基于FC網絡的航空電子系統時間管理

汪智超，汪海涵，趙兀君

(1.海軍裝備部駐南昌地區軍事代表室，江西 南昌 330000；2.中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001)

0 引言

電子工業的飛速發展使得航空電子系統不斷更新換代，以前的分立式和聯合式航空電子系統架構已不能滿足飛行器的使用需求，取而代之的是綜合模塊化架構，網絡總線也由低速總線(ARINC429、RS422、GJB289A等)改為高速總線(FC光纖總線)互聯。

專用武裝飛行器由以前的單機作戰轉為多機/多平臺協同作戰，采用多傳感器協同工作，如雷達、電子戰、光電等。航空電子系統采用綜合模塊化架構，使用綜合一體化設計思路對各個功能進行一體化設計[1]，主網絡采用FC光纖總線構建的星型網絡。

子系統間將涉及大量數據的高效實時共享和交互，保障整個網絡時間從源頭獲取準確有效，并正確同步給各個設備/模塊就變得越來越重要，將直接影響飛行器的傳感器數據融合和作戰效能。因此，在遵循ASAAC標準的基礎上，提出一種典型的基于FC網絡的航空電子系統時間管理方案，包括時間獲取、同步、分發等過程。

1 時間概述

目前普遍采用的時間協議為簡單網絡時間協議(SNTP：Simple Network Time Protocol)[2]，SNTP是NTP協議的一個簡化版本，SNTP可以提供1～50ms的精確度，主要應用于互聯網上的各個獨立系統。

航空電子系統網絡時間分為北京日歷時間和平臺時間，參考三個時間體系：絕對全局時間(AGT：Absolute Global Time)、絕對本地時間(ALT：Absolute Local Time)和相對本地時間(RLT：Relative Local Time)。AGT通常指飛行器之間及自身的真實時間，可以通過人工輸入、地面設備的自動獲取和從全球可用的衛星(BD、GPS、GLONASS)獲得。ALT是航空電子系統內部時間，上電時初始化，能夠用于功能應用更高精度的同步，如保持多個冗余處理間的時間一致性；RLT是航空電子系統中各個CFM(Common Function Module)的本地時間，主要用于軟件進程的精確同步。時間精度：AGT

在ASAAC標準中[3]，對航空電子系統提出的精度要求見表1，工程應用中的實際使用精度會更高。

表1 子系統時間精度需求(ASAAC)

2 時間管理方案

2.1 時間源授時

守時模塊接收外部時間源輸入作為時間基準。時間獲取有四個，分別為：時鐘模塊時間、衛星模塊時間、數據鏈模塊、人工輸入時間，如圖1所示。

圖1 時間源授時過程示意圖

要求如下：

1) 時鐘模塊：將自帶的獨立離散北京日歷時間下發給守時模塊，同時接受守時模塊發送的有效衛星時間(東八區)，包括完整的年月日和時分秒信息；

2) 衛星模塊：可通過射頻信號、秒脈沖或B碼將衛星時間信息(東八區)下發給守時模塊，包括完整的年月日和時分秒信息；

3) 數據鏈模塊：在數據鏈對時模式下，接收地面站發送的數據鏈時間信息，由數據鏈模塊完成時間解析并以B碼形式發送至守時模塊，包括完整的年月日和時分秒信息；

4) 人工時間：由飛行員根據需要從外部輸入設定的時間到守時模塊，包括完整的年月日和時分秒信息。

2.2 時間源同步

衛星時間如果采用秒脈沖或者B碼，守時模塊需在準秒時刻的上升沿同步，使時間誤差可控，針對數據鏈時間的B碼，守時模塊同樣需要在準秒時刻的上升沿同步，使時間誤差可控。

2.3 守時

守時模塊上電后，采用銣鐘作為計時參考，對數據鏈時間(T0)、衛星時間(T1 東八區)和人工時間(T2)三個時間按公歷歷法規則進行計時。上電初始時刻，三個時間信息均以RTC芯片內讀取的時間作為時間基準，分別進行在線守時。各時間信息的處理遵循以下原則：

1) 在正確解析數據鏈模塊的B碼信息并通過時間有效性判斷后，以數據鏈模塊時間更新T0的時間基準，進行在線守時；

2) 在正確解析衛星模塊的射頻信號/秒脈沖/B碼并通過時間有效性判斷后，以衛星模塊時間更新T1的時間基準，進行在線守時，同時將有效衛星時間發送給時鐘模塊；

3) 人工時間通過總線進行授時，若接收到有效人工輸入時間，則按人工輸入時間更新T2的時間基準，進行在線守時；

4) 時鐘模塊接收到守時模塊轉發的有效衛星時間后，自動修正本地的離散時間。

根據系統設計策略，平臺時間選擇需要的守時時間T0、T1、T2為AGT。

2.4 時間分發

在FC光纖網絡中，網絡時鐘同步服務端口能周期性接收SYN原語信號，由SYNx，SYNy和SYNz組成，并能識別和處理SYNx、SYNy、SYNz原語信號，在交互幀間隔中同步原語替代IDLE原語，攜帶42比特時鐘信息，時鐘同步原語定義如圖2所示。

圖2 FC時鐘原語格式

守時模塊在整個運行過程中，將ALT與AGT對應起來，構成時間對，任意時刻ALT0對應當前平臺時間AGT0，將守時模塊設定為FC網絡中的時間服務角色。

時鐘服務角色周期以SYNx、SYNy、SYNz原語信號發送它的ALT0值到其它網絡終端，確保所有終端接收到相同的ALT0，同時將對應的AGT0通過應用消息FC-AE-ASM協議發送到其它網絡終端。

守時模塊周期轉發從時鐘模塊獲取的離散北京日歷時間，通過應用消息FC-AE-ASM協議發送到其它網絡終端，用于終端設備的維護及故障記錄。

2.5 設備/模塊時間同步

網絡終端模塊/設備在整個運行過程中，從時鐘服務角色周期獲取ALT和AGT，在接收到時鐘服務角色發送的ALT時刻，本地ALT計為ALT0,對應時間服務角色發送的平臺時間AGT0，在本地存儲ALT0和AGT0值。

終端模塊/設備的AGT計算公式：當前AGT=當前ALT+AGT0-ALT0。

3 應用

在直升機研制中，航空電子系統采用FC光纖網絡，采用以上時間管理方案對整個網絡進行時間設計和管理，取得了很好的應用效果：

1) 直升機平臺時間與真實時間(衛星時間/數據鏈時間)誤差滿足設計要求，使直升機與直升機、直升機與其他作戰平臺的時間保持在同一個維度；

2) 直升機內部航空電子系統設備/模塊之間的誤差滿足設計要求，基本滿足綜合模塊化架構對時間同步精度和成本開支/效益比的要求。

4 結束語

文章結合工程應用，在ASAAC標準的基礎上，提出了一種基于FC網絡的航空電子系統時間管理可行方案，確保整個航空電子系統的網絡時間準確有效，并正確同步給系統內各個設備/模塊，使多機/多平臺之間的時間保持一致，使整個航空電子系統設備/模塊之間的時間誤差可控，顯著提高了傳感器數據融合和作戰效能，可應用到當前及未來各類直升機/戰斗機。