航空电子通信系统

航空电子通信系统（共10篇）

航空电子通信系统 篇1

作为航空领域中的重要系统, 电子通信系统近年来建设中强调以自动化、智能化作为方向。而该目标的实现关键在于DSP技术的应用, 其可将质量较高的通信通道提供给电子通信系统, 有利于通信信号质量的提高。但如何使DSP技术应用优势发挥出来, 又成为困扰电子通信系统建设的主要问题。因此, 本文对航空电子通信系统建设中DSP技术的应用分析, 具有十分重要的意义。

1系统总体架构分析

在通信系统设计中融入DSP技术, 整个架构主要体现在软件、硬件与调试三个层面。其中在软件部分, 可将其称为系统“大脑”, 对系统所有程序起到一定的控制作用, 一般在软件指令发出后会使硬件动作快速完成, 且软件应用下也是使硬件对外界所处环境能够适应的重要保障。而在硬件部分, 系统实现物理基础以硬件为主, 若硬件性能难以满足系统运行要求, 将导致整个通信系统的性能受到制约。另外, 在整个系统架构中, 系统调试部分也极为重要, 是硬件与软件可靠运行的重要保障。对于DSP技术的应用, 其强调在系统架构设计上应以简单、灵活为主要特征, 保证所有软件、硬件运行下, 使数字信号的处理更为有效。

2基于DSP系统硬件设计

硬件部分设计中, 首先应从DSP控制模块方面着手。该模块在构成上主要以功能单元、DSP芯片为主。其中的DSP芯片, 本文主要选取TMS320LF2407A, 其无论在功能或功耗上都具有明显的优势, 加上其他功能单元的配合, 可满足处理系统、存储系统以及机载总线数据通信系统控制要求。其次, 在通信模块设计中应考虑下位机、上位机问题。为满足双CPU通信要求, 可将双口RAM技术引入, 这样可使数据交换过程在存储器共享的条件下实现, 其中的共享存储器能够被两个CPU所使用。再次, 总线通信模块部分。以ARINC429总线为例, 该模块在构成上以发送器、接收器为主, 运行过程中可直接对发送数据、接收数据分别进行并串转换、串并转换, 而且对查询方式、中断方式的实现都能起到一定的支撑作用。最后, 对于数据通信模块部分。设计中主要考虑主控制器选择问题, 可将FT3150智能收发器引入到LON WORKS模块中, 其在功能上集中表现为同步采集模块数据, 且对采集数据进行发送与接收。为使DSP技术应用优势得到最大程度的发挥, 也需注意进行串行接口的设计, 其可保证通信模块在完成数据采集后, 向上位机中进行发送。

3基于DSP系统软件设计

硬件设计合理基础上, 要求做好系统软件设计工作, 需尽可能使其可维护性、可靠性以及实时性等特点凸显出来。具体设计中, 首先要求DSP技术应用下的系统满足实时性要求。这种实时性集中表现为软件处理工作开展中, 微处理器可迅速完成。如在反馈信号传输到系统后, 系统能够快速响应, 完成一系列采样、逻辑分析计算以及控制信号输出过程。若实时性难以保证, 在延迟现象下将会使系统整体运行效率受到影响。其次, DSP技术应用下的系统设计中应满足可靠性要求。如系统运行中有异常故障问题出现后, 系统能够自动采取应对措施, 将故障带来的影响控制到最低, 尤其其中的软件或硬件在外界因素影响下, 很容易出现异常情况, 所以需采取自动控制策略。最后, 系统设计中应在可维护性上加强。电子通信系统中所应用的设备以精密设备为主, 这些设备的功能作用与结构都要求软件系统与其相适应, 运行过程中可能面临系统调试与修改问题, 因此, DSP技术下的通信系统在可维护性上需不断增强。除此之外, 在软件设计过程中, 也要做好下位机、上位机等软件设计工作, 其中下位机软件应将通信子程序、主程序融入其中, 而上位机负责系统纠错与数据管理。

4通信系统调试

在通信系统软件、硬件合理设计的基础上, 还需开展系统调试工作。由于DSP系统结构本身具有复杂性特点, 所以在调试方法上也需合理选择。以JTAG为例, 其对于DSP系统调试可起到明显的效果。在调试工作开展中, 强调检测电路板裸板, 分析系统电源输出情况, 并在检查DSP运行状态后, 通过RAM读写测试, 使系统调试工作完成。需注意的是调试过程中, 对于下位机、上位机部分也需采取联机测试方式。同时, 对于软件调试, 应将调试的重点置于程序结构、语法等层面, 尽可能保证调试效率较高, 这样才能使调试中将故障问题挖掘出来。针对调试中存在的问题, 需及时进行修改, 以此保证系统的可靠运行。

5结论

DSP技术应用是提升航空电子通信系统性能的关键所在。实际进行系统设计中, 应正确认识DSP技术的基本内涵与优势, 明确系统总体架构, 在此基础上完成系统软件与硬件设计工作。同时注意在系统调试中, 进行故障分析与排除, 使航空电子通信系统运行更为稳定、可靠。

参考文献

[1]张引强, 孟禹彤.基于DSP的航空电子通信系统[J].科技创新与应用, 2015, 09:62.

[2]冯嘉鹏.基于DSP直流无刷电机控制系统的设计与研究[D].华南理工大学, 2012.

[3]李文浩.基于FPGA+DSP的多协议串行数据传输接口板设计[D].西安电子科技大学, 2013.

航空电子通信系统 篇2

12021086 姜小彦

一、简答题：

1、飞行中为什么要使用仪表？操纵飞机时需要知道哪些参数(分别用什么仪表指示,至少写出6种)？

答：因为通过机载导航设备和仪表，进行导航定位和引导指挥飞机飞行更加精确和安全，在高空目测飞行无法进行；飞行速度、高度、马赫数、升降速度、俯仰和倾斜；地平仪、高度表、速度表、组合罗盘、升降速度表、转弯侧滑仪、发动机参数仪表

2、飞机的飞行高度是如何测量的？为什么要测量真空速？

答：飞行高度由气压来测量。真空速又称真实空速，表示航空器飞行时相对于周围空气的速度。

3、自动驾驶仪的作用是什么？简述自动驾驶仪如何稳定飞机.答：作用主要是保持飞机姿态和辅助驾驶员操纵飞机。自动驾驶仪是模仿驾驶员的动作驾驶飞机的。它由敏感元件、计算机和伺服机构组成。当飞机偏离原有姿态时，敏感元件检测变化，计算机算出修正舵偏量，伺服机构将舵面操纵到所需位置。

4、偏航阻尼器的作用是什么？简述荷兰滚是如何产生的？

答：偏航阻尼的作用是保持飞机由于荷兰滚和气流颠簸引起飞机在其垂直轴线的稳定性。在飞行中偏航阻尼系统计算机发出指令给方向舵，使其成比例的阻尼飞机的航向不稳定性，降低飞机的航向不稳定性到最小，使飞机的飞行更平稳。荷兰滚运动是飞机的横侧短周期振荡，是一种同时既偏航又滚转的横航向耦合运动。这种运动用一个特定的值来描述，等于滚转角速度最大幅值与偏航角速度最大幅值之比，与横航向静稳定性的比值成正比；与横航向转动的比值成反比。

5、什么是VOR导航？简述VOR导航的方法（可作图说明）。

答：是一种用于航空的无线电导航系统。其工作频段为108.00 兆赫-117.95 兆赫的甚高频段，故此得名。

在电子设备控制面板，调好Nav2的频率接收信号。在Nav接收到信号前(Flag为“OFF”)，旋转OBS旋钮（用mouse连续点击它）也会令刻度盘转动，但这时CDI指针是不会动的。接收到信号后(Flag为“To”或“From”)，旋转OBS旋钮令刻度盘转动的同时，CDI会根据OBS读数、飞机与地面台站的相对位置偏移。

