一种航电任务一体化综合处理平台设计与实现

何小亚，李成文，孙靖国，湛文韬，范超

（中国航空计算技术研究所，陕西西安710119)

一种航电任务一体化综合处理平台设计与实现

何小亚，李成文，孙靖国，湛文韬，范超

（中国航空计算技术研究所，陕西西安710119)

随着现代战争环境日益复杂化，预警机技术在现代战争中发挥着越来越重要的作用，预警机作战任务的不断复杂化和作战装备的日益先进化是目前战争的一大趋势。作为提高军用飞机性能最主要、最有效的手段之一的航空电子系统也在不断提出改进和发展的新需求，该文根据新战争形势下预警机对航点任务系统的功能性能需求和参考当前航电任务系统架构和相关技术提出了航电任务一体化综合处理平台的构建架构，从功能性能、组成、和关键技术等方面的设计和实现对该架构进行阐述。

航电；任务；综合处理平台；一体化

预警机作为军队高效率体系构建的核心，集搜索、监视空中、海上或陆上目标，指挥并可引导己方执行作战任务飞机等多项任务于一身，未来还可能作为无人机战斗群的控制指挥中心，在现代战争中具有十分重要的地位和作用,是当前战争的技术制高点。各国都在研制各种先进性能的预警机，中国有空警-2000、空警-200，美国装备了E-2A、B、C、2000型“鹰眼”预警机、E-3“望楼”预警机、E-8“联合星”远距离雷达监视机，俄罗斯装备了A-50“中坚”预警机、图-126预警机，英国装备了“猎迷”－MK3预警机，日本装备了E-767预警机和E-2C“鹰眼”预警机，以色列装备了先进的“费尔康”预警机[1]。其任务电子系统的功能和性能直接关系到预警机每次任务执行的效果，是预警机任务执行的管理和控制核心。本文根据新战争形势下预警机对航点任务系统的功能性能需求和参考当前航电任务系统架构和相关技术[2,3]提出了新型的航电任务一体化综合处理平台的构建架构，采用模块化设计、开放式结构、FC网络统一互联方式[4]组成一体化的综合处理平台，该平台大大节约了机上装配空间，提高了资源的复用率，增强了各个任务功能间的通信能力，提高了整个航电任务系统的工作效率。

1 总体设计

整个平台采用FC总线网络构架，将座舱综合显控、任务综合显控、预警雷达、任务通信、综合数据管理等分系统进行交联。主要完成系统管理，航路管理，雷达、电子侦查、二次雷达和近地告警等数据处理功能，数据加卸载功能，情报融合，指挥控制，综合显示与控制，健康管理，音频交换，数据存储等功能。具体任务如下：

1)系统管理：包括系统调度，初始化自检，网络管理，时间管理，备份和重构管理，电源管理等；

2)航路管理：包括飞行计划、航路点、任务点管理。对战场监视、电子信号监视等战术点进行战术导航引导。在飞机性能范围内，按燃油、威胁和时间最小原则进行局部飞行航线规划建议；

3)数据处理功能：具有对航电系统数据综合处理、信息融合分析和设备控制管理功能。能够完成飞行管理、网络管理、中央维护、数据加卸载、近地告警、中央告警、导航管理、导航健康管理、TCAS算法处理、ADS-B协议处理、网络交换等应用功能的实时数据处理；

4)数据加卸载功能：具有通过维护访问端口加卸载应用软件、软硬件配置文件、FC网络配置表、航电中央维护故障方程等数据的能力，通过统一加卸载卡/座加卸载飞行计划、导航数据库、JIDS网络参数、数据链参数、无线电通信导航参数等数据的能力；

5)情报融合：包括航迹相关融合、航迹管理、属性识别威胁告警和情报传输与分发等；

6)指挥控制：主要包括辅助决策、引导解算和航管控制。

7)综合显示及控制：主要包括导航地图生成及处理任务地图生成及处理显示控制；

8)健康管理：主要包括执行本平台IVHM功能任务系统、IVHM数据管理和飞机IVHM数据管理；

9)音频交换功能：具备对音频语音、导航话音的对应数字信息进行传输的能力，支持单播、组播传输；

10)信息安全存储功能：具备大容量数据存储和快速读写的能力；

11)时间同步功能：有接收时钟源发送的时间，同时对GJB289A网络和FC网络进行时间分发功能；系统自检测功能：具有系统自检测能力，能够支持上电自检测、周期自检测和启动/维护自检测三种自检测模式进行系统内部的故障检测、诊断和报告；

12)毁钥功能：接收到毁钥信号后，系统能够在最短时间内对存储的关键数据进行销毁；

13)软件开发/调试功能：支持系统软件的开发/调试，提供软件开发/调试接口，支持软件故障注入和模块测试功能。

2 具体实现

综合处理平台主要包含处理机一台，由机箱和和内部功能模块构成。为实现系统功能需求和双余度备份功能，电源及多种功能模块采用1+1备份形式，系统架构如图1所示，具体采取以下设计方案：

1)电源模块，采用1+1结构供电模式，即采用两块相同电源模块采用集中式冗余备份供电形式；

2)通用处理器模块，采用n+1的方式备份，实现飞行管理、近地告警、导航管理、TCAS算法、ADS-B协议处理等功能；

3)多媒体处理模块，采用n+1的方式备份实现多路视频输入输出、图形生成、视频切换、叠加、压缩、记录、图像自动跟踪解算及语音告警功能，实现了任意1路DVI输入视频与任意1路FC AV输入视频叠加，叠加后视频由FC AV视频输出，通过FC交换机送给显示器；

