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航空电子数据总线技术探析

发表时间：2021/6/16 来源：《探索科学》2021年5月作者：张美仙

[导读] 随着一个新时代的到来，需要加强对航空电子数据总线的认识和研究能力，以提高该总线的技术水平。在工作实践的基础上，并作为进一步研究电子航空运输系统架构的一部分，总结了相关技术途径，以期为相关工作提供有效的技术保障，并为提高电子航空运输工程的技术水平奠定良好基础。

太原航空仪表有限公司张美仙

摘要：随着一个新时代的到来，需要加强对航空电子数据总线的认识和研究能力，以提高该总线的技术水平。在工作实践的基础上，并作为进一步研究电子航空运输系统架构的一部分，总结了相关技术途径，以期为相关工作提供有效的技术保障，并为提高电子航空运输工程的技术水平奠定良好基础。
关键词：航空电子；数据总线；技术
        随着计算机在航空电子系统中的广泛应用，总线技术应运而生。总线技术的出现是从系统工程的角度对航空电子系统进行总体设计的结果。其目的是通过多路传输总线形成分布式信息网络，实现信息的有效传输和共享，实现驾驶舱的综合显示和控制，形成一个综合的航空电子系统。
        一、航空数据总线的概述
        总线技术用于机载设备、子系统和嵌入式模块，类似于计算机网络。机载电子设备相当于计算机，它们通过机载数据总线互连成网络系统，完成相互间的数据信息传输任务。目前适用于船舶、卫星、导弹和坦克等移动平台。这基本上是一种实时连接技术。综合电子航空交通系统的开发是基于数据总线技术的发展。美军航空供给系统和电力供应经过前四个阶段:第一代立式航空电子航空系统、导航和通信系统。完全独立，原系统甚至取决于飞行员对任务处理的判断。第二代联合式航空和电子系统中的子系统相互独立，不同设备之间交换的数据较少；该模块概念是在第三代综合式电子组合系统中引入的。数据处理模块将替换为计算机，而不是子系统。该系统具有可扩展性和足够的功能来处理复杂的任务。它目前已进入高级集成研究的第四代，使用统一的网络连接子系统、模块甚至处理器芯片，具有速度、可扩展性、延迟和容错能力。
        二、航空电子系统体系架构
        电子航空系统是从机械电子系统转变为机械电子和数字电子航空系统。电子数字航空系统的结构是以综合和分布式模块的形式提供的。
        1.综合电子模块化航空系统。采用综合电子模块化航空系统，对每个模块进行全面的硬件和软件管理。电子航空系统的大多数功能都集成在一个独立的机箱中。通过电源、CPU、共享资源模块和I/O总线提高通信和网络互连效率。集成系统的硬件部分在整个模块化系统中更加灵活，可以根据实际需要拆除或完全更换，以满足不同功能的需要。将模块高度集成到同一系统中。精密的电子结构和便携性可有效提高整体系统性能，并可用于解决更难解决的问题。在降低成本方面，应主要通过模块的建造来促进备件更换和系统的持续维护。
        2.分布式模块化电子航空系统。与综合模块相比，系统升级和持续更新的数量和集成程度更高。该系统相对独立，与电子航空系统各单元兼容。目前，分布式系统旨在有效地解决硬件运行问题，但存在故障，这是硬件和软件冲突的非关键方面，但每个模块的实际配置并没有严格限制。
        3.总线结构数据。采用高速光纤，高速传输，建立了总线交换网络。它将计算机连接到处理器，并确保数据和信息的互连。高速光纤通道数据交换网络连接到集成的处理器和传感器组件。数据处理和集成可以为驱动程序提供有效、及时的信息内容。总线设计时，需要使用双余度结构在两台集成处理器之间，可以更换模块技术，以便更好地将总线连接到外部线路。分析表明，目前的新总线设计符合实际的航空需要。
        三、新型航空电子系统总线互连技术
        当前该技术的发展主要依靠信号传输和系统数据。

