光纤通讯在空空导弹飞控系统中的研究和应用

0 引言
空空导弹飞控系统是导弹信息处理的核心部分，担负着与弹内外通讯的功能。飞控系统与其他各系统的通讯总线形式多样，总线形式主要有一次性指令、模拟量、ARINC429总线、1553B总线、RS 422总线、LVDS总线、并行总线等，存在通讯速率低、易受电磁干扰、线缆粗重、总线形式多样、不易组网、测试设备复杂等缺点。空空导弹未来发展的方向是信息量大、传输速率高、小型化、抗强电磁干扰等，因此目前的总线方式不能满足要求。而光纤通讯随着技术的发展，已具备通讯速率高、抗电磁干扰能力强、线缆轻便、易小型化等特点，已广泛应用于各个领域。目前飞机内部已逐步形成了以光纤传输的总线系统，相应标准已建立，在载机的悬挂系统中预留了光纤接口作为未来发展的需求，而且也有许多以光纤为物理层，将其他总线协议移植到光纤总线上的应用，因此构建以光纤为物理层的总线通讯系统，制定统一合理的总线协议，是解决空空导弹发展问题的一种方法。

1 空空导弹飞控系统通讯现状及存在问题

在空空导弹中，飞控系统肩负着导弹内外的信息交换功能，负责与载机、导引系统、遥测系统、舵控系统、卫星定位系统的信息交换，未来可能还要增加与引战系统、发动机的数字通讯功能。

1．1 通讯总线现状

目前飞控系统与各系统交换数据的总线主要有：ARINC429总线、1553B总线、RS 422总线、LVDS总线、BMK总线等，如图1所示。

ARINC429总线是一对单向、差分耦合、双绞屏蔽线，最高速率为100Kb／s。总线上只允许有1个发送设备，可以有多个(小于等于20个)接收设备。信息传输采用双极性归零制的三态码调制方式。每个ARINC429字由5部分组成：

(1)标号位LABEL：用于区分字的物理含义，等同于数据帧的地址；
(2)源目的识别位(SD)：可以用以区分多系统中的源和日的地；

(3)数据位(DATA)：将数据编码；
(4)符合状态位(SSM)：用以表征数据字的特性，如方向、符号等；
(5)奇偶校验位：可以选择奇校验和偶校验。

RS 422总线是一对单向、差分传输、双绞屏蔽线，最高速率可达10 Mb／s；总线上只允许有1个发送设备，最多10个接收设备。标准仅规定了硬件接口的电气特性，支持单点对多点的通讯方式，未规定接插件、电缆、顶层通讯协议；而实际用法为：协议约定好字数，第一个为状态字，后面是数据字，最后是校验字，为点对点通讯协议；

LVDS总线是低压差分电流驱动总线，通信速率可达600Mb／s，信号有效电压为300 mV，在高速率通讯中电压摆幅小；由于信号电压过低，所以通讯易受干扰。LVDS总线与RS 422总线类似，主要规定了电气特性，无顶层通讯协议，在应用时自行规定通讯协议，协议与RS 422总线应用类似；1553B总线是数字式时分制指令／响应型多路传输数据总线，它由数据总线、远程终端、总线监视器、总线控制器组成。总线系统信息传输的控制权惟一归总线控制器所有；采用指令／响应型的异步操作；信息传输采用半双工方式；数据总线上的信息流由消息组成。1553B有完备的通讯协议，每个字由20位组成，分为命令字、数据字、状态字三种类型。其中，命令字包含以下信息：远程终端地址、发送接收状态位、子地址(或方式代码)、数据字计数(或方式代码)；数据字：根据协议自行确定或根据标准；状态字包含以下信息：远程终端地址、消息差错、测试手段、服务请求、广播指令、忙等状态；主要由位来表示。

双口RAM是并行总线的一种形式，协议自定，根据地址来区分数据用途。

1．2 通讯方式现状

飞控系统与各载机和各分系统的通讯方式依据任务性质的不同而不同，具体情况如下：
(1)与导引系统：周期性、双向、双工、同步、实时性低；
(2)与载机系统：单项或双向、异步、被动(飞控被动发送、接收)；
(3)与GPS系统：周期、双向、双工、异步；
(4)与舵控系统：周期、双向、异步；
(5)与遥测系统：周期、单向(飞控主动发送)、异步；
(6)与引战系统：双向、异步、一次性通讯；
(7)与发动机系统：单向、异步、一次性；未来预计是双向、异步、周期性方式。

通过上述说明，飞控系统与各系统采用独立总线，全双工通讯方式，此种通讯方式要求在硬件上每路信息都要有独立的总线协议芯片和信号调理电路，由于总线形式多样，路数多，因此硬件开销很大。

1．3 目前存在问题

以上几种总线基本可以满足当前空空导弹研制需求，但是面对未来还存在以下几个方面的不足：
(1)所用总线都是电介质，抗雷电、核爆、电子脉冲弹等强电磁干扰能力差，尤其是与载机通讯线缆部分外露，易受外部辐射干扰；
(2)通讯过程中有线间干扰；
(3)在高速比如百兆、千兆以上通讯时，易受地线、线间、外部等各种干扰，对传输线缆、端接、辐射等要求很高；
(4)线缆粗重，不易布线，尤其是未来空空导弹小型化，内部空间小，传统金属导线线缆粗重，在弹内不易布线，结构设计困难；
(5)总线协议、硬件构成、通讯速率不统一，硬件开销大，无法进行通用化、模块化、小型化设计；
(6)测试设备复杂，长线传输存在串扰、感性负载影响等各种问题，电磁兼容试验故障隔离困难。

2 国内外光纤通讯总线及应用情况简介