淺談航空電子數(shù)據(jù)總線技術(shù)

李輝

【摘 要】高科技的發(fā)展影響了中國(guó)許多領(lǐng)域的變化在當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展中，交通對(duì)人們的出行很重要為了方便人們出行，中國(guó)加快了航空研究航空技術(shù)不僅適用于公共生活，而且適用于軍事行動(dòng)環(huán)境。因此，航空與生計(jì)質(zhì)量和國(guó)家安全有關(guān)。為了促進(jìn)國(guó)內(nèi)航空工業(yè)的發(fā)展，有必要加強(qiáng)航空技術(shù)領(lǐng)域的研究?；诖?，文章根據(jù)電子航空系統(tǒng)的現(xiàn)狀，對(duì)電子數(shù)據(jù)總線技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并對(duì)未來(lái)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

【關(guān)鍵詞】航空電子系統(tǒng);數(shù)據(jù)總線;光纖通道;技術(shù)分析

前言

隨著科技的發(fā)展，航空領(lǐng)域的電子技術(shù)也在發(fā)展計(jì)算機(jī)的使用改善了電子航空系統(tǒng)，航空電子總線技術(shù)的出現(xiàn)也促進(jìn)了航空電子的發(fā)展。然而，科技進(jìn)步如此之快，以致傳統(tǒng)的電子數(shù)據(jù)總線技術(shù)已不再適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)展，航空專(zhuān)家應(yīng)加快這一領(lǐng)域的創(chuàng)新，以取得更好的成果。航空電子總線技術(shù)已成為飛機(jī)上最常用的技術(shù)之一，可有效地傳輸和分享信息。

一、航空數(shù)據(jù)總線概述

機(jī)載數(shù)據(jù)總線技術(shù)用于設(shè)備、子系統(tǒng)和嵌入式模塊之間的互聯(lián)。與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一樣，嵌入式電子設(shè)備是指通過(guò)機(jī)載數(shù)據(jù)總線連接在一起的計(jì)算機(jī)，用于執(zhí)行相互之間的數(shù)據(jù)和信息傳輸任務(wù)。目前，該系統(tǒng)的應(yīng)用已擴(kuò)展到各種移動(dòng)平臺(tái)，如船只、衛(wèi)星、導(dǎo)彈和坦克。它基本上是一種實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)。航空數(shù)據(jù)總線技術(shù)源于綜合空中運(yùn)輸系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，該系統(tǒng)經(jīng)歷了前四個(gè)階段：第一代離散空中運(yùn)輸系統(tǒng)，其中導(dǎo)航和通信系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)作;最初的系統(tǒng)甚至取決于飛行員在處理任務(wù)時(shí)的判斷在第二代聯(lián)合空運(yùn)系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)的功能相互獨(dú)立，不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互較少。在第三代綜合空運(yùn)系統(tǒng)中引入了模塊概念，信息處理模塊由計(jì)算機(jī)組成，取代了分系統(tǒng)。該系統(tǒng)可擴(kuò)展且功能豐富，使其能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜的任務(wù)。目前正在向第四代高級(jí)集成研究階段過(guò)渡，該階段使用統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)、模塊甚至處理器芯片之間的互連，具有速度、可擴(kuò)展性、低延遲和容錯(cuò)能力等特性。

二、航空電子系統(tǒng)體系架構(gòu)

1.綜合模塊化航空電子系統(tǒng)

使用本軟件在所有模塊的硬件和軟件之間實(shí)現(xiàn)全面管理。航空系統(tǒng)的大多數(shù)功能都集中在獨(dú)立的機(jī)箱上。電源供應(yīng)器、中央處理器、共用資源模組以及輸入/輸出匯流排，可確保有效的通訊與網(wǎng)路互連。集成模塊化系統(tǒng)中的硬件模塊被劃分為模塊化空間，可以根據(jù)不同的性能自由拆卸和組裝、完全更換和遷移。該模塊高度集成在同一個(gè)共享平臺(tái)上，具有先進(jìn)的電子結(jié)構(gòu)和輕便性，可提高整體系統(tǒng)性能，并可用于管理復(fù)雜的功能。設(shè)計(jì)節(jié)省的主要原因是標(biāo)準(zhǔn)模塊化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)便于更換部件和維護(hù)系統(tǒng)。

2.分布式模塊化航空電子系統(tǒng)

分布式模塊化空運(yùn)系統(tǒng)可以不斷升級(jí)和更新為綜合模塊化空運(yùn)系統(tǒng)架構(gòu)，具有很大的集成性。該系統(tǒng)可以相對(duì)獨(dú)立、可移植和靈活，能夠有效地為航空電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)混合單元。目前，分布式模塊化航空和電氣系統(tǒng)可以解決硬件兼容性問(wèn)題，還包含應(yīng)用程序中非關(guān)鍵功能的硬件和軟件矛盾，但并不嚴(yán)格限制所有功能模塊的實(shí)際部署。

