浅谈航空电子数据总线技术

李泽 张波

中国人民解放军 95905部队，辽宁 锦州 121018

摘要：在我们国家经济实力逐渐壮大的今天，航空电子综合化的关键技术之一就是机载高速数据总线,即机载通信网络的建立。代表目前航空电子系统综合化程度最高的研究计划是美国的JAST计划,该计划在“宝石柱”和“宝石台”计划中对高速数据总线互联系统技术积累的基础上,为了降低成本,提高性能,提出了统一网络的概念——利用统一网络实现从芯片,板级到机柜(子系统)之间的信息互联,从而降低系统的复杂性和可靠性,实现更高程度的综合化。

关键词：航空；电子数据；总线技术

引言

在我们国家不断进步、发展的过程中，数据总线作为航空电子系统的“骨架”和“神经”，与航空电子技术的发展同步进行，相互促进，对航空电子系统起着至关重要的作用。

1航空数据总线的概述

所谓机载数据总线技术基本是用于机载设备、子系统到模块间的互相连接，利用机载数据总线连成的网络系统，使相互间数据信息能够完成传输。现在，应用领域已延伸至卫星、坦克、舰船等多种机动性的平台，其实质上是网络互连技术的整体实现。机载数据总线技术始于航空电子综合系统的不断进步，美军航空电子系统历经了四个时期：第一时期的分立式航空电子系统、通信、导航的独立，早期任务处理时仍然依赖于飞行员的实际判断。联合式航空电子系统是第二个时期，每一个子系统的功能都是独立的，不一样设备之间数据的交互性也相对比较少。第三个时期，综合式航空电子系统，主要倡导“模块”理论概念，运用计算机构成信息处理模块，替代子系统，系统扩展性呈现良好势态，功能较为丰富，可以将复杂的问题处理好。当前是在第四个时期的过渡阶段，使用统一的网络，让子系统、模块、处理芯片都能够实现全面性的互联，该系统有可以容纳错误、扩展性强、低延迟的具体特征。

2新型航空电子系统总线互连技术

2.1 ARINC629

ARINC629总线是波音公司为民用机开发的一种新型总线数字式自主终端存取通信,总线传输率为2 Mb/s,线性拓扑结构,符合Hans准则;从工作流程图可以看出,任一终端能否占用总线,取决于2个因素:终端状态和总线状态。右边支路描述终端状态,当终端1次发送数据,则启动TI计数器,一直到TI计满为止则有可能再次发送数据;左边支路描述总线状态,当SG和TG未计满时,总线上出现信号(别的终端在发送)则将这两个计数器复位并重新计数,当SG和TG计满时,若总线上出现信号,则SG不复位,而TG必须复位。当这两条支路同时满足条件时,本终端才发送数据。比较而言,ARINC629具有自主控制、可双向传输、连接简单、“插入式”兼容等特点,因而在波音-777上得到了广泛的应用,成为机上信号处理、航空电子系统、动力系统、飞机构架系统及自动驾驶仪通信的基础。MIL-STD-1773,STANAG3910,ARINC629等总线技术的出现在一定程度上缓解了军(民)用飞机对通信的需要;但随着技术的进步,新一代航空电子系统中开始要求大信息量的视频、声音、实时数据在设备间的传输,同时伴随着航电系统数据处理能力的快速提高(比上一代提高了2～3个数量级),为了解决数据的实时传输和与系统处理速度的匹配问题,则要求数据总线的通信速率相对三代机至少提高1 000倍达到千兆比特的传输速率。因此上述的机载通信协议已远远不能满足新型飞机的数据传输要求。比如,美军的F-22战机就采用了数据率为400 Mb/s的点对点光纤链路实现传感器到通用综合处理机(CIP)及CIP到座舱控制显示系统的高速数据传输;RAH-66侦察攻击直升机也使用了数据率为800 Mb/s的光纤传感器数据分配网络传输来自驾驶员夜视系统、目标搜索系统和毫米波雷达的数据。为了满足上述要求,就需要制定新的航空数据总线标准(如新型光纤通道技术)来取代以上标准。

