綜合航空電子系統通信技術研究

陳陽 劉育紅

摘要：綜合航空電子系統正向綜合化、信息化、技術化、模塊化及智能化的趨勢發展，現代飛機上電子設備或子系統都裝備了獨立的計算機，采用1553B數據總線將整個航空電子系統交聯在一起，用以滿足各傳感器、功能單元和子系統之間信息共享、功能綜合處理和任務實時性的要求，構建了綜合性的航空電子系統。對綜合航空電子系統通訊技術的研究有利于技術人員更好的理解系統消息的控制和傳輸方式，便于外場機務人員對飛機的地面維護，內場人員對機載設備的修理。

關鍵詞： ?綜合航空電子系統;通訊;消息;1553B

1 概述

綜合航電系統是現代軍用飛機的重要組成部分，主要承擔顯示控制、管理與任務計算、導航、通信、態勢感知、自衛防御、外掛物管理、數據管理等功能。綜合航電系統經歷了分離模擬式、分離數字式、聯合數字式和綜合模塊化4個階段的發展，其中聯合數字式（國內稱綜合航電系統）和綜合模塊化兩種結構在現役軍機上應用較多。綜合航電系統通過機載1553B數據總線來實現各終端子系統之間的共用信息協調使用及實現子系統的相互協作。

2 綜合航電系統組成

綜合航電系統主要由通信導航識別子系統、大氣數據子系統、慣性導航子系統、數據加載記錄、任務計算、顯示控制、雷達、光電瞄準、電子戰、外掛物管理、非航電管理子系統等組成，以顯示控制子系統中的管理處理機為總線控制器（Bus Controller，BC），其他子系統為遠程終端（Remote Terminal，RT），通過1553B總線將這些子系統互連在一起，實現系統信息共享。接口適配器掛接在總線上，實現綜合航電系統和自動飛行控制系統的信息交互，典型的綜合航電系統組成如圖1所示。

3 1553B總線組成及功能

MIL-STD-1553B“飛機內部時分式指令/響應多路傳輸數據總線”，總線系統的操作是指令/響應型的異步操作，總線系統信息傳輸的唯一控制權歸總線控制器所有，數據總線上的信息傳輸以半雙工方式進行，總線信息流由消息流組成。基本結構如圖2所示。

BC管理總線上的數據流。雖然有多個遠程終端都可以起到總線控制器的作用，但是在任何一個時刻只允許一個總線控制器是激活的。總線控制器是唯一可以向數據總線發布指令的設備，這些指令可用于數據傳輸，也可用于總線管理。

RT終端將模擬數據和離散數據轉換成標準規定的總線數據格式，子系統是從總線上接收數據傳輸服務的裝置或功能單元。遠程終端與子系統的連接方式有兩種：一是相互分離，通過其他線路連接，這種方式的好處是便于多個子系統通過一個遠程終端與總線接口;另一種是遠程終端嵌入在子系統內部，以接口卡的形式插入到機箱內，目前大多數遠程終端都是嵌入式。

4 總線通訊傳輸消息格式

1553B定義了數據傳輸、方式控制和廣播消息三類消息傳輸格式。

（1）數據傳輸消息格式

數據傳輸消息格式有3種，格式定義如圖3所示。

總線控制器到遠程終端（BC→RT）的消息：總線控制器向遠程終端輸出一個指令字，緊接著（在傳輸中沒有任何間隙）發送指令字中規定數量的數據字。遠程終端在確認了指令字和所有的數據字后，在所要求的響應時間內發出它的狀態字。遠程終端必須及時地完成本次操作，以準備接收總線控制器發出的下一條指令。

遠程終端到總線控制器（RT→BC）的消息：總線控制器僅向遠程終端發送一個發送指令字，遠程終端確認指令字后，先是發送它的狀態字，接著是指令字所請求數量的數據字。

遠程終端到遠程終端（RT→RT）的消息：總線控制器先向接收終端發送一個指令字，緊接著向發送終端發送一個指令字。接收終端等待數據的到來，但指令字后不是數據，是一個指令同步字段（第2個指令字）。接收終端忽略這個字，觀察帶數據同步字段的數據字。發送終端忽略第一個指令（該指令不含發送終端地址）。發送終端發送狀態字和要求的數據字。接收終端忽略第二個指令字后，再等待下一個字的指令同步字段。下一個字（第一個被傳輸的數據）此時有數據同步字段，接收終端開始收集數據，所有數據收集并確認后，接收終端發送狀態字。

