航空通信導航管理設備集成化設計的研究

鄭瑞康

摘要：本文從主體思路、主要功能以及模塊設計等角度出發，對通信導航設備集成化設計方式進行分析，并在不同工況下對集成系統的實現加以闡述，重點對正常工作模式、備份工作模式以及工作模式切換等情況下的功能實現進行研究，使該設備在集成化設計后的使用效率得到顯著提升。

關鍵詞：航空通信；導航管理；設備設計

引言：

在科技飛速發展背景下，電路、芯片集成度不斷提升，使機載設備功能更加強大，促進設備集成化發展，以往需要多個設備實現的功能，現如今利用一個集成設備即可實現。本文主要針對航空通信導航系統化中，主控、備份控制、戰術態勢以及通信管理器等設備集成進行分析和研究。

1.航空通信導航設備集成化設計

1.1主體設計思路

通信導航設備能夠對通信、導航、航電、數據鏈等設備的數據進行采集，具有通信控制、數據備份等功能，可對戰術態勢進行處理，以往上述功能均通過獨立LRU設備完成，但在通信導航系統中，使用集成化設計思路即可完成，避免多個LRU設備的使用。

1.2設計要點

隨著近年來我國航空事業的不斷發展，其航空通信質量也受到了人們的高度關注，而隨著地面發射塔以及地面基站的不斷增多，航空通信受到的干擾影響也是十分明顯。所以，為了確保航空通信導航設備的正常運行，就要結合其各個組成結構以及應用功能，對其進行集成化設計。在實際操作時，可以考慮對設備主控器、備份器、管理器以及戰術態勢處理器入手，對這四大關鍵部分進行集成設計，具體設計要點如下：

首先，要將主控器與通信導航系統進行相互連接，以便可以增強導航設備的具識別功能。在連接時，主控器中總線模塊的其中之一可與設備控制端進行連接，并采用LBE總線來作為主控器內部的主體連接線。相對，處理器模塊要與數據鏈系統進行連接，這樣才能在收到設備指控命令后，及時的對管理信息進行采集和處理，并將數據傳遞給指控系統。

其次，由于備份器屬于一種降級備份，且由處理器與BMBI模塊所組成，因此，在對其進行集成設計時，就要利用LBE總線進行連接，可將處理模塊作為總線控制器，這樣一旦主控器出現故障，備份器就能及時的進行故障處理。在設計過程中，相關設計人員應充分考慮主控器故障擴張問題，盡量使其不會對備份器產生任何不良影響。具體可采用以下兩點集成設計措施來解決：第一，主控器與備份器設計必須采用相互獨立的LBE總線進行連接，以便能夠通過1路功能模塊來實現數據的傳輸；第二，要設立兩組獨立的電源供電電路，且保證在某一組電源出現故障時，另一組電源不會受到任何影響，并且能夠繼續為BCPU輸送電能。

再次，管理器的集成設計，重點在于實現管理器功能模塊與飛機數據鏈系統電臺通信設備的有效連接，以便可以及時的接收指控命令和網絡管理信息數據等，從而有效抵制各種干擾信號的產生，保證航空通信導航管理設備的運行安全。

最后，戰術態勢處理器的集成設計，要將處理功能模塊與視頻模塊進行有機結合，進以實現人機交互功能，有效處理任務系統傳輸戰術態勢數據。

通過多個不同系統的集成設計，不僅有效減少使用者面對的設備、屏幕數量，降低操作難度；而且也大大減少了維護者的工作量和維護難度。[1]

1.3模塊設計

通信導航設備中的各個模塊利用標準模塊進行設計，通過MPC 8245模塊對數據、視頻的載板進行處理，以最大配置完成模式設計，使其與航電總線之間能夠自由轉換。在視頻模塊方面，將標準顯卡安裝其中，可對戰術態勢信息進行有效控制；在電源模塊方面，可通過標準模塊實現。在硬件電路方面，數據處理模塊采用相同的硬件電路，以MPC 8245為處理器，將工作頻率設置為266 MHz，部分總線頻率為66MHz，存儲空間為128MB 64位SDRAM。提供2路RS23串行調試接口，2路秒脈沖接口。

