航空通信導(dǎo)航管理設(shè)備集成化設(shè)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(shè)計等角度出發(fā)，對通信導(dǎo)航設(shè)備集成化設(shè)計方式進(jìn)行分析，并在不同工況下對集成系統(tǒng)的實現(xiàn)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(xiàn)進(jìn)行研究，使該設(shè)備在集成化設(shè)計后的使用效率得到顯著提升。

關(guān)鍵詞：航空通信；導(dǎo)航管理；設(shè)備設(shè)計

引言：

在科技飛速發(fā)展背景下，電路、芯片集成度不斷提升，使機載設(shè)備功能更加強大，促進(jìn)設(shè)備集成化發(fā)展，以往需要多個設(shè)備實現(xiàn)的功能，現(xiàn)如今利用一個集成設(shè)備即可實現(xiàn)。本文主要針對航空通信導(dǎo)航系統(tǒng)化中，主控、備份控制、戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢以及通信管理器等設(shè)備集成進(jìn)行分析和研究。

1.航空通信導(dǎo)航設(shè)備集成化設(shè)計

1.1主體設(shè)計思路

通信導(dǎo)航設(shè)備能夠?qū)νㄐ?、?dǎo)航、航電、數(shù)據(jù)鏈等設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，具有通信控制、數(shù)據(jù)備份等功能，可對戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢進(jìn)行處理，以往上述功能均通過獨立LRU設(shè)備完成，但在通信導(dǎo)航系統(tǒng)中，使用集成化設(shè)計思路即可完成，避免多個LRU設(shè)備的使用。

1.2設(shè)計要點

隨著近年來我國航空事業(yè)的不斷發(fā)展，其航空通信質(zhì)量也受到了人們的高度關(guān)注，而隨著地面發(fā)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(dǎo)航設(shè)備的正常運行，就要結(jié)合其各個組成結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用功能，對其進(jìn)行集成化設(shè)計。在實際操作時，可以考慮對設(shè)備主控器、備份器、管理器以及戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢處理器入手，對這四大關(guān)鍵部分進(jìn)行集成設(shè)計，具體設(shè)計要點如下：

首先，要將主控器與通信導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行相互連接，以便可以增強導(dǎo)航設(shè)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(shè)備控制端進(jìn)行連接，并采用LBE總線來作為主控器內(nèi)部的主體連接線。相對，處理器模塊要與數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)進(jìn)行連接，這樣才能在收到設(shè)備指控命令后，及時的對管理信息進(jìn)行采集和處理，并將數(shù)據(jù)傳遞給指控系統(tǒng)。

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(jìn)行集成設(shè)計時，就要利用LBE總線進(jìn)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(xiàn)故障，備份器就能及時的進(jìn)行故障處理。在設(shè)計過程中，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)充分考慮主控器故障擴(kuò)張問題，盡量使其不會對備份器產(chǎn)生任何不良影響。具體可采用以下兩點集成設(shè)計措施來解決：第一，主控器與備份器設(shè)計必須采用相互獨立的LBE總線進(jìn)行連接，以便能夠通過1路功能模塊來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸；第二，要設(shè)立兩組獨立的電源供電電路，且保證在某一組電源出現(xiàn)故障時，另一組電源不會受到任何影響，并且能夠繼續(xù)為BCPU輸送電能。

再次，管理器的集成設(shè)計，重點在于實現(xiàn)管理器功能模塊與飛機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)電臺通信設(shè)備的有效連接，以便可以及時的接收指控命令和網(wǎng)絡(luò)管理信息數(shù)據(jù)等，從而有效抵制各種干擾信號的產(chǎn)生，保證航空通信導(dǎo)航管理設(shè)備的運行安全。

最后，戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢處理器的集成設(shè)計，要將處理功能模塊與視頻模塊進(jìn)行有機結(jié)合，進(jìn)以實現(xiàn)人機交互功能，有效處理任務(wù)系統(tǒng)傳輸戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢數(shù)據(jù)。

通過多個不同系統(tǒng)的集成設(shè)計，不僅有效減少使用者面對的設(shè)備、屏幕數(shù)量，降低操作難度；而且也大大減少了維護(hù)者的工作量和維護(hù)難度。[1]