（2）方式控制消息

方式控制消息有3種，格式定義如圖4所示。

方式控制消息可不帶數據字，也可帶一個數據字（發送或接收）。狀態/數據的次序安排與RT→BC或BC→RT消息的情況相同，但是數據字的計數是1或0。

（3）廣播消息

廣播消息傳輸格式與非廣播消息格式相同，但是有兩個例外，一是總線控制器發送指令到遠程終端地址31（11111），該地址專用于廣播消息傳輸。二是廣播消息同時向多個遠程終端發送，接收消息的遠程終端禁止發送狀態字，避免多個遠程終端在同一時間發送狀態字“堵塞”總線。其中有一個例外，在進行RT→RT的廣播操作時，發送數據的遠程終端要先返回狀態字。

（4）消息間隔與響應時間

消息間隔時間為前一消息最后一位的中間過零點到鄰接的消息中指令字同步頭的中間過零點的時間，如圖5所示。總線控制器不發出無字間間隔的連續消息，消息之間的時間間隔應大于4.0us。

遠程終端響應有效指令的間隔時間為4.0us～12.0us，該時間為狀態字之前的最后一個字的最后一位的中間過零點到狀態字同步頭中間過零點的時間。

總線控制器在一路總線上啟動傳輸后，14.0us內未收到狀態，則認為遠程終端最小無響應超時。

5 消息傳輸

航電系統總線消息由BC組織傳輸，BC能夠自動啟動從子系統來的多個消息描述塊，每個消息描述塊由指令字、數據地址、控制信息等組成，多個相關消息描述塊組織成消息列表。消息列表一般存放在子系統的可共享存儲器中，子系統把要發送的數據映射到存儲器內部，并把消息列表的地址指針寫入BC，由BC自動將消息列表中的多個消息發送到總線上。消息列表的組織最常用的有堆棧和鏈表兩種方法。

（1）消息堆棧

在消息堆棧結構中，每個小周期的消息用獨立的堆棧進行存儲，在堆棧中存儲消息指針，每個指針指向在公共存儲器中讀或寫消息描述塊的地址。比如在圖6中，堆棧1內部存儲了6個消息指針，每個消息指針可指向相同或不同的消息描述塊，比如消息指針1指向消息描述塊1，而消息指針2和消息指針6同時指向消息描述塊2。

當小周期開始時，子系統處理器重新初始化堆棧指針指到適當的堆棧，并把堆棧指針寫入BC，BC即可通過堆棧中的消息指針讀寫公共存儲器中的消息。

消息堆棧最容易實現，缺點是往一個堆棧中插入一個新的消息很困難，比如檢測到差錯時向消息流中插入一個差錯恢復程序，或根據操作員輸入插入非周期消息，這就要求子系統要建立一個含有要增加消息的新堆棧，并改變消息指針，當增加消息完成時，子系統將重新初始化堆棧指針指向最初的堆棧。

（2）消息鏈表

在鏈接列表的結構中，每個消息描述塊中增加指針，用來指向下一個被發送的消息描述符，多個消息描述塊通過指針鏈接形成鏈表，如圖7所示。

當小周期開始時，子系統處理器重新初始化鏈表指針指到鏈表中的第1個消息描述塊，并把該地址寫入BC，BC即可通過該地址依次讀寫公共存儲器中的消息。消息鏈表方法的優點是在指定小周期消息流中插入消息非常簡單，其缺點是在同一周期內多次使用同一消息時，要建立多個消息描述塊，子系統需要更多的存儲器空間和更多的系統開銷來保持這些消息的完整性。在傳送周期消息時，當BC要發送一個非周期消息（操作員的命令或數據字中的數據引起），子系統處理器必須修改當前消息流把這個消息包含在內，通常可在當前消息描述塊的尾部或下一個消息塊的頂部放入該非周期消息指令，或通過專門的BC指令插入該消息，作為下一個消息輸出。需要說明的是，為了減小總線傳輸的消息量，有效提高系統的實時性，總線消息傳輸時，在上述數據傳輸機制中增加更新機制，只傳送更新的數據，具體做法是：對于BC→RT的消息，由BC檢查發送給每個RT的數據是否更新，若更新則啟動消息的總線傳輸。對于RT→BC和RT→RT的消息，在每個RT中增設一個矢量字，在消息列表的編排時，要增加一些查詢RT有無更新數據塊的方式控制消息（帶數據字的方式指令（發送）），RT回復矢量字，BC檢查矢量字的相應位，并按消息列表執行消息傳輸。

5結束語

本文基于綜合航空電子系統的技術特點，對系統通信技術進行了研究，本文對技術人員具有重要的參考價值和指導作用，有利于提高保障裝備的完好性、提高維修效率，對綜合航空電子系統通信技術發展和廣泛應用起到了推動作用。

參考文獻：

[1]陳陽.航空電子裝備維修技術與實踐[M].北京：國防工業出版社，2019.

[2]GJB289A-97 數字式十分制指令/響應型多路通信數據總線[S].1997.