王 廣

（航空工業(yè)計算所，陜西西安，710019）

新一代航空電子總線系統(tǒng)結構研究

王 廣

（航空工業(yè)計算所，陜西西安，710019）

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

航空電子；總線系統(tǒng)；結構研究

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)斗機所具備的性能和狀態(tài)與航空電子系統(tǒng)息息相關。如果缺少高效能的航空電子在系統(tǒng)就無法提升戰(zhàn)斗機的性能。而在科技迅速發(fā)展的大環(huán)境性下，對于高科技作戰(zhàn)能力的需求不斷的提升。我們必需對航空電子總線系統(tǒng)進一步的進行研究，從而尋找其未來的發(fā)展出路，并明確其可實現(xiàn)的功能等。

1 概念

航空電子總線系統(tǒng)是整個航空研究領域內的關鍵性因素，是進行航空電子研究以及開發(fā)的核心內容之一，它與航空系統(tǒng)未來的技術革新有著密切的聯(lián)系。

在未來的戰(zhàn)爭中，冷兵器的作戰(zhàn)模式將會被以信息化為主的戰(zhàn)爭所取代，因此對于航空電子系統(tǒng)的要求就會越高，所以我們需要選擇一種先進的總線技術進行研究。從而帶動整個航空電子系統(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，同時也符合航空電子系統(tǒng)在經(jīng)濟、實用以及可支撐的能力要求。

2 系統(tǒng)結構發(fā)展階段

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

2.1 分離式

在這一結構中，航空設備中的導航、雷達等系統(tǒng)相對獨立且具有自己的傳感設備、處理設備以及儀表顯示設備。在進行飛行任務處理的過程中，更多依賴于飛行員的判斷。因此這個時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)結構中，對電子系統(tǒng)進行了進一步的升級，引入了子系統(tǒng)的概念，通過總線系統(tǒng)方式將導航、雷達以及火控等各個不同的系統(tǒng)進行互聯(lián)，進而將它們的狀態(tài)進行統(tǒng)一化的輸出，再通過相應的子系統(tǒng)進行分配并執(zhí)行命令。聯(lián)合式的總線結構能夠有效地實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的共享需求，同時完成命令的執(zhí)行以及顯示方式。但是并沒有將信息納入到整個系統(tǒng)功能中，且各個子系統(tǒng)相對獨立。

2.3 綜合式

綜合式總線系統(tǒng)結構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現(xiàn)信息之間的互聯(lián)和平衡。通過這種處理方式，使整個航空電子系統(tǒng)的信息化功能提升到了一個新的層次。

2.4 先進綜合式

先進綜合式的航空電子體統(tǒng)，我們要求對于信號的處理要實現(xiàn)一級綜合的目的。在信號分析處理需求增加的情況下，對于處理的需求有了進一步的要求。而利用總線進行數(shù)據(jù)傳輸不僅僅能夠滿足對命令以及狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳導，同時還可以存儲運行大量的中間結果數(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。但如果我們仍采取綜合式的航空電子系統(tǒng)來解決互連系統(tǒng)中存在的問題。不僅無法確保整個數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡脱舆t性，對于系統(tǒng)的建立以及維護的成本需求則會變得更高，使系統(tǒng)的可靠性能下降。因此，在處理這個問題對于綜合航空電子系統(tǒng)的使用時，通常采用單一總線的方式來實現(xiàn)各個子系統(tǒng)的互聯(lián)需求，并結合統(tǒng)一的方式來確保各個子系統(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 開放式的結構

在實際設計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)結構。對于“開放式的系統(tǒng)結構”這是一種相對公開的發(fā)行模塊，它符合標準化模塊要求以及互聯(lián)的標準。因此能夠使用民用貨架設備或是多種機型的設備，最終能夠實現(xiàn)項目發(fā)生變化，但在價格上面并不會有太大的變動。

開放式的結構使航空電子系統(tǒng)結構更加的完善，能夠更加有效地提升航空電子設備的綜合效能。因此它具有較為深遠的意義。

通過采用標準化的結構，能夠使軟件在不同品牌不同型號的硬件之間互相兼容。并且能夠給用戶更多的選擇。

構成分布式的系統(tǒng)。由于軟件能夠實現(xiàn)兼容的效果，因此能夠更好地實現(xiàn)系統(tǒng)之間的相互交融，連接和互通的操作方式。

3.2 分布式的結構

航空電子系統(tǒng)采用分布式的機構，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)功能的分布情況上，就是依據(jù)功能特點進行分布。將全系統(tǒng)化的功能依照功能特點進行分區(qū)。尤其是在高度綜合的結構處理方面，也可以實現(xiàn)由系統(tǒng)結構向分布式的處理系統(tǒng)結構的轉移。用計算機高速處理技術來取代原本分散的計算機結點以及設備節(jié)點。從而實現(xiàn)應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

