新一代航空电子总线系统结构研究

王 广

（航空工业计算所，陕西西安，710019）

新一代航空电子总线系统结构研究

王 广

（航空工业计算所，陕西西安，710019）

航空电子总线系统就像是整个航空电子系统的中枢，能够影响航空电子化设备的发展程度的高低，是保障我国军事化航空领域地位的主要因素。

航空电子；总线系统；结构研究

0 引言

航空电子总线主要用于航空系统中，尤其是军用综合航空电子系统中。战斗机所具备的性能和状态与航空电子系统息息相关。如果缺少高效能的航空电子在系统就无法提升战斗机的性能。而在科技迅速发展的大环境性下，对于高科技作战能力的需求不断的提升。我们必需对航空电子总线系统进一步的进行研究，从而寻找其未来的发展出路，并明确其可实现的功能等。

1 概念

航空电子总线系统是整个航空研究领域内的关键性因素，是进行航空电子研究以及开发的核心内容之一，它与航空系统未来的技术革新有着密切的联系。

在未来的战争中，冷兵器的作战模式将会被以信息化为主的战争所取代，因此对于航空电子系统的要求就会越高，所以我们需要选择一种先进的总线技术进行研究。从而带动整个航空电子系统的发展，确保其能够满足现代化战争的发展需求，同时也符合航空电子系统在经济、实用以及可支撑的能力要求。

2 系统结构发展阶段

到目前为止，航空电子总线系统已经经历了三个发展阶段，目前已进入到了最为先进的综合式的航空电子结构阶段。为了更好地了解其发展，我们将一一进行阐述。

2.1 分离式

在这一结构中，航空设备中的导航、雷达等系统相对独立且具有自己的传感设备、处理设备以及仪表显示设备。在进行飞行任务处理的过程中，更多依赖于飞行员的判断。因此这个时期的航空电子仍处在发展阶段，还不能算是系统化的电控。

2.2 联合式

在联合式的系统结构中，对电子系统进行了进一步的升级，引入了子系统的概念，通过总线系统方式将导航、雷达以及火控等各个不同的系统进行互联，进而将它们的状态进行统一化的输出，再通过相应的子系统进行分配并执行命令。联合式的总线结构能够有效地实现信息数据的共享需求，同时完成命令的执行以及显示方式。但是并没有将信息纳入到整个系统功能中，且各个子系统相对独立。

2.3 综合式

综合式总线系统结构概念的提出有效的使信息化的通信处理模块取代了传统的子系统的信息传递方式。通过不同的信息模块以实现信息之间的互联和平衡。通过这种处理方式，使整个航空电子系统的信息化功能提升到了一个新的层次。

2.4 先进综合式

先进综合式的航空电子体统，我们要求对于信号的处理要实现一级综合的目的。在信号分析处理需求增加的情况下，对于处理的需求有了进一步的要求。而利用总线进行数据传输不仅仅能够满足对命令以及状态数据的传导，同时还可以存储运行大量的中间结果数据。这就要求总线系统能够满足信息数据传递的延迟。但如果我们仍采取综合式的航空电子系统来解决互连系统中存在的问题。不仅无法确保整个数据传输的低延迟性，对于系统的建立以及维护的成本需求则会变得更高，使系统的可靠性能下降。因此，在处理这个问题对于综合航空电子系统的使用时，通常采用单一总线的方式来实现各个子系统的互联需求，并结合统一的方式来确保各个子系统、系统模块之间亦或是处理器的互联。

3 未来战争的需求

3.1 开放式的结构

在实际设计过程中的航空电子系统是一种封闭式的系统，因此更加独特。为了更好地降低生产成本我们采取了开放式的系统结构。对于“开放式的系统结构”这是一种相对公开的发行模块，它符合标准化模块要求以及互联的标准。因此能够使用民用货架设备或是多种机型的设备，最终能够实现项目发生变化，但在价格上面并不会有太大的变动。

开放式的结构使航空电子系统结构更加的完善，能够更加有效地提升航空电子设备的综合效能。因此它具有较为深远的意义。

通过采用标准化的结构，能够使软件在不同品牌不同型号的硬件之间互相兼容。并且能够给用户更多的选择。

构成分布式的系统。由于软件能够实现兼容的效果，因此能够更好地实现系统之间的相互交融，连接和互通的操作方式。

3.2 分布式的结构

航空电子系统采用分布式的机构，主要体现在系统功能的分布情况上，就是依据功能特点进行分布。将全系统化的功能依照功能特点进行分区。尤其是在高度综合的结构处理方面，也可以实现由系统结构向分布式的处理系统结构的转移。用计算机高速处理技术来取代原本分散的计算机结点以及设备节点。从而实现应用功能的综合处理方式，有效的节约成本，确保性能的稳定性。