6、什么是稳定回路？如何控制飞机的姿态？

答：稳定回路是由自动驾驶仪和被控对象组成的回路，它的作用是控制和稳定飞机的姿态。通过飞机的副翼、升降舵和方向舵来控制飞机的姿态。

7、如何实现飞机的自动控制?(分别从姿态控制及轨迹控制说明)

答：通过副翼和方向舵两个通道控制飞机在水平面内的航迹的系统，它以偏航角(ψ)控制系统或滚转角(γ)控制系统为内回路。其中典型的方案以副翼通道为主通道，以方向舵通道为辅助通道，后者只起阻尼和协调的作用。侧向偏离（Z，即

飞机位置与预定航线的横向偏差）信号通过第一限幅器后与偏航角信号综合，再经过第二限幅器与滚转角和滚转角速度(夲)信号综合，然后送入舵回路操纵副翼。第一限幅器的作用是防止因侧向偏离信号过大而产生超过90°的偏航角，从而造成“之”字形的航线；第二限幅器的作用是在转弯时限制滚转角，使它不致过大。

8、无线电高度表属于哪种雷达？它是利用什么原理进行测量的？

答：脉冲雷达。无线电高度表是利用无线电波反射的原理工作的。

9、飞机的速度可以通过哪些方式进行控制？

答：一种是测指示空速(IAS)他是通过测量飞行中前方空气的总压和静压之差,换算出飞机的飞行速度,另一种叫地速(GS),是利用地面的DME台(测距机)测量飞机相对于电台的速度.飞机上的仪表很多,但主要的只有几种:地平仪、空速表、气压高度表、转弯侧滑仪、陀螺半罗盘、磁罗盘、垂直速度表。

10、彩色气象雷达是如何探测前方天气的？（简述测量原理）

答：它是利用不同物质对电波产生不同强度的反射的原理进行探测的。

二、综述题

飞行器设计新技术

飞行器的性能很大程度上取决于飞行器的设计结构，而当前一些先进的设计技术正被广泛运用于科研或者军事领域。

军用飞机发展很快，从20世纪50年代的第一代超音速战斗机起，到目前已经发展到第四代超音速战斗机，毕竟最先进的科技大多最先运用于国防领域。不过很多新技术也逐渐在民用飞机的设计中体现。

其中气动布局技术方面的有，近距耦合鸭式布局，边条机翼，变弯度机翼，翼身融合技术。近距耦合鸭式布局飞机（简称近距耦合鸭式飞机）是指前翼与机翼距离很近的一种鸭式飞机，这种飞机往往采用小展弦比大后掠的前翼，此时前翼形成的脱体涡流经主翼表面，使主翼升力提高，而前翼也将受到主翼上洗气流的影响而增加升力。同时，主翼表面的低压抽气作用，又提高了前翼涡流的稳定性。因此，前翼与主翼近距耦合的结果，既增加了飞机的升力，也推迟了飞机的失速。边条机翼的运用提高了最大升力系数和抖动升力系数，由此提高了飞机的机动性能；又提高了临界M数，减小了波阻，降低了超音速时的配平阻力，提高了超音速航程，同时也改善了超音速时的操纵性。变弯度机翼是一种有“柔性”的前缘和后缘，翼面为连续、光滑、没有开缝或滑动接头的机翼。该机翼的外形及弯度可根据任务需要而改变，故亦称“任务自适应机翼”或“自适应机翼”。变弯度机翼在未来战斗机上应用已显重大前景。有的资料指出，应用变弯度机翼可使飞机总重下降10%，航程增大15%，升限提高25%，可用过载提高20%。翼身融合体气动布局的特点是，机身与机翼光滑过渡，在飞机纵轴的最大截面处，机身与机翼完全融合而成为机翼的一个部分。这种布局与传统布局（独立机翼+机身）相比，无论从横截面或从平面形状来看，机翼与机身之间明显的界限已经消失，很难分清

机翼与机身的交接线，亦即机翼与机身融合成为一个能够提供升力的整体。以上各种技术对飞行器的性能有很大提升，有些可以配合应用。未来气动布局的趋势是整合各方面因素，运用先进的技术如空气动力学CFD技术，结构有限元分析，飞行器总体多学科设计优化流程技术，打造近乎完美的飞行器。

隐身技术是当前军用飞机研究的一大热点，它的主要内容是利用各种技术手段减弱雷达反射、光电和红外辐射等特征信息，使敌方探测系统难以捕捉目标，以提高飞机突防能力和生存能力。隐形飞机主要采用消极隐身和积极隐身两种技术。其中消极隐身技术主要通过降低飞行器的电、光、声等可探测的特征，使敌方探测器不能早期发现。主要的技术途径有：采用非常规布局和外形设计，使之尽可能减少雷达散射面积和红外辐射等；采用宽波段吸波性的轻质耐热复合材料作为飞机结构，添加吸波涂层，以减弱电磁波的反射；减少“空腔”反射，如座舱盖上涂敷能反射电波的透明材料（金属薄膜）；还有降低发动机红外辐射，如采用带楔体的二元喷管（可使红外辐射降低90%），进气道采用涂覆吸波材料的S形结构，用机尾罩或机身、机翼等屏蔽尾喷管，利用气溶胶在发动机喷流周围形成一个罩以降低红外信号特征。积极隐身技术主要采用有源或无源的电子对抗方法来减少或消除被雷达发现的可能性。这是一种积极、主动的方法，故称积极隐身技术，如俄罗斯的“等离子体发生器”就起积极隐身作用。消极隐身技术与积极隐身技术有时难以截然分开。例如，消极隐身技术中采放射性同位素涂层，同时也含有积极隐身技术的成分。在隐身方面，未来主要的方向是材料的研究，可以说这是各个学科的综合，正因如此，航空技术可以最大程度地反映一个国家的综合水平。

与此同时民用飞机目前的发展主要是由波音公司和空客公司主导，他们设计的飞机逐渐采用飞行边界保护，使得安全性更高；加入电传操纵控制，使得驾驶员工作负荷减小；采取一些突风减载措施，使乘座品质提高；并增加机身宽度，乘客舒适性提高；采用超临界机翼设计技术，气动效率提高，油耗降低；采用复合材料，实现减重。以上各种措施推动了民用航空的发展，对于航空公司来说是竞争力的加大，对于乘客则是服务质量的提升。

未来的飞行器设计将会更加强调一体化的理念，综合各个学科的技术发展和突破性进展。总体而言，先进气动控制和外形布局设计技术，飞行器隐身技术，结构主动控制技术，飞行器计算机辅助设计技术，飞行器多学科设计优化技术等先进的设计技术将会在未来的飞行器设计中大量运用，从而全面提升飞行器的性能。

[参考文献]

【1】昂海松·飞行器先进设计技术[M]．北京：国防工业出版社，2008。

电子通信系统关键技术问题分析 篇3

【关键词】电子通信系统 移动卫星通信 关键技术

【中图分类号】TN927.2【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0144-01

随着我国电子通信技术的发展，电子通信技术在很大程度上改变着人们的生活和方式。人们也能很好地运用电子通信技术突破时间和空间的局限来学习和工作。电子通信技术不仅改变着人们生活，它还在改变着社会和国家，使得国家不断发展，特别表现在卫星通信技术上。当然我国的电子通信技术还存在一些关键技术的问题，有待人们改善和加强。

一、电子通信系统概述

电子通信技术属于现代通信技术中的一大部分。电子通信技术还是信息社会的主要支柱，是现代高新技术的重要组成部分，甚至是国家国民经济的神经系统和命脉。在现代化信息社会，电子通信技术无处不在，它涉及的范围也很广，包括移动电信、广播电视、雷达、声纳、导航、遥控与遥测以及遥感等领域，还有军事和国民经济各部门的各种信息系统都要运用到电子通信技术。

电子通信系统中最具代表性也最常见的就是移动通信和卫星通信。其中移动通信就包括了卫星通信，此外还有蜂窝系统、集群系统、分组无线网、无绳电话系统、无线电传呼系统等多个领域。