2.2 FC航空总线技术

该类技术主要依据国际标准形成，通过I/O的合理使用，完成网络信息的信号交流和信息传输的交流。在高带宽的承载下，串口能够实现视频、数据、音频的高速传递，极大缩短了获取和输出数据的时间。光纤通道技术是利用控制与互传数据流量来进行的。尤其在处理高负荷的网络流量方面，光纤技术能够借助更先进的网络结构实现数据和流量的传输，同时其出现延误、误差的几率较低。此外，光纤技术能够根据实际需要灵活设置和删减数据处理节点，更为综合性的处理方式所面对的层次更为复杂，且呈现出的形式更为多变。该类技术在民航飞行器中的使用较为广泛，其兼容性是多种多样的，可以同时处理多种协议的高频作业。

2.3光纤通道总线

光纤通道技术是美国国家标准委员ANSI于1998开始制定的数据通信标准，是将计算机通道技术和网络技术有机结合起来，具有全新概念的通信机制。2005开始小部分成熟的ANSI标准被IOS/IEC组织采纳作为国际标准，光纤通道标准共分5层：介质接口层、传输协议层、帧协议层、综合服务层和高层服务层。其传输速率可达Gb/s，可有效地支持无压缩数字视频信号的传输，满足未来战机的发展需求。光纤通道的拓扑结构灵活多样，按网络功能和带宽的不同要求构成点对点型、交换网型、仲裁环型等结构。光纤通道技术受到国外尤其是美国军方的重视，美国军方专门成立了FC-AE小组，制定了航空电子版光纤通道标准。美国F-35飞机在研制中，光纤通道技术已成为高速网络构建的基础。由于光纤通道网络在提供高速率传输的同时，还能够保证信号传输的质量，这就使得它非常适合新一代飞机使用。

2.4 MIL⁃STD⁃1553B/1773

MIL⁃STD⁃1553B主要特点有：（1）传输方式：半双工传输方式。（2）驱动能力：可挂接的32个终端按其作用分为：总线控制器BC、总线监控器BM、远程终端RT。各终端之间信息传输方式有：BC到RT，RT和BC，RT到RT，广播方式和系统控制方式。（3）调制方式：曼彻斯特Ⅱ型码。（4）传输速率：1 Mb/s。（5）同步方式：总线上的信息流由3种类型的字消息组成：命令字、数据字和状态字。字长为20位，前三位为3个位长的同步字头，中间有效信息位是16位，最后1个奇偶校验位。1553B从20世纪70年代至今广泛用于军事、工业和科技领域，美大型运输舰、空间补给站、轰炸机、战斗机F⁃16A、导弹、直升机及飞机器和导弹之间都使用过该总线技术。我国的“神舟”飞船和“实践5号”小卫星上也采用这种总线技术。1553B的缺点是总线带宽不足、容错能力有限、维修复杂。在1988年美国军方制定的军用标准MIL⁃STD⁃1773是美军航空电子综合系统的标准总线，是对1553B标准在传输介质上的改进，即利用光纤来取代传统双绞线或电缆，具有1 Mb/s和20 Mb/s两种速率，高层协议与1553B相同。其优异的性能已被美国国家航空航天局（NASA）和海军使用，其中F18战斗机也是使用该标准，有“一网盖三军”之称，国内也有相应的技术跟进，制定了国军标“GJB289A”和“GJB2663”标准，并已应用于国产先进战斗机中。

结语

总之，结合以上阐述，深入阐述了航空电子总线技术，在分析过程，作为研究人员，要加强专业能力，要不断迎合时代发展，积极探索航空电子技术实际，以此才能有针对性的总结更加高效的电子数据总线技术措施，以为航空事业发展奠定良好基础。

参考文献

[1]孙胜旺.航空数据总线技术分析研究[J].山东工业技术,2018(14):154+148.

[2]曹阳.浅谈航空电子数据总线技术[J].数字通信世界,2018(3):35.

[3]张新.航空电子机载设备可靠性研究[J].数字通信世界,2018(2):106.