3.3 可靠性

对于总线的可靠性需求，要求它具备更好的检错或是纠错的能力；能够对故障进行识别，主动的隔离故障，重建系统。

3.4 经济性要求

充分的结合军用以及民用技术。将标准统一化、公开化。这样无论系统如何更新、规模如何拓展，都能够满足扩展的需求。同时符合维修的条件。

4 电子系统的发展

对于航空电子系统结构来说，其发展的动力就在于技术的推动。因此，综合化的系统能够使现代军事化飞行设备的性能得到有效的提升，同时也能够有效的解决目前机舱中存在的空间狭小，驾驶员负担过重的情况。然而操作系统过于复杂同时软件数量多，使得整个系统在初期的成本、后期的维护以及系统软件开发升级方面存在更多的问题。

进入新世纪以来，随着科学技术的不断进步，对于军用设备的要求越来越高。高精度远程武器的应用，在很大程度上削弱了防御方的反应时间。而通过增加传感器等方式能够有效地提升设备的性能但必然会导致驾驶员操作反应质量的下降。科技化的战场对于军用飞机作为空中作战武器平台所提出的需求更高。因此，要充分调动传感器的作用，使各个传感器能够最大程度的相互配合。因而，设备上需要更为先进的显示设备，同时还能够满足数据信息的高速传递、信号处理、信息交互、人工智能等方面的能力需求。

航空电子系统要不断的更新换代必然会使成本变成一个突出的问题。目前我们所使用的系统多由计算机网络以及密集型软件构成。因此在整个飞机的制作成本中大约要占用1/3的费用，而后期的维修、维护的费用则会更高，高成本的投入限制了对新技术飞机的研制。因此，我们必需采取一定的措施来控制成本的增长。

5 总线系统结构

5.1 设计原则

通过对我国航空电子发展趋势以及西方国家的研究进行综合对比分析来看，航空电子的总线体统应当具备一定的灵活性。同时能够合理的连接方式。对于新的技术方式能够很好地接纳，从而满足功能更新换代的需求。因而，需要满足以下原则。

（1）借用开放式的系统，结合核心处理机以及模块化的设计技术，使资源信息能够实现共享。通过这种方式能够更加符合信息技术综合化管理的需求。

（2）有效的利用多级余度的设计方式以及容错的技术，来提升飞机在任务执行过程中的可靠性以及安全性需求。

（3）积极的引入民用技术以及商用产品，从而有效地降低成本。

5.2 总线体系结构

（1）利用目前传输速度较高的高速光纤来建立数据总线交换网，有效的连接计算机与各个处理器，确保数据与信息之间的互联。

（2）搭配核心综合处理机以及相关传感器组件使高速光纤数据交换网实现连接。通过数据融合、处理能够提供给飞行员准确、及时、有效的信息。

（3）在进行总线设计时使用双余度的总线结构。在两台通用的综合核心处理器之间采取外场可更换的模块技术，能够使模板总线与外线相连。

通过上述分析，可以得出目前新的总线设计是符合航空系统结构设计要求的。

6 模块化的电子系统

随着技术的不断更新，超高速的大规模的集成电路以及专用集成电路不断地普及开来，使飞机电子设备结构从机箱的黑盒子逐步发展为可互换模块单元。到如今已经成为了综合模块化的电子机构。

6.1 通用模块

通用模块一般是用来完成系统中的共性较强的功能的，其所属类型与技术应用的范围有着直接的联系。一般分为：

（1）数据处理模块：是指用来处理基本数据的模块。包括对中央处理单元、存储设备以及设备总线结构等方面的连接。

（2）大容量的存储模块:主要是用于处理信息并存储信息。具有一定的灵活性和可靠性。

（3）接口模块：用来对接总线与不同信号类型相接的模块。（4）电源模块：一种将飞机电源转变为用户模块的电平。

6.2 综合核心处理机

这种处理机设备的主要构成是由两个综合机架共同构成的。它所使用的技术较为先进，能够实现总线与传感器、显示控制系统以及飞行系统等方面的联系和交互。并对数字信息进行处理，融合，对飞行轨道进行管理、控制。对飞行存在的故障进行诊断和管理。

7 结束语

新一代的航空电子总线结构采用了较为先进的网络技术和设计原理，使整个系统的能够具有更好的性能，并具备一定的可靠性。通过使用新一代的总线系统结构，不仅可以符合电子系统升级扩充的需求，也能够更好地满足未来战争对于航空电子系统的需要。

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The study of avionics bus system structure of a new generation

Wang Guang
(Aviation Industry Institute of Computing Technology,Xi’an Shaanxi,710019)

Avionics bus system is the hub of the entire avionics system, can affect the degree of development of aviation electronic equipment level is the main factor to protect the status of China’s military and aerospace fields

avionics; bus system; structure research