4)大容量存储器模块（MMM）：采用1+1结构，实现大容量数据的存储、中央维护、数据加卸载功能；

5)信号处理模块（SPM）：采用1+1结构，实现红外传感器传来数据的处理功能；

6)输入输出接口模块（IOM）：采用1+1结构，实现GJB289A总线的BC功能以及输入输出离散量处理功能，同时实现中央告警、网络管理和系统综合控制管理功能；

7)网络支持模块（NSM）：采用1+1结构，实现综合处理机内各模块之间、以及与外部系统间高速数据传输功能，两个模块级联构成单余度网络，同时实现音频交换功能；

8)机架模块，采用机箱底部安装印制板母板和光纤光背板两重互联介质，提供了母板的余度供电电路和低速信号互联，光背板的高速FC网络互联，模块的安装和散热等功能。

图1 系统结构及交联关系

3 关键技术研究

3.1 FC网络管理技术

综合处理平台采用FC网络统一互联，FC网络管理至关重要，它是对FC网络上的设备的状态、信息进行管理，包括网络控制权的获取、网络设备的上下网控制、网络设备的故障管理、网络设备的版本管理、网络系统的运行结构控制等，本平台的FC网络管理采用分层架构和信息分级传递的设计方法，具有一定的先进性。

网络管理控制逻辑架构如图2。网络管理控制层运行在节点机的协处理器上，通过主机上的驱动层与航电应用交互，驱动层为航电应用提供接口。运行过程中，驱动层负责将应用的数据及控制指令传递给网络管理控制层接口进行处理并发送，另外负责将网络管理控制层收到及处理的数据及控制命令传递给应用。网络管理控制层按照主机要求，与远端设备（管理端或代理端）进行信息交互，将操作结果提交给驱动处理。

图2 网络管理架构

3.2 FC网络数据加载技术

针对高度综合一体化航电系统的可灵活加载配置的功能需求，需要一种高效率，高正确性和高可靠性的网络数据加载技术对配置表、应用软件、数据库和设备参数等一些可配置数据进行统一加载。国内其他型号FC网络加载技术还是采用以前传统的加载技术，对每个设备分别点对点加载，效率低下，容易引起版本之间的不匹配。不像AFDX网络具有专门的数据加载协议ARINC615A，FC网络没有指定专用的加载协议，因此需开发一种适用于FC网络的加载协议。

FC网络加载流程为数据加载端发送上传操作请求包，目标端接收请求包后，给加载端返回接受或拒绝应答包，加载端收到应答包后，给目标端发送头文件，目标端收到头文件后，解析文件，提取出文件列表，向加载端读取文件，文件读取完成后，目标端对文件处理，完成后通知加载端，结束上传操作。目标端给加载端返回接受应答包后，启动状态传输，给加载端发送状态信息，包括上传进行中、上传失败、上传完成等信息，加载端解析状态信息，根据状态信息做相应处理。

3.3 高密度高可靠光互联技术

为了解决FC网络高速信号带来的电磁兼容和误差率等问题，本平台基于高密度MT接口，采用光纤布线、夹板固定的方式设计并实现了一种光背板[5]。该背板完成了平台内部的光交换通道，保证了高速信号不受电磁干扰[6]和低误码率，提高了产品的可靠性和可维修性。采用所有通道直连方式，大大减少了光损耗。采用统一的平台内部机械结构设计，订制光纤通道长度，既便于采取加固措施，保证产品满足高低温和振动要求；又便于制作装配程序，减轻了设计者装配工作负担。光背板在航电平台内的安装方式及位置如图3所示。光背板通过安装柱和PCB板固定在平台内，光背板的MT头安装在光电混装连接器插座中。功能模块通过安装在连接器插头的MT头与光背板MT头对接，从而与光背板互联。

4 结束语

本文介绍了一种航电任务一体化综合处理平台设计与实现方法和其中的FC网络管理技术、高密度高可靠光互联技术和综合健康管理技术三项关键技术。本平台已经成功应用到多个型号和产品中，对预警机的任务执行能力和战斗力效果提升明显。

图3 光背板位置和安装

[1]郑连泽,马建毅.预警机的关键技术分析及发展趋势预测[J].舰船电子工程,2014(2):34-21.

[2]何立军,解文涛,俞大磊,等.航电系统综合核心处理机研究与实现[J].电脑知识与技术,2015,11(8):204-207.

[3]李成文,杨军祥,王建生,等.综合化模块化信息处理平台容错技术研究[J].测控技术,2014(8):124-131.

[4]王海青,王岩,杨广双,等.光纤通道在航空电子环境中的应用[J].飞机设计,2014.34(1):67-80.

[5]湛文韬,孙靖国,解文涛,等.一种机载航电系统光背板的设计与应用[J].计算机测量与控制,2014,22(3):945-955.

[6]赵辉,晏璎.预警机电磁兼容技术发展研究[J].微波学报,2012 (8):434-438.

A Kind of Integrated Avionics Task Integration Processing Platform Design and Implementation

HE Xiao-ya,LI Cheng-wen,SUN Jing-guo,ZHAN Wen-tao,FAN Chao
(China Aeronautical Computing Technique Research Institute,Xi'an 710119,China)

With the increasingly complicated modern warfare environment,awacs technology is playing an increasingly important role in modern war,awacs mission of complicate and combat equipment is becoming more and more advanced is currently a trend of the war.As improve the main military aircraft performance,one of the most effective means of avionics system has been put forward the improvement and development of new demand,according to the new awacs war situation of waypoint system task of functional performance requirements and reference current avionics system architecture and related technology put for⁃ward the construction of integrated avionics integration task processing platform architecture,from performance,composition, function and key technology of design and implementation of the architecture.

Avionics;task;integrated processing platform;Integration

TP311

A

1009-3044(2017)19-0047-03

2017-04-25