基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)

梁瑜

摘 要

隨著人類探索領域的不斷擴大，對于空間的拓展能力也不斷增強。當前，無論是海域還是大氣層，人類的發(fā)現(xiàn)都已經(jīng)相對較為成熟。航空航天事業(yè)作為人類領域探索的產(chǎn)物，也得到了進一步發(fā)展。對于電子通信系統(tǒng)綜合性能的要求不斷提高。然而，傳統(tǒng)的電子通信系統(tǒng)具有較多的缺陷，從而使得其穩(wěn)定可靠等性能的保證缺乏，這就使得航空航天事業(yè)的發(fā)展受阻，另外，當前航空電子通信系統(tǒng)難以提供對應的通信通道，自然也就無法保證通信信號的質量。因此，在近年來的發(fā)展中，人們一直在對其電子通信系統(tǒng)加以研究。DSP技術的存在，能夠為信號的穩(wěn)定運行提供一個更加可靠的保證，同時，還具有特殊的通道。因此，成為當前航天電子通信系統(tǒng)建設的重要依據(jù)。本文在DSP的基礎上，對航空電子通信系統(tǒng)的設計加以分析，主要從總體設計、硬件設計和軟件設計三個方面著手，并對其調試方法加以復分析，希望能夠為我國航空電子通信系統(tǒng)的發(fā)展提供一定的參考，進而推動我國航天事業(yè)的進一步發(fā)展。

【關鍵詞】DSP 航空 電子通信系統(tǒng) 設計研究

通信系統(tǒng)讓作為航空事業(yè)發(fā)展的必要基礎設施，其質量的高低對于航空工作質量以及航空領域的長期發(fā)展都具有較強的影響力。而隨著航空事業(yè)的發(fā)展，也間接使得其對科學技術水平要求更高。因此，電子通信系統(tǒng)必要做出對應的調整，才能有效地推動航空事業(yè)的整體發(fā)展。DSP即數(shù)字信號技術，是隨著科學發(fā)展所產(chǎn)生的一種新型技術，其對于信號的接受以及處理，有著較好的效果。當前，已經(jīng)逐步出現(xiàn)在人們的生產(chǎn)與生活之中?；贒SP所創(chuàng)建的航空電子通信系統(tǒng)，能夠有效地保障其信號的可靠性與穩(wěn)定性，同時，還會為信號提供一個新的通道，使得其整體性能得到保障。然而，由于我國航空事業(yè)發(fā)展有限，新型技術的使用還不能達到對應的熟練度。目前，DSP應用下，創(chuàng)建航空電子通信系統(tǒng)還不能對其的整體設計以及后續(xù)效果加以保障。故而，需要針對該條件下的電子通信系統(tǒng)加以研究，并且就其各個設計方面進行調整，希望能夠使得其達到對應的使用效果，推動航空事業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

1 DSP的內涵

DSP，英文全稱為Digital Singnal Processing ，即數(shù)字信號處理，是面向電子信息學科的專業(yè)基礎課程。簡單來說，數(shù)字信號處理也就是使用數(shù)值計算的方式來對信號進行加工的理論與技術。在日常使用中，是將其作為一項實際存在的基礎，將事物的運動變化，都轉化為對應的數(shù)字，使用計算的方式，從中提取對應的消息，并對這些信息加以運用，實現(xiàn)人類生產(chǎn)發(fā)展中的某個運用活動。目前，已經(jīng)有對應的處理芯片，也就是數(shù)字信號處理器，一般來說，這是集成計算機所特有的一種芯片，相對較小。其實際運用，也就是該芯片的工作過程。相對傳統(tǒng)的信號傳輸來說，該種技術的信號獲取與分析能力更強，穩(wěn)定性較高，能夠在較短的時間內，對信息進行準確的處理。因此，目前很多領域都將其運用于自身的通信系統(tǒng)之中。航空電子通信系統(tǒng)對于信號的穩(wěn)定性與可靠性要求更高，尤其是在當前社會發(fā)展的背景下，人們對于航空領域的認知不斷深化，對其應用也相對擴展。保證航空領域發(fā)展的穩(wěn)定性與應用的安全性，成為當前航空領域的主要目標。自然，對其電子通信系統(tǒng)的要求也達到了一個相對的高度。航空電子通信系統(tǒng)要求提高，DSP技術的信號處理優(yōu)勢不斷突出，這就使得航空電子通信對其運用的重視提高，對應的通信系統(tǒng)建設，成為當前的主要方向。

