民航電子系統(tǒng)的光纖數(shù)據(jù)總線故障實時檢測

夏翀

（東方航空技術(shù)有限公司，上海 201202）

針對當(dāng)前民用航空電子系統(tǒng)光纖數(shù)據(jù)總線故障檢測方法存在的檢測準確度較低，檢測的及時性較差問題，提出數(shù)據(jù)挖掘的民用航空電子系統(tǒng)光纖數(shù)據(jù)總線故障檢測方法。首先提取光纖數(shù)據(jù)總線狀態(tài)特征，并利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實現(xiàn)民用航空電子系統(tǒng)光纖數(shù)據(jù)總線狀態(tài)分析，然后通過卡爾曼濾波的方法實現(xiàn)信號基本正序分量的無偏估計，通過構(gòu)建民用航空電子系統(tǒng)光纖數(shù)據(jù)總線狀態(tài)的基本譜殘差，構(gòu)建故障檢測的解決函數(shù)，完成故障檢測。實驗結(jié)果表明，本文方法檢測的精確度較高，檢測的及時性較好。

一、機載數(shù)據(jù)總線的概述

機載數(shù)據(jù)總線技術(shù)是用于機載設(shè)備、子系統(tǒng)直至模塊之間的互連技術(shù)，從計算機網(wǎng)絡(luò)觀點來看，航空電子設(shè)備相當(dāng)于一臺微機，它們以機載數(shù)據(jù)總線為紐帶，互連成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)信息的傳輸任務(wù)。目前其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)擴展到艦船、衛(wèi)星、導(dǎo)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(luò)互連技術(shù)。

機載數(shù)據(jù)總線技術(shù)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：第一代分離式航空電子系統(tǒng)，導(dǎo)航、雷達等系統(tǒng)工作完全獨立，初期的系統(tǒng)在處理任務(wù)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(shè)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(gòu)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(fù)雜的任務(wù)；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(luò)”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。

二、傳統(tǒng)航空專用數(shù)據(jù)總線

（一）MIL_STD_1553B/1773總線

MIL_STD_1553B總線由美國自動化工程師協(xié)會于1978年發(fā)布，全稱為飛行器內(nèi)部時分命令/響應(yīng)式多路數(shù)據(jù)總線，我國與之對應(yīng)的標(biāo)準是GJB289A-97。該總線采用冗余的總線型拓撲結(jié)構(gòu)，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電系統(tǒng)提供綜合化、集中式的系統(tǒng)控制和標(biāo)準化接口。該總線技術(shù)首先運用于美國空軍F-16戰(zhàn)斗機，在過去的30多年中，被成功地應(yīng)用于多種戰(zhàn)機以及導(dǎo)彈控制、艦船控制等領(lǐng)域。

由于MIL_STD_1553B總線使用窄帶寬的屏蔽雙絞線，難以在電磁干擾環(huán)境下提供高性能和高可靠性的高速數(shù)據(jù)傳輸，1988年，美國國防部發(fā)布了MIL_STD_1773，利用光纖傳輸介質(zhì)來取代屏蔽雙絞線以及電纜，其他的高層協(xié)議與MIL_STD_1553B相同。目前，MIL_STD_1773已發(fā)展到了雙速率、高速度的階段，其中，波音（Boeing）公司研制了基于MIL_STD_1773標(biāo)準的雙速率的收發(fā)器（具有1Mb/s和20Mb/s兩種速率），其中1Mb/s主要用于MIL_STD_1553B總線，而20Mb/s主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸。

1553B總線作為第一代軍用數(shù)據(jù)總線技術(shù)，在上世紀七八十年代日漸成熟并得到廣泛的應(yīng)用。然而，隨著對數(shù)據(jù)傳輸（視頻、音頻、分布式數(shù)據(jù)）應(yīng)用的需求日益增加，其有限的帶寬（1Mb/s）已逐漸無法完全滿足現(xiàn)代系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰壹械目偩€控制器給系統(tǒng)帶來潛在的單點故障這一致命威脅，被新架構(gòu)的數(shù)據(jù)總線取代已是大勢所趨。

（二）ARINC429/ARINC629

ARINC429總線協(xié)議由美國航空電子工程委員會于1977年發(fā)布，全稱是數(shù)字式信息傳輸系統(tǒng)（DigitalInformationTransferSystem，DITS），我國與之對應(yīng)的標(biāo)準是HB6096-SZ-01。協(xié)議標(biāo)準規(guī)定了航電設(shè)備及有關(guān)系統(tǒng)間的數(shù)字信息傳輸要求，發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)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。ARINC429廣泛應(yīng)用在民航客機中，如B-737，A310等，俄制軍用飛機也選用了類似的技術(shù)。

作為傳統(tǒng)航空專用數(shù)據(jù)總線，ARINC429總線有明顯的不足。未采用總線控制器，而采取了1個信息源使用1條429總線的單向廣播式，這在航電設(shè)備激增的情形下是難以想象的。加之ARINC429總線帶寬非常有限，接口也不支持新型微處理機，因而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸延遲較明顯，難以滿足現(xiàn)代航電系統(tǒng)的需求。其后，波音公司在此基礎(chǔ)上形成的總線數(shù)字式自主終端存取通信（DigitalAutono-mousTerminalAccessCommunicatio ns，DATAC）方式，即ARINC629總線，也因先天不足，僅在波音-777得到了應(yīng)用。

結(jié)語

航空科技的發(fā)展擴大了民用航空電子系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，光纖數(shù)據(jù)總線作為民用航空電子系統(tǒng)的重要組成部分，受到了相關(guān)專家學(xué)者的重視。對民用航空電子系統(tǒng)光纖數(shù)據(jù)總線故障進行實時檢測能夠提高飛機運行的可靠性，本文引入數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)解決當(dāng)前民用航空電子系統(tǒng)光纖數(shù)據(jù)總線故障檢測方法存在的檢測精度較低，檢測的及時性較差問題。實驗結(jié)果表明，本文方法能夠提高民用航空電子系統(tǒng)光纖數(shù)據(jù)總線故障檢測正確率。