二、电子通信系统关键技术问题

近几年来，电子通信技术应用十分广泛，就其最具代表性的移动通信和卫星通信来看，就存在很多关键性的技术问题，有待加强和改善。移动通信技术在电子通信技术中发展范围最大最迅速，传统的蜂窝通信因为可用无线频谱资源的增加和无线信号的衰弱而变得越来越受局限。不断缩小的小区半径代表着基站的密度也在不断增加。除此之外，频繁的越区切换导致空中资源的浪费和频谱效率降低，这也使得网络建设的成本也是越来越高。从以上各种因素可以看出，要想获得更高的频谱效率和更大更充足的系统容量，就应该突破传统蜂窝体制，应用新的移动通信技术。

1、移动通信系统关键技术问题

在移动通信系统中采用分布式天线是很有效也很成功的一种方式，每个小区内都有很多个无线信号处理单元，这些单元距离都比载波波长要远得多，并且它们都能进行功放变频和信号预处理。要在核心处理单元实现信号处理的功能，首先就要完成信号的收发功能和一些简单的信号预处理，然后就要与核心处理单元连接，通过光纤和同轴电缆或微波无线信道来实现。有两种方式可以实现分布式移动通信，第一种就是在所有的无线信号处理单元上所有相同的下行链路信号同时发射，然后小区内的无线信号处理单元接收到上行链路信号之后直接传送到中心处理单元。这种方案优点是简单，缺点则是会不断干扰系统，阻碍了系统容量的扩大。第二种方式则是在整个业务区域内完成无线覆盖的分布式天线结构，通过用大量的无线信号处理单元来实现，从而突破传统蜂窝小区的理念。这种方式也可称之为“受控天线子系统”，即“仅与移动台相近的信号处理单元负责与移动台进行通信”的方式。第二种较之第一种更理想，但同时它也更复杂。

分布式移动通信较传统的移动通信技术有几点优势，第一是小区间干扰低、SIR高且系统容量大，第二是它内部的分集能力不仅能用来抵抗阴影效应，还能够保证不衰落和扩大系统的容量。第三是它能全面提高其自身切换性能和接受信号的功率，还能降低其切换次数。第四是它对其他通信系统的干扰小并且在相同发射功率下覆盖的区域更大，反之其发射功率更低。第五是它不仅能更方便快捷地实现任意形状的无线业务服务区，还能核心处理单元集中处理信号。更能有效利用无线资源。

子通信系统分为5层：应用层、驱动层、传输层、数据链路层和物理层。这5层之间功能划分应明确，接口应简单，从而为硬软件的设计实现奠定良好的基础：应用层是通信系统的最高层次，它实现通信系统管理功能（如初始化、维护、重构等）和解释功能（如描述数据交换的含义、有效性、范围、格式等）。驱动层是应用层与底层的软件接口。为实现应用层的管理功能，驱动层应能控制子系统内多路传输总线接口（简称MBI）的初始化、启动、停止、连接、断开、启动其自测试，监控其工作状态，控制其和子系统主机的数据交换。传输层控制多路传输总线上的数据传输，传输层的任务包括信息处理、通道切换、同步管理等。数据链路层按照MIL—STD一1553B规定。控制总线上各条消息的传输序列。物理层按照MIL—STD一1553B规定，处理1553B总线物理介质上的位流传输。应用层、驱动层在各个子系统主机上实现，传输层、数据链路层、物理层在MBI上实现。

2、卫星通信系统关键技术问题

卫星通信在电子通信技术中最为先进，它也有很大的优势，包括通信距离远并且容量大，通信线路质量稳定可靠以及机动性能优越和灵活地组网等这些都是别的技术没有的特点。但随着不断快速发展的全球信息化产业，人们对信息的需求也越来越复杂多样，电子通信技术已进入高速、多媒体、业务多样化和可移动的个性化时代。

目前的卫星通信的一些关键技术也存在一些问题，它包括高速数据的业务需求。以及卫星通信应用宽带IP的难点。现代卫星通信技术采用一些关键技术来解决问题，一个就是数据压缩技术，它能让静态和动态的数据压缩都能有效提高通信系统在时间、频带、能量上的工作效率；第二个就是智能卫星天线系统；第三个就是宽带IP卫星通信技术的研究；第四个就是新型高效的数字调制及信道编码技术；第五个就是多址连接技术的改进和发展；第六个就是卫星激光通信技术。

未来的卫星通信数据率会通过激光通信来实现，激光的优势会在互联卫星网中得到充分发挥，因为在那里经常会应用到激光通信技术，它在外层空间进行，所以不会受到大气层的影响。还可以利用“星际激光链路”技术来缩短全球卫星通信中的“双跳”法的信号时长。有专家提出“在卫星激光通信在比微波通信数据速率高一个数量级的理想情况下，天线孔径尺寸会比微波通信卫星减小一个数量级”的观点。那么如果在空间无线电通信中以激光作为载体来进行工作和运行未来的卫星之间进行激光通信是很有前途的。

航空电子通信系统 篇4

CCD航空相机是新型战术侦察机的侦察设备, 地面的图像工作站及机上人员都要依靠航空相机拍摄的图像提取情报。航空相机操纵器作为CCD航空相机的配套设备, 主要用来完成对航空相机的管理控制、接收航空相机的反馈信息和准实时显示地面目标视频图像, 并实时对图像进行相关处理。

图像处理系统作为航空相机操纵器的一个重要分系统, 可与CCD航空相机进行通讯, 不仅实现了图像的传输和显示, 而且还实现了图像的存储、放大和缩小等处理功能。本文详细描述航空相机操纵器图像处理系统的硬件设计及其它辅助电路的硬件设计, 包括主控系统连接电路、显示及输入电路、电源滤波电路、通讯接口电路和信号调理电路等电路的硬件设计。

二、系统组成和工作原理

系统实现了图像的采集、压缩、存储和传输等功能。其中的ASIC视频编码单元采用以ADV601LC为核心组成的电路完成。它的基本工作原理是将接收到的视频图像信号经小波变换、系数量化和相应的编码后, 再从主机接口输出压缩数据比特流, ADV601LC内部有8个功能模块, 其中3个接口模块, 包括视频图像I/O口、外部DRAM管理器和主机接口;5个数字信号处理模块, 包括小波变换核、片内RAM、游程编码器、可编码量化器和Huffman编码器。

三、通讯电路设计

该系统是由ADSP2185为主要核心电路组成的控制及通讯模块, 它是ADI公司出品的ADSP 2100系列高速增强定点16位的DSP芯片[29~31], 其主要特性有:33MIPS;2个双向双缓冲的串行通讯接口;2, 048个可配置的I/O接口地址;4Mbytes的字节存贮区接口, 不仅可以管理外部字节存贮区, 而且可以选择用于数据或代码存贮;片内80KB存储器, 可灵活配置程序及数据存贮区, 其中程序存贮区既可存贮程序代码, 又可存贮数据;系统上电复位后, 自动加载主程序;具有与外设接口的可编程等待状态功能。

ADSP2185主要负责系统各模块工作状态的设置, 以及ADV601LC小波变换压缩比的控制, ADSP2185的控制程序由外部字节存储区EPROM TMS27C040来存放。ADSP2185将系统压缩数据从ADV601LC芯片的FIFO (First Input First Output) 缓存器中取出并输入至SRAM, 把SRAM中的压缩数据打包后再经串行通讯接口输出至外部存储硬盘存储, 以便回到地面进行后续处理。压缩的图像数据由视频缓冲区来存放, 存储器单元中, 视频缓冲区由2片64K×16Bit的高速SRAM组成。

