光纖通訊在空空導彈飛控系統中的研究和應用

1．2 通訊方式現狀

飛控系統與各載機和各分系統的通訊方式依據任務性質的不同而不同，具體情況如下：
(1)與導引系統：周期性、雙向、雙工、同步、實時性低；
(2)與載機系統：單項或雙向、異步、被動(飛控被動發送、接收)；
(3)與GPS系統：周期、雙向、雙工、異步；
(4)與舵控系統：周期、雙向、異步；
(5)與遙測系統：周期、單向(飛控主動發送)、異步；
(6)與引戰系統：雙向、異步、一次性通訊；
(7)與發動機系統：單向、異步、一次性；未來預計是雙向、異步、周期性方式。

通過上述說明，飛控系統與各系統采用獨立總線，全雙工通訊方式，此種通訊方式要求在硬件上每路信息都要有獨立的總線協議芯片和信號調理電路，由于總線形式多樣，路數多，因此硬件開銷很大。

1．3 目前存在問題

以上幾種總線基本可以滿足當前空空導彈研制需求，但是面對未來還存在以下幾個方面的不足：
(1)所用總線都是電介質，抗雷電、核爆、電子脈沖彈等強電磁干擾能力差，尤其是與載機通訊線纜部分外露，易受外部輻射干擾；
(2)通訊過程中有線間干擾；
(3)在高速比如百兆、千兆以上通訊時，易受地線、線間、外部等各種干擾，對傳輸線纜、端接、輻射等要求很高；
(4)線纜粗重，不易布線，尤其是未來空空導彈小型化，內部空間小，傳統金屬導線線纜粗重，在彈內不易布線，結構設計困難；
(5)總線協議、硬件構成、通訊速率不統一，硬件開銷大，無法進行通用化、模塊化、小型化設計；
(6)測試設備復雜，長線傳輸存在串擾、感性負載影響等各種問題，電磁兼容試驗故障隔離困難。

2 國內外光纖通訊總線及應用情況簡介

光纖通訊是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸介質的一種通訊方式。數字光纖通訊系統主要由光發射機、光纖、光接收機、光連接器組成。目前光纖通訊已建立多種軍用標準，并在各類武器系統中應用。
(1)MIL-STD-1773總線：支持光纖傳輸，1988年美國防部頒布，是MIL-STD-1553的光纖版本，頂層協議與MIL-STD-1553相同，已應用于美軍航空、航天、海軍、F-18、山貓等飛機；
(2)AS4074-2總線：1988年美國自動工程師協會頒布，光纖分布式數據接口，具有定時令牌協議特性，為環形網，可以動態分配網絡帶寬，主要應用于海軍；
(3)STANAG3910總線：歐洲標準，光纖傳輸，傳輸速率20 Mb／s，指令響應協議；應用戰機EFA、RAFALE；
(4)SFODB標準總線：又稱為IEE1393標準，NASA和美國防部頒布，支持最低200 Mb／s，應用于美國航天，采用環形拓撲結構，由主控端和通訊端口兩部分組成；
(5)Fiber Channel：又名光纖通道，美國國家標準委員會頒布，通訊速率為133 Mb／s～4 Gb／s，2007年形成FC-AE-1553標準，可以與MIL-STD-1553橋接映射；應用于APAChe，B1，U2，F15升級型等；
(6)而國內在航空方面也制定了相應的光纖總線標準，對應FC-AE-1553。

通過以上可以看出，光纖通訊已經在國外的軍工領域廣泛應用，在國內光纖通訊已應用于地面車輛、火箭、飛機等領域，同時應用光纖作為物理層映射1394、1553等多種高速總線的方式也不斷出現。因此光纖通訊必定是未來軍事領域高速有線通訊的首選方式。

目前各種基于光纖通訊的標準中拓撲形式、通訊協議、通訊方式多樣，由于協議復雜，通訊量大，對物理層及信息處理能力要求很高。空空導彈內外通訊相對信息量少，且處理器運算能力有限，如果將這些協議直接應用到空空導彈系統中，會給空空導彈飛控系統硬件設計帶來很大困難，同時造成資源浪費。因此必須設計適合空空導彈自身的總線拓撲結構和通訊協議，并在此基礎上設計合理的硬件系統。

3 空空導彈飛控系統光纖通訊總線系統設計

3．1 通訊方式設計

控制系統與各系統的通訊方式決定了硬件系統的構成?？刂葡到y對外通訊可以采用遍尋方式和隨機中斷方式，這要根據飛控系統的工作模式和通訊需求來決定。

隨機中斷方式是現行飛控系統的通訊方式，與各系統可以隨時通訊，在光路上、電路上信息可以同時存在，響應時間快，控制系統不必不停地對其他系統進行訪問。若仍采用中斷方式，在光路、連接器、電路上均要將各路分開設計，因此硬件資源開銷很大，不利于未來小型化、低成本設計，因此不建議采用。

飛控系統對外通訊數據量不是很大，相對控制系統控制對外訪問周期來說，信息傳輸時間可以忽略，因此為遍尋方式提供了基礎。

采用遍尋方式時，飛控系統作為主控端負責發起通訊，各系統在無飛控指令的情況下不能對飛控系統發送數據?？刂葡到y在每個周期內對各系統進行順序訪問，也可多次訪問，發送指令、數據或者查詢分系統是否有發送數據請求或其他任務要求，然后進行相應處理。采用遍尋方式優點足：可以共用信息調理電路、降低FPGA規模要求和編程難度，便于小型化設計；缺點是當其他系統有緊急通訊需求時，響應時間將會滯后，因此飛控系統須對外須高速遍尋，才能解決這個問題。

3．2 通訊協議設計

飛控系統相對載機是一個分系統，因此總線形式要服從載機的通訊標準。在現有的通訊標準中，與載機通訊主要是1533B總線，而FC-AE-1553是載機懸掛通訊的發展方向，因此選用FC-AE-1553總線協議是惟一選擇，因此不再詳細論述。

空空導彈各分系統內部空間非常有限，信息處理電路不易太復雜、太昂貴。若空空導彈內部通訊完全采用FC-AE-1553標準，則對各系統硬件設計帶來困難，成本將大大增加。在光纖物理層上根據實際情況映射其他總線協議或者自行制定簡單易行的通訊協議，可以作為空空導彈內部通訊的一種方式。

制定通訊協議要考慮以下幾個方面：
(1)模塊化：FPGA和軟件設計盡量可以模塊化，編程簡單，可復制共用，檢查、檢驗方便；
(2)擴展性：同樣的硬件，隨意擴展通汛協議，增加或者減少功能，滿足產品研制過程中的更改，尤其是產品研制后期，硬件已驗證充分，狀態固化，軟件更改是許多功能更高的首選方式，因此協議的擴展性和調整性必須要考慮；
(3)自測性：通信協議一定要考慮通訊過程中誤碼、亂碼的識別和剔除，因此必須具備自校驗功能；
(4)可移植性：因為不同系統的科技進步速度不同，因此產品的升級和算法的借用經常發生，因此通訊協議要適合多種硬件系統，方便移植。

基于以上四方面考慮，結合實際情況和未來發展需求，并借鑒成熟總線協議，制定了適合空空導彈飛控系統的總線協議方式。通訊協議分為兩層：軟協議和硬協議，軟協議是飛控系統與各系統之間處理功能的協議，由飛控系統軟件實現，根據產品的具體功能自行定義；