2 航空電子通信系統(tǒng)的總體設計

基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)，一般來說，其主要結構為：軟件、硬件、調試。

2.1 軟件也就是整個系統(tǒng)的核心部分

其對系統(tǒng)中的所有程序都會產(chǎn)生一個控制作用，通常來說，軟件發(fā)出命令后，硬件就會按照其之前的設定，去執(zhí)行這個命令，從而使得整個系統(tǒng)運行正?；?。在實際的運行中，硬件本身沒有生命，而軟件則是賦予其生命的重要內容?？梢哉f，軟件是硬件適應外部環(huán)境的重要保障。

2.2 硬件是整個系統(tǒng)的物理基礎

在可科學技術不斷先進化的今天，人們越來越追求軟件所能夠賦予硬件的內容。然而，在軟件不斷的發(fā)展下，硬件必須要具有一定的發(fā)展，才能使得兩者契合。從某種程度上來說，軟件是硬件的的核心，而硬件則是軟件的必要基礎。如果沒有硬件或者硬件的性能缺乏，那么將無法滿足系統(tǒng)運行的必然要求。而如果是航空電子通信系統(tǒng)中的硬件仍舊沒有進行更新，其軟件的發(fā)展也不過是空談?？梢哉f，軟件必須要配合對應的硬件，才能實現(xiàn)其操作效果，達到對應的性能高度。

2.3 系統(tǒng)調試部分是保證軟件與硬件可靠運行的重要保障

對于DSP技術的使用來說，其主要針對系統(tǒng)架構設計中應該具備的簡單、靈活等特征，從而在軟件、硬件都沒有瑕疵的基礎上，來使得其信號的處理更加有效化。然而，DSP技術本身就是近年出現(xiàn)的一種新型技術，將其運用在航空電子信息系統(tǒng)上，也當是屬于一個整體的進步，還沒有對應的經(jīng)驗。因此，對于DSP背景下，所設計出來的航空電子通信系統(tǒng)，其性能的好壞，運行的實際，都沒有人可以加以保障。系統(tǒng)調試的存在，就是為了針對其中的不足，來進行必然的調整，從而使得其更加符合運行的原理，保證航空電子系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性。

3 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)的硬件設計

硬件作為電子通信系統(tǒng)運作的基礎，其設計的合理性直接影響軟件的性能實現(xiàn)。尤其是在科學技術不斷發(fā)展的今天，各種硬件的精致性與準確性不斷深化，從而使得其實用性更強。而在DSP的引導下，航空電子通信系統(tǒng)硬件的要求也就更高。筆者認為，其硬件的設計需要注意如下幾個部分：

3.1 控制模塊設計

控制模塊是整個DSP航空電子通信系統(tǒng)的核心，一般來說，是由DSP芯片與周圍功能單元所組成。DSP芯片一般是選用的低功耗、功能性能較好的TMS320系列的TMS320LF2407A，并且配合周圍的功能單元，從而實現(xiàn)控制機載總線數(shù)據(jù)通信、存儲以及處理的子系統(tǒng)。 其基本結構如圖1。

從圖1可以看出，其整個是以中心向四周擴散的模式存在。也就是說，其控制模版聯(lián)合了周圍的功能單元。而且，直接對周圍功能單元進行負責。一旦其發(fā)出任何指令，周圍的功能單元都會在第一時間來對其進行實現(xiàn)。并且，在實現(xiàn)之后，會存在一個反饋，讓中心能夠對其進行準確的狀況了解，實現(xiàn)其控制功能。