航空相机采用标准ARINC 429总线与飞机和操纵器等进行通讯。一是通讯接口电路采用符合工业标准的HS-3282/HS-3182芯片组对电平和串-并口进行转换, 以实现系统数据的收发功能, 这是因为ARINC 429总线使用三态码双极归零的差分信号进行传输, 且传输的是串行的32位数据, 而PC104系统只支持8位或16位的并行数据;二是数据收发过程需要一个核心控制逻辑单元来调节, 因为数据的收发工作是并行且独立的;三是核心控制逻辑单元还要完成对HS-3282芯片的两个接收通道选择和切换的工作, 当一个通道出现故障时, 核心控制逻辑要及时激活另一个备用通道;四是为保证减少对主程序的干预以及实现数据的实时收发, 硬件上设置了由核心控制逻辑单元负责的一些中断处理。ARINC 429通讯接口电路的组成如图1所示。

仿真通讯原理为:主控计算机首先发出通讯请求信号, 然后接收来自429通讯系统输出数据, 以完成429通讯系统与主控计算机系统的通讯。U8的P1.2引脚首先仿真主控计算机发出与429通讯的请求信号, 开始通讯后由并行口PA输出并行信号至U10转换成串行信号, 然后输入U8并由TXD01引脚输出, 最后经MAX202芯片输入至PC104嵌入式系统。主控计算机与429通讯系统之间的通讯是否正确是通过数据处理来判断的。

四、通讯系统各模块作用分析

ARINC 429通讯接口电路主要逻辑部分如下:PC104接口逻辑:用来产生对PC104控制总线及地址总线进行译码的命令。该逻辑需要在接口模块中设定跳线来灵活改变地址空间, 以防设备地址可能会产生的冲突;发送逻辑:发送数据时, 数据首先写入HS-3282本身具有的8×32发送FIFO。数据只有在启动发送时才从该FIFO中发出, 而主程序在FIFO中数据全部发送完之前, 都不能向该FIFO写入数据。接收逻辑:当查询到有数据发送来时, HS-3282芯片进行串-并转换并将数据进行锁存, 产生触发接收逻辑的触发信号, 把数据存放在与通道相对应的FIFO中。FIFO的宽度应与PC104设置成相同的位数, 以便主机在需要数据时可从中读取。

五、结语

就系统硬件方面而言, 需要更合理地进行芯片选择, 以及更完善的抗干扰措施;就图像压缩编码而言, 要求所选择的变换方法最好能与图像信号的特征匹配, 目前的小波变换方法虽然在这方面具备了其它方法所不具备的优势, 但是小波变换理论还不够完善, 应用算法的速度、复杂度、压缩性能等方面都还有不少缺陷, 需要对小波图像压缩编码及其应用进行更深入的研究。

参考文献

[1] .李慧蕊.新型紫外探测器及其应用[J].光电子技术, 2000

航空电子通信系统 篇5

在用Petri网理论建立航空电子综合系统模型[1]的基础上，通过对航空电子综合系统的拓扑结构和性能指标的分析，提出了航空电子综合系统总线数据流的安排方法、提高总线使用效率的.途径、总线数据流的控制规约和总线数据流传输方案的优化方法。按照这些规约和算法控制Petri网的运行，可以产生优化的总线传输时序表和计算相应的技术指标。

作 者：吴勇 陈铭 朱岩 Wu Yong Chen Ming Zhu Yan 作者单位：吴勇,陈铭,Wu Yong,Chen Ming(西北工业大学，西安710072)

朱岩,Zhu Yan(西安航空技术高等专科学校，710078)

航空电子通信系统 篇6

选择多种现有技术可以最大限度地利用现代通信技术发展的成果, 从而快速高效地投入使用。例如Eurocontrol和ICAO共同定义的基于IEEE802.16-2009标准 (即Mobile Wi MAX) 的工作与C波段航空空港移动通信系统。

IEEE 802.16-2009技术能很好地满足空港场面通信的要求并且适应其复杂的电磁环境, 特别是正交频分复用 (OFDM) 和非视距 (NLo S) 通信技术能更好地应对不利传输环境和更好地利用频率资源, 使得高速数据传输成为可能。Mobile Wi MAX还可以对飞机和地面车辆进行定位, 针对各种不同服务提供不同的Qo S以及基于认证/授权程序和加密的安全通信。

尽管IEEE802.16-2009已经被选择作为FCI (未来航空基础设施) 中最适合的技术, 但是到目前为止, 各国还没有就其具体的技术标准达成一致。特别是在一些具体问题, 例如飞行器和控制站、频偏补偿、信道传输衰落、Qo S管理策略和越区切换中的安全问题等, 仍需要深入研究。以下本文将对这些方面的进展和方向做浅显的分析。

1 Aero MACS系统概述

Aero MACS是一个全IP网络, 可以用于飞行器、车辆和人员的通信, 同时, 支持与安全相关的ATC和AOC高速数据包交换业务, 未来Aero MACS还将支持网络管理服务 (NET) , 并且在其实施的第二阶段, 还会支持Vo IP及视频流等相关业务。在所有业务的优先级中, 网管服务最高, 其次是ATC和AOC, 此外一些人身安全相关服务 (So L) 也需要一个安全可靠的传输网络, 这样才能保证一定的容错性和网络遭受攻击时的可靠性。综上所述, 为了保障ATC和NET的业务不中断, 必须尽量减少越区切换的时间, 同时使用带有认证的安全协议、授权程序和加密来避免网络遭受恶意的攻击和入侵。

在实施的第一阶段, Aero MACS能支持速度小于92.6km/h的飞机和机场地面车辆的通信, 此后将考虑如何使其支持COCR v2.0中最大移动速度为370km/h的通信, 最终系统能够向机场上空飞行的飞机广播机场通播信息。理论上单个小区能够覆盖8.3km的半径范围, 但是这只能满足小型机场的需求, 而使用多个覆盖范围较小的基站可以提高网络覆盖能力和数据的可靠性。未来Aero MACS频率资源将会和导航、遥测、安全和卫星服务共同使用5091-5150MHz的航空服务频率, 为了防止各种业务相互干扰, 他们必须在空间和频率上有充足的间隔, 微波着陆系统MLS是一项重要的干扰源, 应该对其两者之间的相互作用做进一步的深入研究。

2 Aero MACS网络架构

为了保证网间良好的互联性, Aero MACS采用基于由Wi MAX论坛定义的IEEE802.16-2009架构, 同时Aero MACS也是一种支持模块化和灵活部署的全IP网络。如图1所示, 一般Aero MACS系统由以下几部分组成。

MS/SS即移动用户站/固定用户站, 他们都是最终的用户。MS是指飞机、服务车辆、紧急情况车辆以及步行工作人员等移动结点, SS是指雷达、气象站及航线设备等固定结点。

ASN即服务接入网络, 用于向Aero MACS用户、安全认证系统、资源管理系统提供无线访问接口, 它由至少一个BS和ASN-GW组成。

BS即基站, 表示该网络的接入点, 实现了空中接口和各项功能的接入, 包括上行链路 (UP) 和下行链路 (DL) 调度器, 射频资源管理模块和越区切换 (HO) 管理模块。一个物理基站可以包括多个按扇区角度或者频率划分的逻辑基站。

ASN-GW即ASN网关, 表示ASN与CSN之间的链路, 主要实现路由和桥接的功能。此外, 它还可以根据移动性和安全性方面的指标实现基站之间的负载均衡。

CSN即网络联通服务, 用于在机场内或者互联网范围内提供针对Aero MACS用户的IP连接服务。

ASN一般部署在机场附近, 如果基站的总数比较少, ASN可以采用分布的方式在各个基站进行部署。

3 Aero MACS总则

由于Aero MACS定义的配置与Wi MAX论坛认证的配置相兼容, 所以Aero MACS具有IEEE 802.16-2009的功能和属性。综上所述, Aero MACS的配置是Wi MAX的一个特殊应用, 以下表1中将具体阐述Aero MACS和Wi MAX配置主要的不同点。