在處理模塊中，可利用邏輯實現秒脈沖、看門狗、寄存器控制等，在設計方面主要采用串口工作模式。在處理器模塊中，422串口可適用于CPU數據處理模塊中，并與外部數據鏈系統相結合，可傳輸較為龐大的數據，且對處理能力的要求較為嚴格。但是，由于數據功能有所區別，部分數據無需利用處理模塊，只需進行轉發即可。因此，上述串口在使用中應設計相應的模式，對于無需處理的數據即可利用處理模塊進行處理。

2.不同工況下航空通信導航集成設備的實現

在集成作用下，通信導航設備可實現通信控制、管理與戰術態勢三大功能，其中，通信控制作為設備的“心臟”，為確保該設備的正常運行設計出備份部件。在通信設備運行過程中，不同工況下設備工作模式以及主控與備份控制器之間的切換十分重要。

2.1正常工作模式

在該運行模式下，主控設備的功能均處于正常狀態，系統接口輸出開啟，備份設備處于備份工作狀態，接口輸出停止。借助RS422能夠實現主控與備份控制器之間的數據交換，還可在LBE的支持下，使主控設備與通信管理數據得以交換，使系統運行效率得到顯著提升。

2.2備份工作模式

當主控設備出現故障時，系統狀態將自動發生改變，轉變為備份工作模式，此時系統的輸出停止，備份控制器系統的輸出開啟，主控功能塊中LBE總線與內部鏈接失效。管理器可借助RS422接口的作用，實現備份控制器與接口之間的相互交流。

2.3工作模式切換

通信導航設備的控制邏輯具有兩種功能，一種為自動切換，另一種為強制切換，均可確保設備功能的完整高效。在主控設備與備份設備中，通過強制切換信號可實現二者的相互轉換。

（1）自動切換

利用Go/Nogo信號能夠使主控器始終處于正常的工作狀態，其中，0代表的是主控器正常運行，1代表的是主控器出現故障，當主控器出現死機、供電故障等異常情況時，可產生信號并發送到備份控制器中。該信號只可在備份控制器中進行故障告警，具體的故障情況需要借助串口設備而傳遞到備份控制器中；B-Valid信號可對使能信號進行管控，其中，0代表的是主控器管控使能，1代表的是備份器管控使能，利用備份設備進行軟件設置，能夠使整個系統狀態得以顯現。當B-Valid信號處于備份狀態時，主控器與外部系統之間的接口處于閉合狀態，且主控器與戰術態勢的功能較為強大，LBE總線接口處理閉合狀態，但422與備份器之間的接口尚未閉合，且唄分期對外接口處于開啟狀態。當該信號為主控器管理使能時，備份器的接口處于閉合狀態，當主控器的接口處于開啟狀態時，主控器與展示態勢的處理功能較強，且LBE總線接口同樣處于開啟狀態[2]。

（2）強制切換

采用強制切換開關能夠將系統強制轉變為控制器管理模式，在切換過程中，當信號生效時，可從備份控制器轉移到主控器中；當信號無效時，系統將不對信號進行處理；在強制切換過程中，優先級別坐高，可由系統對工作模式進行切換。在實際設計時，還應對強制信號進行處理，利用光藕隔離的方式確保電路的可靠運行。

結論：

綜上所述，在通信導航管理方面，集成化設計已經成為大勢所趨，且作為一種成熟完善的設計方式，在多種類型飛機中均得到廣泛應用。因此，在未來的開發研制中應超過低功耗、高性能等方向邁進，使系統的使用效率得到顯著提升。

參考文獻

[1]錢志堅.淺析航空通信導航系統的優化設計[J].數字化用戶，2018，09：26-27.

[2]管榮.通信導航管理設備集成化設計[J].航空計算技術2018，05：261-264.