3.2 上位機與下位機的通信模塊設計

在該處，可以使用RAM技術，從而使得雙CPU之間的通信得到保障。一般來說，普通的系統(tǒng)中只會存在一個CPU，從而對系統(tǒng)進行總控制。然而，航空電子通信系統(tǒng)的復雜性較強，其面臨的問題較多。在實踐中，其可能會存在天空、地面兩者的溝通。因此，其必須要保證CPU的運行。而為了使得其運行更加符合自身的狀況，雙CPU成為其主要的控制模式。采用對應的技術，從而使得兩個CPU的信息可以共享，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，從而使得其訪問的便捷性更強，在信息的提取上，也可以更加準確。

3.3 ARINC429總線通信模塊設計

通信模塊的存在，是為了保證各個部分的信息能夠得到準確的傳輸。一般來說，ARINC429總線通信模塊主要由兩個部分組成，即接收器與發(fā)送器。接收器負責信息的采集與過濾，而發(fā)送器則負責將其信息加以傳遞，從而使得其信息的運用更加便捷化。在電子通信的過程中，其應該表述為：將接收數(shù)據(jù)串并轉化，從而完成其數(shù)據(jù)發(fā)送的并串轉換，在某些狀況下，也可以及時的對其通信加以阻隔，從而使得通信質量得以保證?？梢哉f，總線通信模塊實際上是對通信質量的保障，也是對通信傳輸度的控制模塊。

3.4 LON WORKS數(shù)據(jù)通信模塊設計

在LON WORKS通信模塊的設計中，一般選擇FT3150智能收發(fā)器為主要控制器，從而完成各個采集模塊數(shù)據(jù)采集的同步，并且，還添加了傳送采集數(shù)據(jù)等多種功能。為了保證該模塊功能，實現(xiàn)應用的廣泛性，當前還對該模塊與PC機的串行接口加以延伸，這樣就可以使得LON WORKS模塊中所采集到的數(shù)據(jù)，可直接發(fā)送到上位機。在傳統(tǒng)的電子通信系統(tǒng)中，其獲取到的信息一般都是需要經(jīng)過處理，然后經(jīng)特殊的通道傳送。在這個傳輸?shù)倪^程中，可能會使得信息丟失或者不不準確。這就給傳輸帶來了較大的困難。而其直接傳輸?shù)那来嬖?，就可以有效地保證傳輸質量。其基本結構圖如圖2。

4 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)軟件設計

4.1 設計要求

在硬件設計完成之后，為了使得硬件能夠發(fā)揮其作用，必須要對其軟件加以設計。在這個設計的過程中，必須要保證系統(tǒng)軟件具有一定的實時性、可靠性與可維護性等基本特點。

4.1.1 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)需要具有良好的時效性

也就是說，系統(tǒng)的處理器需要在較短的時間內，完成一系列的軟件處理工作。例如，在其接收到對應信號后，快速對信號進行分析與處理，并且做出邏輯判斷，然后輸出對應的控制信號，完成正確的動作。在這個過程中，如果存在延誤，則可能會使得整個系統(tǒng)的進度受到影響，影響系統(tǒng)的性能實現(xiàn)。

4.1.2 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)需要具備一定的可靠性

這主要是針對系統(tǒng)發(fā)生故障而言，一般來說，系統(tǒng)故障會產(chǎn)生一定的問題，在這種狀況下，必須要采取一定的措施，來對其進行緊急處理。

4.1.3 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)必須要具備可維護性

一般來說，可維護性也就是說，在其設備軟件和硬件存在某種問題時，能夠通過簡單調控等，達到對應的效果，或者存在故障，能夠以維護的方式使之恢復到之前的狀況。本身航空電子通信設備都是相對精密的設備，其結構與功能決定了是否能夠達到對應的效果。在該種狀況下，很難一次性的就能使得整個系統(tǒng)協(xié)調化。因此，必須要采取一定的措施，使得整個系統(tǒng)運作效果更好。某些設備的可維護能力較低，其在維護的同時，就會使得設備的性能受到影響，進而降低了使用質量。因此，必須要求設備的可維護性。