3.1 物理层

IEEE 802.16-2009可以同时工作在多个频段, 用以支持规定的数据速率。而Aero MACS的512点FFT仅有5MHz带宽, 也许未来能扩展到10MHz。由于Aero MACS的物理层基于正交频分多址技术, 所以具有减少频率相关性失真以及在多径条件下进行信道均衡的能力, 在机场附近具有恶劣的衰落、宽时延的环境中有着特殊的优势。

3.2 介质访问控制层

Aero MACS的介质访问控制层符合IEEE 802.16-2009标准, 用户通过TDMA和OFDMA相联合的方式访问信道。在时频域中, 子载波以时隙为单位分配各个用户。时隙是可以分配给用户的最小资源单元, 它又可以分成48个相邻的数据子载波, 并且时隙中还包括导频分配的信息。MAC层中的公共子层 (CPS) 采用合适的调度算法来实现一些MAC层的特殊功能, 例如资源分配、连接建立以及Qo S管理等。其他两个MAC子层是特殊服务汇聚层 (CS) 和安全子层。其中CS子层用于将上层数据映射成相应的服务数据单元 (SDUs) 。而安全子层实现认证、密钥交换和加密功能, 以确保通信安全, 防止网络被恶意入侵。

4 结论

国内和国际航班量的大量增长要求我们开发出一种有效的宽带通信系统来提高航空安全水平, 保证飞行器、运控中心、内场车辆和人员之间可靠地通信。在欧美国家已经对这些技术进行了项目验证, 我国的民航数据通信公司也在双流机场进行了试验, 国家无线电委员会也在审批这些频率。也许在不久的将来, 这会成为空港移动通信的国际标准, 空管行业将是这个系统的重要用户, 所以我们要走在该项技术的前沿, 迎接未来的挑战。

参考文献

航空电子通信系统 篇7

1 航空机场移动通信系统简述

1.1 航空机场移动通信系统的研究和发展过程

Aero MACS是基于民航业的飞速发展带来的对机场基础通信系统的需求, 在2003 年在第十一届全球航行大会上首次由FAA和EUROCONTROL正式发起的未来通信研究计划所提出, 规划在机场区域内, 在C波段使用Wi MAX技术作为机场宽带接入系统, 提供机场范围内的高速通信服务。之后, FAA和EUROCONTROL都投入了大量资金和精力对该技术进行研究, 在2008 年正式提出了Aero MACS的概念, 完成了原理样机的研制, 并于2009 年至2013 年在美国克利夫兰、德国和日本仙台等地机场搭建了测试系统进行了测试。

1.2 航空机场移动通信系统的系统特性及优势

根据ICAO最新标准草案建议书, 航空机场移动数据链系统与电磁兼容相关的技术指标为:

(1) 双工方式:TDD;

(2) 天线极性:垂直极化;

(3) 频道带宽:5Mhz;

(4) 民航专用频段:5091MHz—5050MHz;

由于Aero MACS所基于的IEEE 802.16e (Wi Max) 标准采用了正交频分复用 (OFDM) 、混合自动重传 (HARQ) 、自适应调制编码 (AMC) 及多入多出 (MIMO) [1]等关键技术, 决定了Aero MACS系统具备大量现有民航空管地空数据链系统所不具备的优势。除了带宽大和信道多之外, Aero MACS系统还具备安全性稳定可靠 (采用AES接入加密认证算法和AAA认证服务技术) 、移动性强 (理论上可以支持120km/h的移动环境下使用) 、兼容性强 (无线网络可以与有线IP网络平滑连接, 能够成为民航电信网的一个子网) 诸多特点。同时, Aero MACS系统能够实现单基站覆盖半径超过10km的超大范围覆盖, 所以理论上, 一个独立基站就可以有效覆盖半径不超过5km的机场范围。

2 航空机场移动通信系统在成都双流机场的使用测试

为了验证航空机场移动通信系统在民航繁忙机场实际运行保障环境下的使用情况, 民航数据公司与西南空管局合作, 在2014 年至2015 年期间, 在成都双流国际机场进行了AeroMACS测试系统的搭建和使用验证测试工作。

系统的测试以西南空管局负责的延伸放行服务为载体进行。系统核心设备安装在航管小区1 楼飞服中心机房, 在跑道对面的西南空管局场内雷达站建设了航空机场移动通信系统基站。在西南空管局进行测试的Aero MACS系统的结构图如图1 所示。

系统频率选择为5120MHz, 单站的覆盖范围为定向1.5 公里, 覆盖角度60 度, 延伸覆盖角度10 度 (理论信号相对较弱) , 覆盖目标为机场机坪侧的跑道及各个廊桥的停机位。计划覆盖位置图如图2 所示。

系统的测试分为两个主要部分。一是通过改装的内场车 (车外加装Aero MACS天线和车内加装数据接收终端) 沿着计划覆盖位置的停机位移动, 测试接收信号的强度;二是通过内场车上加装的高清无线监控摄像设备, 将拍摄的监控画面通过机场移动通信系统实时传送到中心机房。验证内容包括:数据传输的稳定性与可靠性, 数据传输的时效性与完整性, 无线基站覆盖的范围和有效性, 内场车在不同场面区域及停机位区域停靠、运行时通信系统的效率, 大数据传输测试等。

从测试结果来看, 在计划覆盖范围内, 车载数据接收终端能接收到的信号强度基本在-90d Bm至-60d Bm之间, 根据车辆所在位置是否被建筑为遮挡而有所变化, 信号始终保持连续可接收;在中心机场接收的实时监控画面始终能保持清晰且稳定。从测试效果来看, 双流机场安装的这套航空机场移动通信系统可以满足机场停机位及场面较为复杂的电磁环境条件下的稳定、高速、完整的信号传输。

3 航空机场移动通信系统的应用研究

在成都进行的测试结果验证了Aero MACS系统在复杂机场场面环境下的可用性, 为其在民航空管的未来应用提供了支持。而Aero MACS系统的高带宽、非视距传输、保密性良好及不易受干扰的特点, 使其在民航空管的应急通信传输系统、延伸放行服务、航空公司的电子飞行包 (EFB) 等多个方面有着丰富的应用前景。

3.1 空管应急通信传输系统应用

目前民航空管的传输系统主要依靠电信运营商及自建光缆资源, 同时以卫星通信及微波通信作为辅助通信手段。在发生地震等突发事件时时, 现有的通信手段将受到极大影响, 甚至无法使用, 造成空管运行无法保障的严重后果。AeroMACS系统的灵活机动的使用方式及其可靠性, 可以为民航空管应急通信提供保障。

以成都双流国际机场为例, 成都抗震应急指挥中心与本场各空管台站及设备主要依靠光纤通信作为主要通信手段, 当光纤通信中断时, 抗震应急指挥中心可供调配使用的设备数量将极大减少, 对应急通信指挥的效率及保障性造成影响。可以考虑通过在应急指挥中心及各设备现场建立的AeroMACS基站, 以及应急通信车上配置Aero MACS基站, 实现在双流机场本场范围内的无线应急通信网络, 满足抗震应急指挥情况下的基本通信、雷达信号传输及现场指挥调度需求。基于Aero MACS的应急通信系统结构图如图三所示。

基于Aero MACS无线传输系统的信号传输速率依据接收信号质量好坏, 在TDD比例为29:18 情况下, 下行速率可达11.2Mbps至16.8Mbps;上行速率可达1.6Mbps至2.4Mbps[2]。对于管制指挥所需的通信及监控数据而言, 这样的带宽完全可以满足应急通信情况下的需求。

3.2 空管延伸放行服务应用

延伸放行服务是空管主动到飞机上向协议公司机组提供天气 (PIB) 、飞行前资料公告、放行电报 (CLR) 等资料, 通报放行情况, 较少飞行员办理放行手续的奔波之苦。现有的空管延伸放行服务主要依靠人员到飞机上现场办理, 效率较低, 并且随着航班数量的快速增长以及航空公司飞行资料的需求变化, 延伸服务的效率及实效要求不断提升。使用Aero MACS系统作为传输手段, 通过在内场车上加装接收终端, 或者在航空器上直接加装接收终端, 就可以通过航空机场移动通信系统直接将飞行员所需的各种资料传输到终端上, 减少人工服务的工作量。