1.3模塊設(shè)計

通信導(dǎo)航設(shè)備中的各個模塊利用標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行設(shè)計，通過MPC 8245模塊對數(shù)據(jù)、視頻的載板進(jìn)行處理，以最大配置完成模式設(shè)計，使其與航電總線之間能夠自由轉(zhuǎn)換。在視頻模塊方面，將標(biāo)準(zhǔn)顯卡安裝其中，可對戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢信息進(jìn)行有效控制；在電源模塊方面，可通過標(biāo)準(zhǔn)模塊實現(xiàn)。在硬件電路方面，數(shù)據(jù)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(shè)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(diào)試接口，2路秒脈沖接口。

在處理模塊中，可利用邏輯實現(xiàn)秒脈沖、看門狗、寄存器控制等，在設(shè)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(shù)據(jù)處理模塊中，并與外部數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)相結(jié)合，可傳輸較為龐大的數(shù)據(jù)，且對處理能力的要求較為嚴(yán)格。但是，由于數(shù)據(jù)功能有所區(qū)別，部分?jǐn)?shù)據(jù)無需利用處理模塊，只需進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)即可。因此，上述串口在使用中應(yīng)設(shè)計相應(yīng)的模式，對于無需處理的數(shù)據(jù)即可利用處理模塊進(jìn)行處理。

2.不同工況下航空通信導(dǎo)航集成設(shè)備的實現(xiàn)

在集成作用下，通信導(dǎo)航設(shè)備可實現(xiàn)通信控制、管理與戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢三大功能，其中，通信控制作為設(shè)備的“心臟”，為確保該設(shè)備的正常運行設(shè)計出備份部件。在通信設(shè)備運行過程中，不同工況下設(shè)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(shè)備的功能均處于正常狀態(tài)，系統(tǒng)接口輸出開啟，備份設(shè)備處于備份工作狀態(tài)，接口輸出停止。借助RS422能夠?qū)崿F(xiàn)主控與備份控制器之間的數(shù)據(jù)交換，還可在LBE的支持下，使主控設(shè)備與通信管理數(shù)據(jù)得以交換，使系統(tǒng)運行效率得到顯著提升。

2.2備份工作模式

當(dāng)主控設(shè)備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)狀態(tài)將自動發(fā)生改變，轉(zhuǎn)變?yōu)閭浞莨ぷ髂Ｊ剑藭r系統(tǒng)的輸出停止，備份控制器系統(tǒng)的輸出開啟，主控功能塊中LBE總線與內(nèi)部鏈接失效。管理器可借助RS422接口的作用，實現(xiàn)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(dǎo)航設(shè)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(shè)備功能的完整高效。在主控設(shè)備與備份設(shè)備中，通過強制切換信號可實現(xiàn)二者的相互轉(zhuǎn)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(tài)，其中，0代表的是主控器正常運行，1代表的是主控器出現(xiàn)故障，當(dāng)主控器出現(xiàn)死機、供電故障等異常情況時，可產(chǎn)生信號并發(fā)送到備份控制器中。該信號只可在備份控制器中進(jìn)行故障告警，具體的故障情況需要借助串口設(shè)備而傳遞到備份控制器中；B-Valid信號可對使能信號進(jìn)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(shè)備進(jìn)行軟件設(shè)置，能夠使整個系統(tǒng)狀態(tài)得以顯現(xiàn)。當(dāng)B-Valid信號處于備份狀態(tài)時，主控器與外部系統(tǒng)之間的接口處于閉合狀態(tài)，且主控器與戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢的功能較為強大，LBE總線接口處理閉合狀態(tài)，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(tài)。當(dāng)該信號為主控器管理使能時，備份器的接口處于閉合狀態(tài)，當(dāng)主控器的接口處于開啟狀態(tài)時，主控器與展示態(tài)勢的處理功能較強，且LBE總線接口同樣處于開啟狀態(tài)[2]。

（2）強制切換

采用強制切換開關(guān)能夠?qū)⑾到y(tǒng)強制轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂破鞴芾砟Ｊ?，在切換過程中，當(dāng)信號生效時，可從備份控制器轉(zhuǎn)移到主控器中；當(dāng)信號無效時，系統(tǒng)將不對信號進(jìn)行處理；在強制切換過程中，優(yōu)先級別坐高，可由系統(tǒng)對工作模式進(jìn)行切換。在實際設(shè)計時，還應(yīng)對強制信號進(jìn)行處理，利用光藕隔離的方式確保電路的可靠運行。

結(jié)論：

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

參考文獻(xiàn)

[1]錢志堅.淺析航空通信導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[J].數(shù)字化用戶，2018，09：26-27.

[2]管榮.通信導(dǎo)航管理設(shè)備集成化設(shè)計[J].航空計算技術(shù)2018，05：261-264.