3.總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)是使用高速光纖建立的，可連接計(jì)算機(jī)和處理器，并確保數(shù)據(jù)和信息的有效互聯(lián)。集成處理器和相關(guān)傳感器，用于高速光纖通道數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)連接。數(shù)據(jù)、處理和集成可以為驅(qū)動(dòng)程序提供有效和最新的信息。

三、我國(guó)數(shù)據(jù)總線技術(shù)的應(yīng)用情況

1.ARINC429數(shù)據(jù)總線的應(yīng)用情況

該數(shù)據(jù)總線的規(guī)格以Mark33數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的單向數(shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，專(zhuān)門(mén)為航空電子通信行業(yè)設(shè)計(jì)。它可以詳細(xì)規(guī)劃和改進(jìn)航空運(yùn)輸系統(tǒng)內(nèi)不同設(shè)備之間以及系統(tǒng)與設(shè)備之間的通信方式，從而使不同的電氣特性、數(shù)據(jù)傳輸特性和通信協(xié)議能夠在管理框架內(nèi)運(yùn)作，而不考慮接口的復(fù)雜性。ARINC429數(shù)據(jù)總線具有傳輸靈活性、承運(yùn)人便攜性和較強(qiáng)的抗干擾能力等特點(diǎn)，在目前的航空電子系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

2.MIL-STD-1553B數(shù)據(jù)總線的應(yīng)用情況

該數(shù)據(jù)總線基于美國(guó)軍方開(kāi)發(fā)的點(diǎn)控/響應(yīng)數(shù)據(jù)多路復(fù)用總線。該數(shù)據(jù)總線是1973年首次開(kāi)發(fā)的，隨后得到進(jìn)一步改進(jìn)，并用于各種航空電子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)總線采用控制/響應(yīng)協(xié)議，在具有集中控制的綜合通信系統(tǒng)中構(gòu)建BC總線控制器和多個(gè)RT遠(yuǎn)程終端。在BC控制數(shù)據(jù)交換方面，RT是總線命令執(zhí)行系統(tǒng)，它以狀態(tài)報(bào)告的形式傳輸消息，通常響應(yīng)4到12微秒，從而在正確的系統(tǒng)時(shí)鐘同步時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)整體的信息傳輸交互。在目前的發(fā)展趨勢(shì)下，該數(shù)據(jù)總線持續(xù)使用高光纖帶寬、高抗干擾能力和低效率，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。

3.線性令牌傳遞總線的應(yīng)用情況

該數(shù)據(jù)總線主要用于軍事應(yīng)用，其報(bào)文主要通過(guò)三種方式傳輸：站管理報(bào)文、令牌報(bào)文和數(shù)據(jù)報(bào)文。整體數(shù)據(jù)傳輸速率為50mb bps，終端連接數(shù)可達(dá)1285，消息總長(zhǎng)度為4096個(gè)字。此數(shù)據(jù)總線協(xié)議是一種有時(shí)間限制的令牌多優(yōu)先級(jí)傳輸協(xié)議，定義了四個(gè)消息優(yōu)先級(jí)。如果存在高優(yōu)先級(jí)消息，則以有限的方式發(fā)送。同時(shí)，每個(gè)站點(diǎn)都有三個(gè)令牌環(huán)計(jì)時(shí)器和一個(gè)令牌保留計(jì)時(shí)器。這些元素有助于減少總線上高優(yōu)先級(jí)消息的等待時(shí)間，并避免任何節(jié)點(diǎn)的等待時(shí)間。

4.STANAG3910的應(yīng)用情況

STANAG3910是北約在1990年代引進(jìn)的數(shù)據(jù)總線技術(shù)。STANAG3910總線是一種指令協(xié)議，它使用雙速率總線結(jié)構(gòu)來(lái)加速數(shù)據(jù)傳輸。STANAG3910總線和MILSTD1553B總線之間的鏈路位于同一介質(zhì)上，這有助于MILSTD1553B總線系統(tǒng)升級(jí)，以滿(mǎn)足戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)展需要，同時(shí)延長(zhǎng)MILSTD1553B的使用壽命，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性和高速數(shù)據(jù)總線的有效組合。STANAG3910總線系統(tǒng)的傳輸速率可達(dá)20mb/秒，可使用同軸電纜作為支架，或使用光纖作為支架，滿(mǎn)足戰(zhàn)斗機(jī)的空中和電力通信需求。

結(jié)束語(yǔ)

簡(jiǎn)而言之，對(duì)航空電子總線技術(shù)進(jìn)行了深入的開(kāi)發(fā)。在分析過(guò)程中，作為研究人員，我們必須加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)技能，繼續(xù)順應(yīng)時(shí)代的變化，積極探索電子航空技術(shù)的現(xiàn)實(shí)，以便有針對(duì)性地總結(jié)更有效的電子數(shù)據(jù)總線技術(shù)措施，為發(fā)展電子數(shù)據(jù)總線奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]林軍華.航空電子系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線技術(shù)研究[J].數(shù)字通信世界，2015，32（7）：55，117.