在双流机场进行的系统验证测试对空管延伸放行服务进行了测试。从实际测试效果而言, 延伸放行服务人员只需将内场车沿停机坪车道开到指定的航空器附近任何位置, 然后通过内场车上的接收终端接收、打印资料, 再就近送给飞行员即可。这样空管延伸放行服务可实现资料的即时传输、即时打印, 在资料发生调整时可即时更正, 切实减轻了服务人员的工作量。在将来的应用中, 如果在航空器上直接安装基于AeroMACS的空管延伸放行服务接收终端, 甚至可以免去人员进场服务, 而直接通过终端接收并实时显示资料信息。

3.3 电子飞行包 (EFB) 应用

EFB是包含用于支持一定功能的软硬件, 用于驾驶舱或客舱的电子显示系统。EFB能够替代传统的手册、航图、通告气象资料等纸质资料, 显示多种航空信息数据或进行基本的计算 (如性能数据、燃油计算等) [3]。EFB的应用很大程度上降低了航空公司资料管理和分发的成本, 实现了航行所需信息的共享。但目前尚存在瓶颈在于, EFB的数据信息更新普遍依靠数据存储卡, 还无法实现数据实时更新。

使用Aero MACS系统作为EFB数据更新的传输方式, 则可以很好地解决上述问题。安装了Aero MACS接收终端的航空器在停机位上就可以通过接收机场Aero MACS站点发送的数据信息, 更新EFB信息数据。对于部署了Aero MACS的机场而言, 只需要对航空器进行简单的改造, 加装Aero MACS接收终端就可以实现上述应用, 进一步降低航空公司管理成本, 并且实现信息的实时更新。

4 结语

Aero MACS系统为机场场面高速通信的需求提供了一种良好的解决方案。从国内外的实际测试情况来看, 该系统既可以很好满足民航空管数据传输及应急保障的需求, 又可以依托于该系统为航空公司、机场等驻场单位提供更优质、更可靠的数据传输服务。在中国民航航空系统组块升级 (ASBU) 发展与实施策略中, 明确提出了要逐步推进新一代航空宽带移动通信网络 (Aero MACS) 。有必要紧跟当前国际发展趋势, 进一步深度开展Aero MACS的研究与测试, 在技术升级换代的浪潮中抢得先机。

摘要：航空机场移动通信系统是一种基于IEEE 802.16e标准的民航机场宽带通信技术, 可以满足当前飞速增长的民航运输业对于高速、可靠的机场传输网络的需求。基于该系统的技术特点以及在成都双流国际机场进行的验证测试实际情况, 研究其在民航空管领域的应用前景。

关键词：AeroMACS,空管,应用,研究

参考文献

[1]王岩.基于Wi MAX技术的无线接入方式研究与应用[D].吉林:吉林大学.2009:14-20.

[2]姜恩勇.航空机场场面宽带移动通信系统在民航的应用[J].无线互联科技.2015. (14) :8.

航空电子通信系统 篇8

目前空管局应急指挥中心对外通信传输主要依靠地面有线通信, 光缆从雷达站引接, 利用航管楼至雷达站已有的光缆资源, 通过一套SDH传输设备纳入机场空管环网。通信传输系统重要程度较高, 传输线路的通畅对于保障应急状态下管制工作正常开展具有重大意义。

为降低或避免地震发生对重要业务的传输影响, 在条件允许的情况下, 尽量实现重要业务的双路由传输保障。重要业务的通信传输采用“有线+无线”两路传输方式保障, 无线传输系统作为有线传输系统的备份, 本场利用新建无线网络实现重要业务备份传输;

为了实现无线传输业务, 本文基于航空机场场面宽带移动通信系统对应急指挥中心的无线通信网进行设计。航空机场场面宽带移动通信系统 (Aeronautical Mobile Airport Communications System, Aero MACS) 是面向未来空管的先进空管数据链技术。为满足中国民航新一代空中交通管理、机场运行管理、航空公司运控的通信需求, 符合国际民航组织及中国民航的相关标准规范, 本文选取航空机场场面宽带移动通信系统作为主要的数据链技术, 为大大提升了应急方案的可靠性、机动性和快捷性, 拟在成都抗震应急指挥中心、新航管小区、现航管楼以及牧马山雷达站等重要地点建立覆盖机场及周边区域的空管数据链网络。

2 业务传输需求

应急指挥中心业务需求汇总 (见表1) 。

根据表1的业务需求情况, 各类信号传输方案如下: (1) 雷达、ADS-B信号:所有雷达、ADS-B信号均利用现有有线传输资源实现信号有线引接;部分重要雷达信号、ADS-B再通过新建无线传输网或KU卫星站实现信号第二路由引接; (2) 其他信号:通过新建无线传输网或KU卫星站实现信号引接。

本文重点介绍利用无线传输实现的业务范围, 按照具体站点的地理位置划分, 根据需求, 得出各个节点数据无线传输带宽的需求 (见表2) 。

覆盖范围要求如图1所示。可以看出, 本项目需要覆盖的区域为横跨南北的第一跑道区域及周边区域。整个区域的周长达18公里。数据链的无线覆盖规划, 除了要考虑距离因素外, 还与地形地貌有着密切的关系。

3 频率规划

根据国际民航组织对航空机场场面宽带移动通信系统的频率规划为5091MHz-5150MHz, 数本次规划拟采用PUSC with all SC 1×3×3 5MHz组网, 特性如表3所示。

4 覆盖分析

通常一条机场跑道长度为3公里到4公里, 3600米以上的跑道就可以起降较大型客机, 理想情况下, 1个Aero MACS基站的覆盖距离大约为1.8公里, 因此一条跑道至少需要2个Aero MACS基站覆盖如图2所示。

5 链路预算

在进行航空机场场面宽带移动通信系统无线设计时, 首先用链路预算分析方法以粗略估计为满足一定条件, 如为达到所要求的上下行速率时 (飞机向基站方向传输为上行;基站向飞机方向传输为下行) , 小区所能覆盖的范围, 从而得到指定区域内提供覆盖所需的基站规模。

链路预算粗略计算基站与终端间所允许的最大空间路径衰耗, 即对基站和飞机间下行、上行路径上一系列衰耗, 增益和参数的加减运算。根据计算出的最大链路衰耗值, 通过传播模型以及地形类别来确定平均基站扇区覆盖半径和区域。

根据每种地形地貌的基站小区半径, 以及该地区内这几种地形地貌的覆盖范围, 便可以根据面积公式得出满足覆盖要求所需的最少基站数。理论上, 用于覆盖机场区域的单基站的理想覆盖区域为1~2公里, 传输速率依据接受信号质量好坏, 在TDD比例为29:18情况下, 下行速率可达11.2Mbps至16.8Mbps;上行速率可达1.6Mbps至2.4Mbps;

6 方案总体设计

根据本项目的需求, 需要覆盖的面积为周长18公里所围起来的区域, 由于存在不规则的外部区域, 为了防止无线覆盖区域重叠过多, 并且考虑到机场跑道区域限制过多, 不宜布设基站, 因此覆盖设计原则为尽可能的在区域边缘顶点处布设基站, 基站布置如图3所示。

根据上述链路预算, 一个Aero MACS基站最佳覆盖范围在1.8km左右, 本项目需要9个Aero MACS基站以上, 具体还需依据基站选址进行无线覆盖仿真进行测算, 可能还需要具体调研及跑车实验来确定最终需要的基站数量。机场场面的移动节点及场内一场监雷达站节点均加装Aero MACS移动终端设备, 移动节点加装全向天线, 固定节点可加装定向天线。二场监雷达站加装Aero MACS点对点基站。

某些中心节点的网络吞吐量要求较高, 并且其只有固定业务, 没有移动业务的需求, 如新航管小区, 现航管楼等线路数据回传链路, 建议选择Aero MACS点对点基站建立稳定链路, 预留2套, 需要着重考虑与移动基站的频率划分方法, 避免彼此之间产生同频干扰。

移动塔台车的配置建议采用1个Aero MACS基站和1个点对点Aero MACS基站的部署模式, 保证对场面覆盖的同时, 还是可通过大吞吐量的数据回传链路与抗震应急指挥中心直接进行通信。

具体设计的网络设计如图4所示。

参考文献

[1]中国民用航空局.民用机场飞行区技术指标[J].MH5001-2013.

