光纤通讯在空空导弹飞控系统中的研究和应用

上四方面考虑，结合实际情况和未来发展需求，并借鉴成熟总线协议，制定了适合空空导弹飞控系统的总线协议方式。通讯协议分为两层：软协议和硬协议，软协议是飞控系统与各系统之间处理功能的协议，由飞控系统软件实现，根据产品的具体功能自行定义；

硬协议主要是实现系统间信息传输功能，由FPGA或者专用芯片实现。硬协议属于底层协议，直接与物理层结合，本文的协议设计指硬协议设计。

通讯协议采用数据帧的方式，一帧数据包含如下内容：帧号、地址、模式代码、帧数据长度、数据字、校验字，如图2所示。

帧号：在数据传输过程中可以根据数量的大小分组传输，一组数据为1帧，为后续发展和升级预留空间。在高实时性、突发中断较多、大数据量情况下，此方式可以提供更多的数据打包方式；
地址：代表发送和接收的分系统地址，依据地址可以判断当前通讯的终端；通过此种地址方式，可以实现组网、点对点等拓扑结构，各系统可以根据地址判断数据是否来源，并确定数据是否是发送给本系统；
模式代码(也可为命令代码)：发送命令、接收命令、状态字、广播方式，方便不同条件下的使用；
帧数据长度：当前一帧数据字的个数，根据不同的系统未来技术发展空间，设置字长上限，可根据实际情况随意设置；
数据字：通讯数据，可自行设置含义；
校验字：可根据实际情况选择校验方式，比如和校验、差校验、奇偶校验等，可由系统间协议自行制定。

此协议与1553B总线通讯比较接近，将3种字合并在一帧数据中，降低了FPGA的设计难度，在实现协议的时候依据地址和帧数据长度来对数据进行编码、解码，根据命令发送数据，其余功能均由软件来实现，给软件设计带来多种选择。

3．3 硬件系统设计

如果采用遍寻方式，则总线系统上同时只能有一种数据存在，这样硬件系统设计就很简单，可以大大减少硬件资源的开销，可以做到小型化的设计，原理如图3所示。

其中DSP负责飞控系统导航制导、稳定、时序调度等各种运算；FPGA负责与DSP进行信息交换、通讯协议转换、1553B的终端接收协议转换、数据转存等功能；

相对载机来说导弹的控制系统是一个终端，而相对于弹内来说控制系统是总控端，因此为了避免与载机光路干扰，弹内外在光路上进行隔离，采用专用的信息处理电路、光路与载机通讯。

弹内采用自定义通用通讯协议，因此采用一路双向处理电路对信号进行调理驱动，对外是1个光纤连接器和1个分光器，由分光器将一路光信号分为多路，随着型号的发展、对外系统的增加，可以通过更换分光器和软件来实现，控制系统内部硬件系统不需进行更改。因此此方案具备通用性，若各类空空导弹均采用此方式，则控制系统的通用化将成为可能，将大大提高设计效率，降低成本。

3．4 光通路设计要求

光通路主要包括光纤、光分路器、光连接器、光收发电路几个方面。
控制系统光纤传输在应用中有以下几个特点和要求：
(1)距离属于超短距，因此光纤的损耗要求可以忽略，不受限制，对发光器的功率要求也很低；
(2)在光路中不会同时出现多路信息共存，因此单模、多模光纤均可采用；对光收发模块的激光频率漂移等参数要求不高；
(3)环境条件要求苛刻且可靠性要求高，对于空空导弹来说，环境使用要求和可靠性要求是最基本的要求，也是各种新技术、新材料在应用过程中要克服的主要困难。同时对温度、振动、冲击、气压、高湿等条件均有严格要求。

光纤选择：光纤按材料分主要有全塑光纤、石英光纤。石英光纤在长距离通信中已占主导地位，其损耗低，适合长距离传输，但是因芯径小，在μm级别，连接中要求较高的对准精度，从而给连接带来不便，成本较高；而聚合物光纤(POF)具备高信噪比、连接方便、重量轻、可靠好、价格低廉的特点，且满足工业级要求，因此选用聚合物光纤作为传输介质；

光连接器：光纤连接器在选择中主要考虑连接的可靠性和多次插拔的要求，连接须满足大过载情况下的可靠连接，比如20倍重力加速情况下不能有瞬断，插拔次数大于1000。

4 结语
通过分析研究，应用光纤通讯可以解决未来空空导弹发展面临的电磁兼容、高速通讯、小型化、通用性等问题。根据空空导弹内外通讯特点和要求，给出了拓扑结构、通讯协议、信息交换方式、硬件系统原理的解决方案。