民航电子系统的光纤数据总线故障实时检测

周声望

（东航技术有限公司工程部，上海 200335）

引言

针对当前民用航空电子系统光纤数据总线故障检测方法存在的检测准确度较低，检测的及时性较差问题，提出数据挖掘的民用航空电子系统光纤数据总线故障检测方法。首先提取光纤数据总线状态特征，并利用数据挖掘技术实现民用航空电子系统光纤数据总线状态分析，然后通过卡尔曼滤波的方法实现信号基本正序分量的无偏估计，通过构建民用航空电子系统光纤数据总线状态的基本谱残差，构建故障检测的解决函数，完成故障检测。实验结果表明，本文方法检测的精确度较高，检测的及时性较好。

一、机载数据总线的概述

机载数据总线技术是用于机载设备、子系统直至模块之间的互连技术，从计算机网络观点来看，航空电子设备相当于一台微机，它们以机载数据总线为纽带，互连成网络系统，完成数据信息的传输任务。目前其应用领域已经扩展到舰船、卫星、导弹和坦克等各种机动平台上，在本质上，它是一种实时网络互连技术。

机载数据总线技术源于航空电子综合系统的发展，美军航空电子系统经历了先前的四个阶段：第一代分离式航空电子系统，导航、雷达等系统工作完全独立，初期的系统在处理任务中甚至依赖飞行员判断；第二代联合式航空电子系统，各个子系统各个功能相互独立，不同设备间较少有数据交互；在第三代综合式航空电子系统中，提出了“模块”概念，利用计算机构成信息处理模块，从而取代子系统，系统具有良好的可扩展性，功能比较丰富能够处理复杂的任务；目前正过渡到第四代“先进综合式”的研究阶段，采用“统一网络”实现子系统、模块乃至处理芯片之间的互联，具有高速、可扩展性、低延迟和可容错的特点。

二、传统航空专用数据总线

（一）MIL_STD_1553B/1773总线

MIL_STD_1553B总线由美国自动化工程师协会于1978年发布，全称为飞行器内部时分命令/响应式多路数据总线，我国与之对应的标准是GJB289A-97。该总线采用冗余的总线型拓扑结构，传输数据率可达1Mb/s。其主要功能是为所有连接到总线上的航电系统提供综合化、集中式的系统控制和标准化接口。该总线技术首先运用于美国空军F-16战斗机，在过去的30多年中，被成功地应用于多种战机以及导弹控制、舰船控制等领域 。

由于MIL_STD_1553B总线使用窄带宽的屏蔽双绞线，难以在电磁干扰环境下提供高性能和高可靠性的高速数据传输，1988年，美国国防部发布了MIL_STD_1773，利用光纤传输介质来取代屏蔽双绞线以及电缆，其他的高层协议与MIL_STD_1553B相同。目前，MIL_STD_1773已发展到了双速率、高速度的阶段，其中，波音（Boeing）公司研制了基于MIL_STD_1773标准的双速率的收发器（具有1Mb/s和20Mb/s两种速率），其中1Mb/s主要用于MIL_STD_1553B总线，而20Mb/s主要用于高速数据传输。

1553B总线作为第一代军用数据总线技术，在上世纪七八十年代日渐成熟并得到广泛的应用。然而，随着对数据传输（视频、音频、分布式数据）应用的需求日益增加，其有限的带宽（1Mb/s）已逐渐无法完全满足现代系统对数据传输的需要，且集中的总线控制器给系统带来潜在的单点故障这一致命威胁，被新架构的数据总线取代已是大势所趋。

三、实验结果与分析

采用主板芯片类型为IntelB360，CPU型号为i5－8400的计算机搭建实验的硬件平台，利用Windows2010作为实验的操作系统，利用MATLAB对实验过程进行模拟，光纤数据总线故障检测的完成时间直接影响检测的实时性，实验不同方法故障检测的完成时间(s)。本文方法检测的完成时间最短，检测速度快，较好的实现了光线数据总线故障的实时检测，这是通过设定阈值方法及时对光纤数据总线状态进行监控，提高了光纤数据总线故障检测速度。实验不同方法进行故障检测的精确度，实验过程中，分别利用不同方法对光纤数据总线故障进行检测。在进行故障检测的过程中，无法对光纤数据总线幅值变化进行准确描述，导致检测的精确度低，本文方法能够准确描述光纤数据总线状态随时间变化规律，提高了检测结果的准确度。实验不同方法进行光纤数据总线故障检测占用的网络内存(MB)。光纤数据总线故障实时检测是通过计算机实现的，不同方法检测过程中计算机内存的占用量直接影响计算机运行速度。本文方法进行光纤数据总线故障检测的过程中，占用的计算机内存较少，对计算机运行速度影响较小。本文方法进行故障检测的过程中，对光纤数据总线运行状态进行特征提取，分析光纤数据总线故障时的状态特点，减少了数据的需求量，使得光纤数据总线状态数据采集较少，减少了数据占用的计算机内存，使得占用的计算机内存量较少。

结语

航空科技的发展扩大了民用航空电子系统的应用范围，光纤数据总线作为民用航空电子系统的重要组成部分，受到了相关专家学者的重视。对民用航空电子系统光纤数据总线故障进行实时检测能够提高飞机运行的可靠性，本文引入数据挖掘技术解决当前民用航空电子系统光纤数据总线故障检测方法存在的检测精度较低，检测的及时性较差问题。实验结果表明，本文方法能够提高民用航空电子系统光纤数据总线故障检测正确率。