民航電子系統(tǒng)的光纖數據總線故障實時檢測

周聲望

（東航技術有限公司工程部，上海 200335）

引言

針對當前民用航空電子系統(tǒng)光纖數據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，提出數據挖掘的民用航空電子系統(tǒng)光纖數據總線故障檢測方法。首先提取光纖數據總線狀態(tài)特征，并利用數據挖掘技術實現(xiàn)民用航空電子系統(tǒng)光纖數據總線狀態(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，通過構建民用航空電子系統(tǒng)光纖數據總線狀態(tài)的基本譜殘差，構建故障檢測的解決函數，完成故障檢測。實驗結果表明，本文方法檢測的精確度較高，檢測的及時性較好。

一、機載數據總線的概述

機載數據總線技術是用于機載設備、子系統(tǒng)直至模塊之間的互連技術，從計算機網絡觀點來看，航空電子設備相當于一臺微機，它們以機載數據總線為紐帶，互連成網絡系統(tǒng)，完成數據信息的傳輸任務。目前其應用領域已經擴展到艦船、衛(wèi)星、導彈和坦克等各種機動平臺上，在本質上，它是一種實時網絡互連技術。

機載數據總線技術源于航空電子綜合系統(tǒng)的發(fā)展，美軍航空電子系統(tǒng)經歷了先前的四個階段：第一代分離式航空電子系統(tǒng)，導航、雷達等系統(tǒng)工作完全獨立，初期的系統(tǒng)在處理任務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，不同設備間較少有數據交互；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雜的任務；目前正過渡到第四代“先進綜合式”的研究階段，采用“統(tǒng)一網絡”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)航空專用數據總線

（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，全稱為飛行器內部時分命令/響應式多路數據總線，我國與之對應的標準是GJB289A-97。該總線采用冗余的總線型拓撲結構，傳輸數據率可達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)控制和標準化接口。該總線技術首先運用于美國空軍F-16戰(zhàn)斗機，在過去的30多年中，被成功地應用于多種戰(zhàn)機以及導彈控制、艦船控制等領域 。

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據傳輸，1988年，美國國防部發(fā)布了MIL_STD_1773，利用光纖傳輸介質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主要用于高速數據傳輸。

1553B總線作為第一代軍用數據總線技術，在上世紀七八十年代日漸成熟并得到廣泛的應用。然而，隨著對數據傳輸（視頻、音頻、分布式數據）應用的需求日益增加，其有限的帶寬（1Mb/s）已逐漸無法完全滿足現(xiàn)代系統(tǒng)對數據傳輸的需要，且集中的總線控制器給系統(tǒng)帶來潛在的單點故障這一致命威脅，被新架構的數據總線取代已是大勢所趨。

三、實驗結果與分析

采用主板芯片類型為IntelB360，CPU型號為i5－8400的計算機搭建實驗的硬件平臺，利用Windows2010作為實驗的操作系統(tǒng)，利用MATLAB對實驗過程進行模擬，光纖數據總線故障檢測的完成時間直接影響檢測的實時性，實驗不同方法故障檢測的完成時間(s)。本文方法檢測的完成時間最短，檢測速度快，較好的實現(xiàn)了光線數據總線故障的實時檢測，這是通過設定閾值方法及時對光纖數據總線狀態(tài)進行監(jiān)控，提高了光纖數據總線故障檢測速度。實驗不同方法進行故障檢測的精確度，實驗過程中，分別利用不同方法對光纖數據總線故障進行檢測。在進行故障檢測的過程中，無法對光纖數據總線幅值變化進行準確描述，導致檢測的精確度低，本文方法能夠準確描述光纖數據總線狀態(tài)隨時間變化規(guī)律，提高了檢測結果的準確度。實驗不同方法進行光纖數據總線故障檢測占用的網絡內存(MB)。光纖數據總線故障實時檢測是通過計算機實現(xiàn)的，不同方法檢測過程中計算機內存的占用量直接影響計算機運行速度。本文方法進行光纖數據總線故障檢測的過程中，占用的計算機內存較少，對計算機運行速度影響較小。本文方法進行故障檢測的過程中，對光纖數據總線運行狀態(tài)進行特征提取，分析光纖數據總線故障時的狀態(tài)特點，減少了數據的需求量，使得光纖數據總線狀態(tài)數據采集較少，減少了數據占用的計算機內存，使得占用的計算機內存量較少。

結語

航空科技的發(fā)展擴大了民用航空電子系統(tǒng)的應用范圍，光纖數據總線作為民用航空電子系統(tǒng)的重要組成部分，受到了相關專家學者的重視。對民用航空電子系統(tǒng)光纖數據總線故障進行實時檢測能夠提高飛機運行的可靠性，本文引入數據挖掘技術解決當前民用航空電子系統(tǒng)光纖數據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。實驗結果表明，本文方法能夠提高民用航空電子系統(tǒng)光纖數據總線故障檢測正確率。