對于總線的可靠性需求，要求它具備更好的檢錯或是糾錯的能力；能夠對故障進行識別，主動的隔離故障，重建系統(tǒng)。

3.4 經(jīng)濟性要求

充分的結合軍用以及民用技術。將標準統(tǒng)一化、公開化。這樣無論系統(tǒng)如何更新、規(guī)模如何拓展，都能夠滿足擴展的需求。同時符合維修的條件。

4 電子系統(tǒng)的發(fā)展

對于航空電子系統(tǒng)結構來說，其發(fā)展的動力就在于技術的推動。因此，綜合化的系統(tǒng)能夠使現(xiàn)代軍事化飛行設備的性能得到有效的提升，同時也能夠有效的解決目前機艙中存在的空間狹小，駕駛員負擔過重的情況。然而操作系統(tǒng)過于復雜同時軟件數(shù)量多，使得整個系統(tǒng)在初期的成本、后期的維護以及系統(tǒng)軟件開發(fā)升級方面存在更多的問題。

進入新世紀以來，隨著科學技術的不斷進步，對于軍用設備的要求越來越高。高精度遠程武器的應用，在很大程度上削弱了防御方的反應時間。而通過增加傳感器等方式能夠有效地提升設備的性能但必然會導致駕駛員操作反應質量的下降?？萍蓟膽?zhàn)場對于軍用飛機作為空中作戰(zhàn)武器平臺所提出的需求更高。因此，要充分調動傳感器的作用，使各個傳感器能夠最大程度的相互配合。因而，設備上需要更為先進的顯示設備，同時還能夠滿足數(shù)據(jù)信息的高速傳遞、信號處理、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代必然會使成本變成一個突出的問題。目前我們所使用的系統(tǒng)多由計算機網(wǎng)絡以及密集型軟件構成。因此在整個飛機的制作成本中大約要占用1/3的費用，而后期的維修、維護的費用則會更高，高成本的投入限制了對新技術飛機的研制。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)結構

5.1 設計原則

通過對我國航空電子發(fā)展趨勢以及西方國家的研究進行綜合對比分析來看，航空電子的總線體統(tǒng)應當具備一定的靈活性。同時能夠合理的連接方式。對于新的技術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)，結合核心處理機以及模塊化的設計技術，使資源信息能夠實現(xiàn)共享。通過這種方式能夠更加符合信息技術綜合化管理的需求。

（2）有效的利用多級余度的設計方式以及容錯的技術，來提升飛機在任務執(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以及商用產(chǎn)品，從而有效地降低成本。

5.2 總線體系結構

（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)，有效的連接計算機與各個處理器，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以及相關傳感器組件使高速光纖數(shù)據(jù)交換網(wǎng)實現(xiàn)連接。通過數(shù)據(jù)融合、處理能夠提供給飛行員準確、及時、有效的信息。

（3）在進行總線設計時使用雙余度的總線結構。在兩臺通用的綜合核心處理器之間采取外場可更換的模塊技術，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計是符合航空系統(tǒng)結構設計要求的。

6 模塊化的電子系統(tǒng)

隨著技術的不斷更新，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，使飛機電子設備結構從機箱的黑盒子逐步發(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構。

6.1 通用模塊

通用模塊一般是用來完成系統(tǒng)中的共性較強的功能的，其所屬類型與技術應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。包括對中央處理單元、存儲設備以及設備總線結構等方面的連接。

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

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

6.2 綜合核心處理機

這種處理機設備的主要構成是由兩個綜合機架共同構成的。它所使用的技術較為先進，能夠實現(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。并對數(shù)字信息進行處理，融合，對飛行軌道進行管理、控制。對飛行存在的故障進行診斷和管理。

7 結束語

新一代的航空電子總線結構采用了較為先進的網(wǎng)絡技術和設計原理，使整個系統(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)結構，不僅可以符合電子系統(tǒng)升級擴充的需求，也能夠更好地滿足未來戰(zhàn)爭對于航空電子系統(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)測試方法研究[J].電子技術應用,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)字技術與應用,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測與健康管理系統(tǒng)綜述[J].計算機測量與控制,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)構架技術研究[J].航空學報,2014,(06):1473-1486.

[5]張麗,張揚.基于總線的航空電子設備檢測系統(tǒng)設計研究[J].河南師范大學學報(自然科學版),2013,(06):141-145.

[6]趙永庫,王昆睿.新一代軍用飛機航空電子數(shù)據(jù)總線標準選擇[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