光纖通訊在空空導彈飛控系統中的應用研究
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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(wù)性質(zhì)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(shí)時(shí)性低；
(2)與載機系統：?jiǎn)雾椈螂p向、異步、被動(dòng)(飛控被動(dòng)發(fā)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(dòng)發(fā)送)、異步；
(6)與引戰系統：雙向、異步、一次性通訊；
(7)與發(fā)動(dòng)機系統：?jiǎn)蜗?、異步、一次性；未?lái)預計是雙向、異步、周期性方式。
通過(guò)上述說(shuō)明，飛控系統與各系統采用獨立總線(xiàn)，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(xiàn)協(xié)議芯片和信號調理電路，由于總線(xiàn)形式多樣，路數多，因此硬件開(kāi)銷(xiāo)很大。
1．3 目前存在問(wèn)題
以上幾種總線(xiàn)基本可以滿(mǎn)足當前空空導彈研制需求，但是面對未來(lái)還存在以下幾個(gè)方面的不足：
(1)所用總線(xiàn)都是電介質(zhì)，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(xiàn)纜部分外露，易受外部輻射干擾；
(2)通訊過(guò)程中有線(xiàn)間干擾；
(3)在高速比如百兆、千兆以上通訊時(shí)，易受地線(xiàn)、線(xiàn)間、外部等各種干擾，對傳輸線(xiàn)纜、端接、輻射等要求很高；
(4)線(xiàn)纜粗重，不易布線(xiàn)，尤其是未來(lái)空空導彈小型化，內部空間小，傳統金屬導線(xiàn)線(xiàn)纜粗重，在彈內不易布線(xiàn)，結構設計困難；
(5)總線(xiàn)協(xié)議、硬件構成、通訊速率不統一，硬件開(kāi)銷(xiāo)大，無(wú)法進(jìn)行通用化、模塊化、小型化設計；
(6)測試設備復雜，長(cháng)線(xiàn)傳輸存在串擾、感性負載影響等各種問(wèn)題，電磁兼容試驗故障隔離困難。
2 國內外光纖通訊總線(xiàn)及應用情況簡(jiǎn)介
光纖通訊是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸介質(zhì)的一種通訊方式。數字光纖通訊系統主要由光發(fā)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(lèi)武器系統中應用。
(1)MIL-STD-1773總線(xiàn)：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(xié)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(xiàn)：1988年美國自動(dòng)工程師協(xié)會(huì )頒布，光纖分布式數據接口，具有定時(shí)令牌協(xié)議特性，為環(huán)形網(wǎng)，可以動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò )帶寬，主要應用于海軍；
(3)STANAG3910總線(xiàn)：歐洲標準，光纖傳輸，傳輸速率20 Mb／s，指令響應協(xié)議；應用戰機EFA、RAFALE；
(4)SFODB標準總線(xiàn)：又稱(chēng)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(huán)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(huì )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A(yíng)pache，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(xiàn)標準，對應FC-AE-1553。
通過(guò)以上可以看出，光纖通訊已經(jīng)在國外的軍工領(lǐng)域廣泛應用，在國內光纖通訊已應用于地面車(chē)輛、火箭、飛機等領(lǐng)域，同時(shí)應用光纖作為物理層映射1394、1553等多種高速總線(xiàn)的方式也不斷出現。因此光纖通訊必定是未來(lái)軍事領(lǐng)域高速有線(xiàn)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(xié)議、通訊方式多樣，由于協(xié)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(xié)議直接應用到空空導彈系統中，會(huì )給空空導彈飛控系統硬件設計帶來(lái)很大困難，同時(shí)造成資源浪費。因此必須設計適合空空導彈自身的總線(xiàn)拓撲結構和通訊協(xié)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(xiàn)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?jīng)Q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(lái)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(shí)通訊，在光路上、電路上信息可以同時(shí)存在，響應時(shí)間快，控制系統不必不停地對其他系統進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。若仍采用中斷方式，在光路、連接器、電路上均要將各路分開(kāi)設計，因此硬件資源開(kāi)銷(xiāo)很大，不利于未來(lái)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(fǎng)問(wèn)周期來(lái)說(shuō)，信息傳輸時(shí)間可以忽略，因此為遍尋方式提供了基礎。
采用遍尋方式時(shí)，飛控系統作為主控端負責發(fā)起通訊，各系統在無(wú)飛控指令的情況下不能對飛控系統發(fā)送數據?？刂葡到y在每個(gè)周期內對各系統進(jìn)行順序訪(fǎng)問(wèn)，也可多次訪(fǎng)問(wèn)，發(fā)送指令、數據或者查詢(xún)分系統是否有發(fā)送數據請求或其他任務(wù)要求，然后進(jìn)行相應處理。采用遍尋方式優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是當其他系統有緊急通訊需求時(shí)，響應時(shí)間將會(huì )滯后，因此飛控系統須對外須高速遍尋，才能解決這個(gè)問(wèn)題。
3．2 通訊協(xié)議設計
飛控系統相對載機是一個(gè)分系統，因此總線(xiàn)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(xiàn)，而FC-AE-1553是載機懸掛通訊的發(fā)展方向，因此選用FC-AE-1553總線(xiàn)協(xié)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(lái)困難，成本將大大增加。在光纖物理層上根據實(shí)際情況映射其他總線(xiàn)協(xié)議或者自行制定簡(jiǎn)單易行的通訊協(xié)議，可以作為空空導彈內部通訊的一種方式。
制定通訊協(xié)議要考慮以下幾個(gè)方面：
(1)模塊化：FPGA和軟件設計盡量可以模塊化，編程簡(jiǎn)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(xié)議，增加或者減少功能，滿(mǎn)足產(chǎn)品研制過(guò)程中的更改，尤其是產(chǎn)品研制后期，硬件已驗證充分，狀態(tài)固化，軟件更改是許多功能更高的首選方式，因此協(xié)議的擴展性和調整性必須要考慮；
(3)自測性：通信協(xié)議一定要考慮通訊過(guò)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(jìn)步速度不同，因此產(chǎn)品的升級和算法的借用經(jīng)常發(fā)生，因此通訊協(xié)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(shí)際情況和未來(lái)發(fā)展需求，并借鑒成熟總線(xiàn)協(xié)議，制定了適合空空導彈飛控系統的總線(xiàn)協(xié)議方式。通訊協(xié)議分為兩層：軟協(xié)議和硬協(xié)議，軟協(xié)議是飛控系統與各系統之間處理功能的協(xié)議，由飛控系統軟件實(shí)現，根據產(chǎn)品的具體功能自行定義；
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