSI environmental standard system

圖3 懸掛物管理系統(tǒng)開放式系統(tǒng)架構(gòu)Fig.3 Open system architecture for store management system

3 多掛點混掛控制技術(shù)

武器混掛是未來飛機執(zhí)行攻擊任務(wù)的主流趨勢，具有攻擊效能高、靈活性好等優(yōu)勢。目前，美國已在F-15E、F/A-18E/F、F-22等飛機上實現(xiàn)了武器混掛功能，而國內(nèi)現(xiàn)役主流戰(zhàn)斗類飛機均未實現(xiàn)武器混掛功能[10]，只在某型飛機改進中提出了武器對稱懸掛時的混掛要求，而下一代機載懸掛物管理系統(tǒng)要求實現(xiàn)多掛點混掛控制，即所有掛點能夠獨立控制，對稱掛點能夠懸掛同一重量級不同品種的武器，具備多種武器同時加電、掛點切換和當前攻擊武器的切換等功能。多掛點混掛控制如圖4所示。

4 懸掛發(fā)射裝置控制技術(shù)

武器外掛改變了戰(zhàn)機原有的氣動性能，導(dǎo)致戰(zhàn)機在飛行時阻力大，很難實現(xiàn)超音速巡航，這必然造成戰(zhàn)機機動性和敏捷性差，無法規(guī)避突如其來的威脅，而且武器外掛導(dǎo)致戰(zhàn)機的雷達散射面積（RCS）大幅增加，隱身效果差，大大降低了戰(zhàn)機的生存能力[11]。在這種情況下，武器內(nèi)埋裝載應(yīng)運而生，美國的F-22、F-35、B-2、俄羅斯的圖-160、T50等戰(zhàn)機都采用了這種懸掛方式，這就對懸掛物管理系統(tǒng)的控制功能提出了新的要求。

圖4 多掛點混掛控制示意圖Fig.4 Diagram of multiple hanging points Mixed control

目前，內(nèi)埋的懸掛發(fā)射裝置主要有3種：旋轉(zhuǎn)發(fā)射架、伸縮式掛架、高密度掛彈架。由于工作原理不同，需要懸掛物管理系統(tǒng)能夠識別不同的懸掛裝置，進行分類控制。3種掛架的控制流程如圖5所示。

圖5 3種掛架控制流程Fig.5 Three rack control process

5 武器數(shù)據(jù)鏈技術(shù)

典型的航空戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈組成如圖6所示[12]。武器數(shù)據(jù)鏈是在聯(lián)合作戰(zhàn)需求的牽引下發(fā)展起來的，是戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈在武器端的延伸，負責傳遞戰(zhàn)場目標特征數(shù)據(jù)、分發(fā)武器指控指令及共享作戰(zhàn)態(tài)勢，實現(xiàn)了武器與作戰(zhàn)平臺、指揮所、傳感器平臺、武器之間的緊密鏈接，使其具有多目標選擇和武器分配、多彈協(xié)同攻擊、戰(zhàn)場毀傷效果評估等多種作戰(zhàn)功能，實現(xiàn)了多目標攻擊、人在回路和發(fā)射后不管等功能[13]。

圖6 典型航空戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈組成示意圖Fig.6 Diagram of typical aeronautical tactical data link

適應(yīng)協(xié)同作戰(zhàn)能力（CEC）要求，一體化聯(lián)合攻擊是航空武器系統(tǒng)未來發(fā)展的必然方向。多次局部戰(zhàn)爭表明，采用編隊和聯(lián)合編隊形式進行協(xié)同作戰(zhàn)，能夠達到更好的毀傷效果，有效提高了作戰(zhàn)任務(wù)的成功率。所以，新一代機載懸掛物管理系統(tǒng)必須支持武器數(shù)據(jù)鏈，能夠根據(jù)任務(wù)完成情況，動態(tài)管理整個攻擊部隊目標分配和武器狀態(tài)，參與系統(tǒng)攻擊方案的制定，使武器投放達到最佳、打擊效果達到最優(yōu)，將懸掛物管理系統(tǒng)的功能擴展到整個攻擊編隊，使其不受單機掛載能力的限制。編隊內(nèi)任一架飛機都可以通過武器數(shù)據(jù)鏈獲得編隊內(nèi)武器狀況和攻擊任務(wù)，根據(jù)目標分配情況和武器清單，懸掛物管理系統(tǒng)對整個編隊內(nèi)武器進行最優(yōu)地選擇和分配。這樣，避免了單一飛機武器故障導(dǎo)致任務(wù)失敗的現(xiàn)象，為編隊任務(wù)順利完成提供了可靠保障[7]。

6 結(jié)束語

通過捕捉國外先進戰(zhàn)機的懸掛物管理系統(tǒng)功能，綜合考慮國內(nèi)相關(guān)技術(shù)成熟度，對新一代機載懸掛物管理系統(tǒng)進行了需求分析，使其能夠滿足未來作戰(zhàn)需求，具備編隊內(nèi)的所有懸掛物的管理和控制功能，在保證任務(wù)完成情況下，給出攻擊的最優(yōu)方案，大大提高了機群作戰(zhàn)效能。

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