[2]国际民用航空组织.国际民用航空公约附件14[J].6版机场, 2013 (7) .

[3]王强.未来机场地面无线通信系统-Aero MACS技术[J].北京:机场建设, 2013 (1) .

综合模块化航空电子系统 篇9

关键词：航空电子,IMA,ARINC 653

0 引言

20世纪90年代, 飞机航空电子系统系统发展为综合模块化航空电子系统 (Integrated Modular Avionics, IMA) , 使得飞机进入了一个全新时代。IMA平台下能够驻留种类繁多、不同功能、不同安全等级的应用, 将传统的单独的航空电子系统集中一个通用的平台上, 其具有资源分配最优化、最大限度地减小系统体积和重量、降低设备能源消耗等优点。IMA系统是一种开放式系统结构, 平台软件和硬件的更新可独立进行, 使得修改或升级飞机系统功能都比较容易, 满足了飞机经济性、维修性以及不断增长的功能需求。当前新一代飞机除了将数据处理功能和通信、导航和显示等航电功能综合进IMA平台外, 一些非航电系统功能, 如液压、燃油、电源等系统也被集成到平台里。因此, 综合模块化航电系统已经成为飞机的发展趋势, 对IMA系统的研究显得越来越重要。本文综述了航空电子系统的发展历史和IMA系统的概念、架构、软件平台以及应用现状。

1 航空电子系统发展历史

航空电子在早期主要是支持飞机起飞、着陆、导航、通信的电子系统。随着技术进步, 航空电子系统慢慢发展成包括飞行管理、飞行控制、导航、数据与语音通信、综合监视与机载告警、客舱娱乐、座舱显示、机内通话等主要功能系统。随着飞机功能、设计需求的增多以及电子技术的进步, 航电系统的重要性得到不断地提高, 并逐步向综合化、模块化、开放式的方向发展。航空电子系统对于飞机的安全性和可靠性越来越重要, 同时也不断地提高飞机的经济性和舒适性, 因此航空电子系统在飞机设计中的重要性不断提高。先进的航空电子系统目前已成为先进飞机的一个重要特征。

航空电子系统的发展经历了分立式、联合式、综合式到先进综合式这4个阶段。图1给出了4种航空电子系统的演变。

1.1 分立式航空电子系统

在分立式航空电子系统时代, 所有的航空电子系统都是独立的, 每一个航空电子系统都是单独完成某个特定的功能, 对航空电子系统的操作相当复杂。飞行员需要通过驾驶舱内的控制板和仪表盘去分别获取每个分立的航空电子系统显示信息, 然后完成相应的操作与控制。随着飞机的发展, 飞机中增加了越来越多的系统, 飞行员面对的信息量不断增大, 操作的繁琐性也不断增加, 对飞机的控制要求越来越难。同时, 因为增加了大量的飞机航电系统以及相应的一对一的线缆, 飞机的重量也大大增加, 制约了飞机的经济性。

1.2 联合式航空电子系统

针对分立式航空电子系统线缆的连接方式, 美国空军莱特实验室采用了数据传输总线的方式以及各类标准的物理接口, 提出了联合式航空电子系统架构, 使得所有的航电系统可以通过数据总线进行传输, 大大降低了线缆的重量和体积, 提高了飞机的经济性。同时, 联合式航空电子系统将显示和控制进行了综合, 减轻了飞行员负担, 提升了飞机性能。不过随着航空电子系统的复杂性不断提高, 联合式航空电子系统也出现了局限性, 其只是简单地综合了显示控制, 同时总线宽带较低。

1.3 综合式航空电子系统

针对联合式航空电子系统的局限性, 莱特实验室在20世纪80年代提出了宝石柱航空电子系统架构, 即综合式航空电子系统架构。综合式航空电子系统架构真正实现了航空电子系统的功能综合, 由通用数据处理机组成, 将不同系统的信息处理和飞机接口功能综合起来, 完成数据处理和任务管理功能。综合式航空电子系统是模块化航空电子系统架构, 每个模块都是高度综合化、通用化。通用模块的使用提升航空电子系统的可靠性和经济性。

1.4 先进综合式航空电子系统

莱特实验室在宝石柱航空电子架构的基础上, 在天线孔径和信号处理领域里使用了综合化、模块化的概念, 提出了宝石平台计划, 即先进综合模块化航空电子IMA架构。IMA系统采用商业货架产品 (COTS) 和开放式架构等手段大大降低了航空电子系统的成本, 提高飞机系统的可靠性, 同时由于维修的简化和通用模块的易于采购, 大大降低了飞机航线的维修成本。

2 综合模块化航空电子系统

2.1 IMA系统基本概念

IMA系统是指先进飞机上的实时计算机平台以及相应的分布式网络, 包括若干个计算处理模块以及网络接口, IMA系统上可以驻留不同安全等级的应用程序, 各种类型的数据均可接入IMA网络。IMA的核心理念是实现硬件的共享, 即多个应用程序可以共享同一个硬件单元, 这种共享就可以减少处理单元数、网络数据线、I/O接口数量, 同时还可相应地减小航空电子系统的重量、体积、功耗等。

2.2 IMA系统基本架构

IMA系统的基本架构主要由四部分组成, 即:IMA机柜、全局数据总线、与全局数据总线连接的设备以及远端数据集中器, 与全局数据总线相连接的设备分为可直接与全局数据总线连接的设备和不能与全局数据总线直接连接的设备, 如图2所示。

IMA机柜主要是用来提供存储和计算资源, 同时为驻留在其中的应用程序提供相应的接口。IMA机柜由三部分组成:IMA机柜框架、背板和内部功能模块。IMA机柜框架承载了所有机柜内部功能模块, 同时为其提供了相应的机械和电气环境。背板为机柜内部功能模块和机柜外的航电设备提供接口, 背板分为三部分:第一部分是背板总线, 是用来为功能模块之间进行信息传递;第二部分是用来进行电能分配;第三部分是全局数据总线和背板之间的接口。IMA机柜内部功能模块应该被设计成航线可更换模块, 方便插拔维护, 机柜内部功能模块能够实现不同类型的功能, 例如数据存储、核心处理器、电源模块、总线桥、I/O接口、网关等。

全局数据总线用于IMA机柜与飞机其他设备, 以及飞机其他设备之间的相互通信。在ARINC 651报告中将ARINC 629总线规范定义为全局数据总线规范。而实际上, IMA系统所使用的全局数据总线并不仅仅限于ARINC 629总线规范, 如空客A380和波音787所使用的全局数据总线便是符合ARINC 664标准的航电全双工交换式以太网。

与全局数据总线相连的设备, 按照是否与全局数据总线兼容分为两类。如果设备与全局数据总线兼容, 则可以直接将其与全局数据总线相连, 与IMA机柜和其他网络上的设备相互通信。如果设备与全局数据总线不兼容, 则需要将其与远程数据集中器相连, 然后通过远程数据集中器转换为与全局数据总线相兼容的格式, 再与IMA机柜和其他网络上的设备相互通信。

远程数据集中器是为不能直接接入全局数据总线的设备服务, 既可以作为输入设备也可以作为输出设备。当远程数据集中器作为输入设备时, 它将外部设备的数据从离散、模拟或其他总线规范的格式转换为与全局数据总线相兼容的数据格式。当远程数据集中器作为输出设备时, 它将全局数据总线传输的数据转换为离散、模拟或者其他总线规范的格式。远程数据集中器还负责监控数据网络上设备的健康状态。