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同时，从整体技术发展情况来看，AFDX与TTE总线技术在行业领域的使用占比越来越大，其影响程度不容小觑。新型航空电子系统总线互连技术，以其速度优势在所有航电技术中拥有较高的利用率。这种技术可以有效满足系统对数据传输的速度要求。
        1.FC航空总线技术。该技术主要基于国际标准，可通过合理利用I/o实现网络信息信号的通信和传输。串口带宽高，可实现高速视频、数据和音频传输，从而大大缩短数据获取和输出时间。光纤通道技术依赖于对数据流的控制和交互。尤其是对于工作负载繁重的网路作业，光纤技术可让透过更先进的网络结构，以延误、误差来实现数据和流量的传输。此外，光纤技术实际需要灵活地设置和删减数据处理节点这一技术得到广泛应用，其兼容性是多种多样的，可以同时处理多种协议的高频作业。与之相对应的军用飞行设备的对应性更强。
        2.AFDX总线技术。AFDX总线技术在航空子系统数据交换中的应用，实现与ARINC429和MIL-STD-1553B标准机载数据总线的有效连接。通过综合处理、转换和传输网络数据，完成网络通信任务。每条线路的操作都会对主控制设备产生负面影响，从而使系统难以维护。由于系统处理的所有信息都是通过总线连接的，因此系统的整体连接受到一定程度的限制。AFDX总线技术在一定程度上解决了这一问题。这项技术的特点是数据传输速度快。全双工交换以太网技术总线控制器，不需要MIL-STD-1553B进行控制。AFDX拓扑可提供大量辐射，并使用更多应用节点进行传输。这种技术确保了数据传输和接收的整个过程能够在短时间内完成，大大提高了应用效率，位元错误率低，信息传输的可靠性高。在IEEE中建立时间触发网络根据802.3标准，统一时钟通常用于以太网，每个终端设备的时差相同。合理启动TTE总线技术可以缩短软件的使用时间，但必须考虑到节省的成本，因为系统可以安全运行。网络技术在航空领域的应用必须以准确性和效率为基础。由于航空需求通常高于其他领域，因此很难降低技术建设成本。但是，随着技术的发展，将会生产越来越多的物理材料，能够平等地更换现有设备和电路，从而降低成本。不同时间点的数据和信号传输是时间触发总线技术的核心。与事件触发技术相比，为数据传输选择不同的时间节点可以有效地避免并发传输造成的网络负载压力，而错误的时间传输可以更有效地降低宽带负载容量并有效地解决带宽冲突。在事件触发总线技术中，以确保更高效的数据传输。根据不同时间点的传输技术，对不同的传输节点进行统一配置。根据系统类别，为不同的节点定义了不同的时间段。
        四、典型的机载数据总线
        1.ARINC 429。美国航空电子委员会公布并批准了使用，称为数字信息传输系统。协议规范航空电子设备和相关系统之间的数字信息转让。Arinc429广泛用于民用飞机，如b-737、A310等。我国的相应标准为hb6096-sz-01，arinc429总线是面向接口的数据传输结构。总线上定义了两种类型的设备。只能有一个发送设备，但可以有多个接收设备。发传输模式为单向传输，调制模式使用三态码的双极代码传输数据传输速率高达100 kb/秒。
        2.MIL-STD-1553B。飞行器内部命令/响应数据总线上随时分被调用。由美国自动化工程师学会在军事工业的支持下正式公布。我国的相应标准是GJB289A-97，总线采用冗馀总线拓扑结构，数据传输速率可达1 MB/秒，其主要功能是对与总线相连的所有航空电子系统进行集中集成的系统控制和标准化接口。
        总之，鉴于上述情况，本文详细介绍了航空电总线技术。在分析过程中，应加强专业能力，继续顺应时代发展，积极探索电子航空技术的现实，总结更有效的电子数据总线技术措施，为航空业的发展奠定良好基础。
参考文献：
[1]赵睿.新一代军用飞机航空电子数据总线标准选择[J].数据采集与处理,2019.
[2]胡军.航空电子数据总线技术研究[J].现代电子技术,2019.
[3]唐青.航空数据总线技术分析研究[J].现代电子技术，2019，4：64-69.