基于總線的導彈發射裝置通信架構研究

段昭

摘 要： 通過對當前導彈發射裝置各設備間通信方式的分析、研究并結合后續型號發展趨勢對發射裝置內部設備通信所提出的需求，搭建了采用控制總線、數據總線及422總線等不同總線相結合的導彈發射裝置通信架構并對由此所帶來的問題給出了解決方案。

關鍵詞： 總線；導彈發射裝置；通信架構

1引言

通過增加車載導彈數量提高地空導彈武器系統抗飽和攻擊能力，牽引未來導彈發射裝置的發展。以往基于RS-422點對點拓撲結構建立的通信架構限制了導彈數量的增加，制約了武器系統能力提升。為解決此問題，開展新型發射裝置內部設備通信架構研究越來越有必要。

2當前系統網絡拓撲結構分析

以往型號導彈發射裝置的通信網絡架構以控制器1為中心點，伺服控制器、航姿儀、顯控組合、BIT記錄設備、無線從站、控制器2等作為邊界點組成星型網絡，設備連接見圖1。該構架中設備連線復雜，可靠性不高，可拓展性不強。當系統需要升級改造時，該架構需要重新設計，設計沒有繼承性并且不利于系統性能提升。

總線型網絡拓撲結構具有靈活多變的特點，易于增加或減少設備數量，能夠有效解決上述問題。

3 常見總線特點分析

3.1 1553B總線及其特點

1553B總線屬指令/響應型總線可構建一種分布處理網絡可掛接32個終端，所有終端共享一條消息通路。任一時刻網絡中至多只有一個終端在發送消息，消息可以被所有終端接收，拓撲結構簡單終端方便擴展。

總線傳輸碼速率為1Mbps每條消息最多有32個字（每個字16位）[1]，傳輸時延短實時性強。

受導彈發射裝置中各設備空間位置限制，總線與各設備間無法采用直接耦合方式連接只能采用變壓器耦合方式，但此種方式連線復雜不適合發射裝置內部通信網絡。

3.2 CAN總線及其特點

CAN總線是一種多主串行總線，通信速率高達1Mbps。通信接口集中了協議的物理層和數據層可完成數據的成幀處理。

1553B與CAN總線的碼速率均為1Mbps，拓撲結構類似，不同的是1553B總線實質是一種主從的輪詢選擇網絡而CAN總線是一種多主站的總線網絡。當CAN總線空閑時任何節點均可發送報文，發送具有最高優先權報文的節點獲得總線訪問權。一旦發生沖突則采用CSMA/CD的辦法來解決沖突問題而不是1553B總線那樣完全依靠總線控制器來實現數據流的仲裁，可見CAN總線非常適合于導彈發射裝置內部設備之間通信。

3.3 Flex Ray總線及其特點

作為新一代總線Flex Ray具有通信速率高、可靠性強、拓撲結構靈活等特點[2、3]。采用兩條獨立的物理線路進行通信，每條線路的數據速率為10Mbps。

Flex Ray總線采用時間和事件觸發相結合的方式進行通信。基于時分多址將一個通信周期分成了靜態段、動態段、符號窗口和網絡空閑時間4個時間段。在靜態段內總線的節點和信息被分配給確定的時隙，在相應的時隙內它們具有訪問總線的獨占權，確保數據按規定的時間表進行傳輸。在動態段引入“微時隙”概念，在微時隙的時間內總線的訪問具有唯一性，上述特點表明該總線可以作為控制器1與航姿儀、BIT記錄設備等需要高速率傳輸總線的設備通信總線。

3.4 RS-422總線及其特點

RS-422采用平衡式差分數據傳輸方式進行通信，具有抗干擾能力強、通信速率高、通訊距離遠等特點。最大傳輸速率高達10Mbps，最大傳送距離300m，如果降低傳送速率傳送距離可以達到1200m。

考慮到導彈發射裝置內部設備控制信息數據量較少，擬采用CAN總線作為控制總線。受通信速率限制，控制器1與航姿儀、無線從站及BIT數據記錄之間通信擬采用Flex Ray總線，發射裝置與控制器2之間的有線通信距離存在進一步擴大的趨勢，擬采用RS-422總線，由此構建導彈發射裝置新型通信系統架構見圖2。

4 導彈發射裝置新型通信系統架構關鍵問題分析

4.1 系統內部故障優先級分配問題

CAN總線標識符決定了信息傳遞的優先級及發送等待時間同時影響信息濾波的適用性、系統通訊結構的合理性和標識符使用的效率。根據系統作戰過程將其分解為戰斗準備階段、發射準備階段、火力實施階段及撤收或陣地轉換階段。依據四個不同階段中可能產生的故障模式，依據以下原則完成優先級分配。

a）所有指令數據及其應答，優先級最高；

b）所有用于控制模型計算的數據信息，優先級次之；

c）用于標定等信息，如初始標定、傳遞對準；

d）總線狀態提示或錯誤提示信息、專送給測試設備記錄的信息優先級最低。

4.2 伺服系統控制問題

某型號伺服系統根據控制器1定時傳遞的控制量及當前角度執行值校正運算得到控制量用于電機的運轉方向及運轉角速度從而實現位置調轉和速度跟蹤[3]。采用CAN總線后隨動系統存在傳遞控制量不定時，在設備優先級設定時可以采取設定伺服控制器的優先級僅次于控制器1的策略來解決該問題。

4.3 “彈-架”分離問題

CAN總線應用場合中總線與子節點之間不存在位置空間上的變化，但對于發射裝置與導彈而言兩者之間存在“彈-架”分離問題。針對該問題，采取應用光電耦合器在彈架分離前期轉換匹配電阻策略來解決該問題。

5結論

基于控制總線、高速數據總線的發射裝置通信系統能夠很好解決未來型號中導彈發射裝置所面臨的內部設備連線復雜、不易擴展等問題，針對應用總線后導彈發射裝置產生的幾個難點問題論文中給出的方案能夠很好的解決上述問題。■

參考文獻

[1]GJB/Z 209-2002數字式時分制指令/響應型多路傳輸數據總線應用手冊.

[2]GJB 289A-97數字式時分制指令/響應型多路傳輸數據總線.

[3]余翔，謝長君，吳友宇.車載網絡Flex Ray的研究與應用[J].電子元器件應用，2006.6.