淺談航空電子數(shù)據(jù)總線技術

曹 陽

（中國直升機設計研究所，景德鎮(zhèn)　333000）

1　航空數(shù)據(jù)總線的概述

機載數(shù)據(jù)總線技術是用于機載設備、子系統(tǒng)直至模塊之間的互連技術，類似于計算機網(wǎng)絡，航空機載電子設備相當于計算機，它們通過機載數(shù)據(jù)總線互連成網(wǎng)絡系統(tǒng)，完成相互間的數(shù)據(jù)信息傳輸任務。目前其應用領域已經(jīng)擴展到艦船、衛(wèi)星、導彈和坦克等各種機動平臺上，在本質(zhì)上，它是一種實時網(wǎng)絡互連技術。機載數(shù)據(jù)總線技術源于航空電子綜合系統(tǒng)的發(fā)展，美軍航空電子系統(tǒng)經(jīng)歷了先前的四個階段：第一代分立式航空電子系統(tǒng)，導航、通信等系統(tǒng)工作完全獨立，初期的系統(tǒng)在處理任務中甚至依賴飛行員判斷；第二代聯(lián)合式航空電子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)各個功能相互獨立，不同設備間較少有數(shù)據(jù)交互；

在第三代綜合式航空電子系統(tǒng)中，提出了“模塊”概念，利用計算機構成信息處理模塊，從而取代子系統(tǒng)，系統(tǒng)具有良好的可擴展性，功能比較豐富能夠處理復雜的任務。目前正過渡到第四代“先進綜合式”的研究階段，采用“統(tǒng)一網(wǎng)絡”實現(xiàn)子系統(tǒng)、模塊乃至處理芯片之間的互聯(lián)，具有高速、可擴展性、低延遲和可容錯的特點。

2　典型的機載數(shù)據(jù)總線

2.1　ARINC 429

ARINC 429總線協(xié)議是美國航空電子工程委員會于1977年9月發(fā)表并獲得批準使用的，它的全稱是數(shù)字式信息傳輸系統(tǒng)（DITS）。協(xié)議標準規(guī)定了航空電子設備及有關系統(tǒng)間的數(shù)字信息傳輸要求。ARINC 429廣泛應用在民航客機中，如B-737，A310等。我國與之對應的標準是HB6096-SZ-01。ARINC 429總線是面向接口型數(shù)據(jù)傳輸結構，總線上定義了2種設備，發(fā)送設備只能有1個，而接收設備卻可以有多個。發(fā)送設備與接收設備采用屏蔽雙絞線傳輸信息，傳輸方式為單向廣播式，調(diào)制方式采用雙極性歸零制三態(tài)碼，傳輸數(shù)據(jù)率可達100kb/s。

2.2　MIL_STD_1553B

MIL_STD_1553B總線全稱為飛行器內(nèi)部時分命令/響應式多路數(shù)據(jù)總線，它是由美國自動化工程師協(xié)會在軍方和工業(yè)界的支持下，正式公布于1978，1986～1993進行了修改和補充。我國與之對應的標準是GJB289A-97。該總線采用冗余的總線型拓撲結構，傳輸數(shù)據(jù)率可達1Mb/s。其主要功能是為所有連接到總線上的航空電子系統(tǒng)提供綜合化、集中式的系統(tǒng)控制和標準化接口。該總線技術首先運用于美國空軍F-16戰(zhàn)斗機。在過去的30年中，MIL_STD_1553B已成功地應用于多種戰(zhàn)機，并且成功應用于其他控制領域，如導彈控制、艦船控制等。

雖然MIL_STD_1553B總線和ARINC 429總線在目前應用廣泛，但在應用中兩種總線都暴露出不同程度的缺點。如：MIL_STD_1553B總線最大的缺點是整個總線由集中的總線控制器來控制，一旦總線控制器失效，將造成整個總線系統(tǒng)的癱瘓。而ARINC 429總線盡管舍棄了總線控制器，但其代價是為了使總線上信息有序傳輸而不相碰，每個信息源需要單獨一條ARINC 429總線，這在航空電子設備激增的情形下是不允許的。

3　新型航空數(shù)據(jù)總線

3.1　ARINC 629

ARINC 629總線是波音公司為民用機開發(fā)的一種新型總線數(shù)字式自主終端存取通信，總線傳輸率為2Mb/s，線性拓撲結構，符合Hans準則，ARINC629具有自主控制、可雙向傳輸、連接簡單、“插入式”兼容等特點，因而在波音777上得到了廣泛的應用，成為機上信號處理、航空電子系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、飛機構架系統(tǒng)及自動駕駛儀通信的基礎。

3.2　光纖通道總線

光纖通道技術是美國國家標準委員ANSI于1998開始制定的數(shù)據(jù)通信標準，是將計算機通道技術和網(wǎng)絡技術有機結合起來，具有全新概念的通信機制。2005開始小部分成熟的ANSI標準被IOS/IEC組織采納作為國際標準，光纖通道標準共分5層：介質(zhì)接口層、傳輸協(xié)議層、幀協(xié)議層、綜合服務層和高層服務層。

其傳輸速率可達Gb/s，可有效地支持無壓縮數(shù)字視頻信號的傳輸，滿足未來戰(zhàn)機的發(fā)展需求。光纖通道的拓撲結構靈活多樣，按網(wǎng)絡功能和帶寬的不同要求構成點對點型、交換網(wǎng)型、仲裁環(huán)型等結構。光纖通道技術受到國外尤其是美國軍方的重視，美國軍方專門成立了FC-AE小組，制定了航空電子版光纖通道標準。美國F-35飛機在研制中，光纖通道技術已成為高速網(wǎng)絡構建的基礎。由于光纖通道網(wǎng)絡在提供高速率傳輸?shù)耐瑫r，還能夠保證信號傳輸?shù)馁|(zhì)量，這就使得它非常適合新一代飛機使用。

4　結束語

航空電子系統(tǒng)選用數(shù)據(jù)總線的基礎是該總線標準是否滿足系統(tǒng)通信速率、可靠性、抗干擾、兼容性、可擴展等要求，MIL-STD-1553B和ARINC 429總線技術，由于具有一系列優(yōu)點，在飛機上得到了廣泛的應用，但隨著技術的發(fā)展，這兩種總線技術已不能滿足新型飛機的發(fā)展要求。為解決這些問題，為新一代飛機的發(fā)展提供先進的數(shù)據(jù)總線技術，必須使用新型的數(shù)據(jù)總線技術。

[1]唐寧，常青.航空數(shù)據(jù)總線技術分析研究[J].現(xiàn)代電子技術，2014，4：64-69.