4.2 軟件的模塊劃分

在軟件設計中，需要將其模塊化，從而保證每個模塊的設計合理性與適用性，才能間接的保證系統(tǒng)整體軟件的有效性。通常來說，軟件設計主要包涵：上位機軟件設計與下位機軟件設計。上位機軟件設計主要是為了實現(xiàn)各種相關數(shù)據(jù)的有效管理，并且實現(xiàn)系統(tǒng)的智能糾錯。而下位機軟件設計則是執(zhí)行軟件，保證系統(tǒng)指令實施的確切性。而上位機的模塊又包涵了四個：系統(tǒng)的初始化模塊、通訊模塊、控制模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。

5 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)的調試方案設計

無論是經(jīng)過多少人或者有多么精密的設備作為基礎，其設計出來的系統(tǒng)都會存在一定的瑕疵。而調試的存在，則為系統(tǒng)的運行提供了一定的保障。由于DSP系統(tǒng)本身相對復雜，而適用于電子通信系統(tǒng)后，兩者的復雜性有所切合，就會使得整個系統(tǒng)的復雜程度更甚。在系統(tǒng)調試時，需要以系統(tǒng)的基本要求為主，確保調試的全面性。一般 來說，系統(tǒng)調試主要包括8個方面：電路板裸板檢測、焊接裝配器件、通電前檢測、電源輸出檢查、時鐘電路測試、DSP 工作狀態(tài)檢查、RAM 讀寫測試以及上位機與下位機聯(lián)機測試。每一個方面調試工作都需要落實，才能夠保證系統(tǒng)整個性能的良好。同時，在調試之前，需要對軟件硬件等進行多次確認，需要保證其不會影響調試的效果。

調試并不是單純的包涵調控的內容，對于系統(tǒng)的維護也是有所包涵的。一般來說，系統(tǒng)調試是指系統(tǒng)正式投入使用之前，所需要進行的試行，并在整個試行過程中，去發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的不足，并且，對其進行一定的調整。而維護則是在系統(tǒng)運行中，對其進行定期或者不定期的檢測與休整。在筆者看來維護也應該是調試的一個部分。也就是使用后調試。在使用過程中，人們對于系統(tǒng)的了解程度不斷加強。而對于系統(tǒng)也會存在一定的新構思。因此，在維護的同時對其進行一定的調試，也十分必要。通常來說，維護也指定期維護與臨時維護。定期維護是在規(guī)定的時間中，對系統(tǒng)進行檢測與調整。而臨時維護則是需要在發(fā)生故障的背景下進行。另外，調試并不是單純的指整個系統(tǒng)。也可以是系統(tǒng)中的某個部分。因此，調試方案的設計需要具有針對性。

6 結束語

DSP是社會不斷發(fā)展下，所出現(xiàn)的一種新型信號處理技術。社會各界對于其的使用都具有一定的嘗試性，航空領域也是一樣。傳統(tǒng)的航空領域信號傳輸質量難以得到保障，其傳輸處理效率缺乏，從而使得該領域的發(fā)展受到了嚴重的制約。面對該種狀況，必須要對其通信系統(tǒng)進行必要的創(chuàng)新，使之符合社會發(fā)展的需求。然而，由于技術本身相對運用難度較大，使用經(jīng)驗缺乏。實踐中，航空電子通信系統(tǒng)運用DSP技術加以創(chuàng)建，必然會存在一定的問題。這就需要人們加強對其的研究，從軟件、硬件兩個方面的設計著手，保證其設計出來的適應度與精密度較強。另外，為了保障其正式投入使用后的效果。還需要在使用之前，進行對應的系統(tǒng)調試。在反復調試中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。除此之外，維護也具有一定的必要性。本文從多個方面論述了基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)設計時，需要注意的問題，從而對系統(tǒng)兼容性與通用性的保證，提供了一定的可能性。并且，還賦予了一定的擴展能力，希望能夠為我國航空事業(yè)的發(fā)展提供參考。

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作者單位

95269部隊83分隊 廣東省廣州市 510000