2.3 IMA软件平台

美国ARINC公司在1997年1月发布了ARINC 653工业标准规范, 该工业标准规范是专门针对航空电子系统软件平台提出的一系列规范, 是为了确保软件平台上的应用彼此间不会互相干扰。目前ARINC 653标准规范已经成为大型民用飞机IMA系统中的主流标准规范, 只有满足ARINC 653标准规范的软件平台, 才可以在IMA系统中安全稳定地运行。空客A380和波音787的IMA系统所采用的操作系统平台均基于ARINC 653标准规范。

Vx Works 653 Platform便是一种基于ARINC 653标准规范所开发的操作系统, 是由美国风河公司研发的一款专门用于综合模块化航空电子系统的嵌入式操作系统。该操作系统可以支持多种硬件平台, 具有良好的实时性能。它的时间调度机制为基于优先级的抢占式机制和同一优先级下的时间片轮流调度机制, 从而保证了实时性要求。同时它支持区间保护功能, 将硬件平台虚拟为各种不同安全等级的区间, 确保不同的区间内驻留的软件互不干扰。每个区间的运行状态对整个IMA系统的影响仅局限于每个区间内部, 当某一个区间崩溃, 并不会影响到其它区间的正常运行。图3是来自风河公司官网的Vx Works 653 Platform操作系统的架构。

2.4 主流IMA系统介绍

目前最新主流的IMA系统存在两种架构, 分别为分布式IMA架构和集中式IMA架构, 其中空客的A380使用了分布式IMA架构, IMA系统被分为三个不同的功能区域, 其数据处理通过不同功能类型的IMA机柜执行。波音的B787使用了集中式IMA架构, 公共处理资源在两个集中的IMA机柜中, 这两个IMA机柜互为备份。同时B787采用了开放式的通用结构设计, 能方便快捷地对IMA设备进行更换和升级。

3 结论

当前随着综合程度越来越高, 系统的规模越来越大, 架构越来越复杂, 使用IMA系统已经成为未来飞机的发展必然趋势。我国想要发展好自己的民用客机, 必然需要采用IMA系统, 因此必须对IMA系统进行更多更深的了解, 必须深刻理解综合化、模块化以及开放式架构的理念, 使得IMA系统在国产民机中得到更好的应用。

参考文献

[1]郑红燕.民用飞机IMA核心处理系统动态故障树分析[D].南京航空航天大学, 2013.

[2]林晨.基于IMA的机电综合系统仿真平台开发[D].南京航空航天大学, 2013.

[3]何伦.基于Linux的IMA软件平台的设计与实现[D].上海交通大学, 2012.

航空电子通信系统 篇10

随着航空技术的不断发展, 航空电子系统日益复杂和精密, 越来越向着集成化和模块化的方向发展, 大多数飞机性能的改善很大程度依赖着航空电子系统技术的改进和性能的提升。航空电子综合系统是一个典型的网络系统, 但是它的要求比一般的网络系统要求要高很多, 对实时性和可靠性要求相对较高。目前应用最为广泛的飞机数据总线是1553B总线, 1553B总线是由若干个子系统通过嵌入式总线接口互联起来的, 各个子系统相互操作独立, 子系统的功能和资源均可以通过内部往来进行共享。目前国外的1553B总线软件系统大多功能相对简单, 功能配置不够灵活, 对于特定的飞机机型无法很有效的进行总线监控和处理。本文从这个问题出发, 寻求一种算法来提高总线系统消息数据的传输效率。

2 排队论算法

排队论算法可以应用在大部分的服务系统上, 特别是通信系统、计算机系统、存储系统和生产系统上。排队论算法的分析是以状态空间和马尔科夫同构为基础的, 应用同构于马尔科夫的排队论能够对总线系统进行定量的稳态分析, 以此可以求出电子总线系统在稳态下的稳定概率。

航空电子综合系统的各个终端数据到达总线以及数据的传输可以认为是等候服务的随机过程。总线的数据传输是消息到达服从泊松到达排队和服务时间服从指数分布的随机过程。用排队论算法来建模航空电子总线系统数据总线的各个性能分析, 具有非常重要的可行性和理论基础。

泊松到达是当到达时间间隔分布函数F (t) 、概率密度函数f (t) 满足以下要求时的到达过程。

其中1/λ是指数分布的数学期望, 泊松到达的方式可以用跟时间间隔初始点无关的泊松分布来表示。

3 系统建模分析

航空电子总线系统1553B总线是一种异构式的结构, 它是以总线拓扑结构最多提供31个终端设备的互联, 在总线网络上不同的终端存在着主从关系, 总线控制器的主终端控制着所有通信消息的发送, 在总线网络上除了总线控制器其余的参与通信的通信终端是远程终端, 不参与数据通信的但负责监听或记录总线通信的是总线监控器, 各个不同的终端子系统通过同一种协议都与总线结构相连接。1553B总线通信方式是半双工通信, 速率是1Mb/s, 所以在同一时刻只能由一个终端发起数据传递, 其他的终端负责接收数据, 1553B总线从系统的可靠性设计, 一般配备了一个或多个冗余总线作为备份总线。总线拓扑一般分为单级拓扑和多级拓扑结构。单级拓扑结构中, 所有的子系统都是通过相同的总线连接的, 一般由总线控制器, 8个远程终端, 双冗余度总线电缆、耦合器、连接器等组成, 其中8个远程终端, 是有1个远程终端作为备份的总线控制器使用的, 所有的通信信息在总线控制器的分配下通过1553B总线进行着数据传输, 信息传输控制采用的是固定的总线控制器静态控制, 非动态控制方式, 在系统正常通信下, 只有主控制器负责控制消息的所有传输控制。多级总线控制结构是由多个单级总线拓扑组成的相互独立或层次控制的功能结构体。

由于M/M/n模型比较适合消息的到达为泊松分布, 服务的时间也符合指数分布的排队服务系统场景, 所以本文采用M/M/n模型进行总线系统分析建模, 系统的概率分布为:

从这个概率分布公式, 能够从概率计算出总线控制器的消息发送缓冲区的Buffer大小, 得到一定的满足条件的缓冲区下, 保证概率x%的消息不丢弃。这里引入航空电子系统总线利用率的的概念, 它是衡量总线上信息传输的使用效率的一个指标, 是总线上信息传输的时间与所有时间的比值。当消息到达总线系统时, 如果此时总线处于忙状态, 则在总线控制器消息的Buffer里等待发送, 即是一个消息队列, 消息队列长度的期望值反映了系统实时性的指标, 也是作为设计总线控制器消息缓存大小的重要参考因素。通过排队论算法, 可以从分布函数中根据系统设定的最长排队时间来计算出超时的失效消息的比例, 在总线系统中可以设置一个默认的排队失效时间, 超出这个设定时间的消息会自动失效, 同时把这些失效的消息从消息队列中删除, 这样更加便于节省数据总线的传输时间和提高系统实时性。

通过算法验证, 设定总线系统的99.81%的消息传输都能满足系统执行时间指标的要求, 即完全满足总线系统实时性的要求, 证明该算法是有效的。

4 结语

本文主要根据目前应用最广泛的航空电子总线系统1553B系统, 通过系统建模, 采用对服务系统排队效率较高的排队论算法进行系统优化设计, 对消息队列的消息数据设计合适的消息缓存区, 经过算法验证计算, 通过该算法可以使得消息队列的99.81%的消息都能满足系统传输时间要求, 证明该算法对解决总线系统消息传输效果比较明显。

参考文献

[1]陈若玉.新一代军机航电综合系统结构的探讨[J].航空电子技术, 2000 (01) .

[2]吴延昌.航空电子系统可信计算网络关键技术研究[D].西北工业大学, 2006.