CC BY
151
УПРАВЛЕНИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
УДК 621.396.946 351.814.33
МОДУЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ САМОЛЁТОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
А. А. Аршакян, Е.А. Макарецкий, А. А. Шишков
Определенны недостатки существующих информационно-управляющих систем, а также наиболее актуальные функциональные возможности, которыми должны обладать современные системы. Предложен модульный вариант построения цифровой перспективной информационно-управляющей системы самолётов нового поколения.
Ключевые слова: информационно-управляющие системы; аппаратура внутренней связи и коммутации
Информационно-управляющая система (ИУС) - это совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных, приемопередающих и других вспомогательных технических средств для получения информации, ее преобразования, обработки с целью представления потребителю в требуемом виде, либо автоматического осуществления функций контроля, диагностики, идентификации. Существующие информаци-онно-управляющую системы летательных аппаратов (ЛА) включают в свой состав аппаратуру внутренней связи и коммутации (АВСК), объединяющую системы внутренней, избирательной и циркулярной связи; внешней связи через радиостанцию; систему связи с наземным персоналом (НОП); радионавигационную аппаратуру; речевые информаторы; датчики специальных сигналов, специальную аппаратуру и ряд других систем. Информация от информационно-управляющих систем традиционно представляется в виде речевых сигналов или в визуальной форме.
Следует отметить, что визуальное представление информации дос-
таточно наглядно и легко воспринимаемо лишь при относительно небольшом количестве контролируемых параметров. При большом количестве контролируемых параметров предпочтительным в авиации является речевое представление информации. Поэтому можно утверждать, что характеристики АВСК (в гражданской авиации самолетные переговорные устройства (СПУ)) определяют качественные показатели информационно-управляющей системы в целом.
Как АВСК, так и СПУ выполняются в виде комплекса функциональных модулей, включающих как управляющие модули, так и терминалы (рабочие места операторов) членов экипажа. Качественные показатели информационно-управляющей системы в целом зависят от оптимального структурирования системы в виде функционально законченных базовых модулей, алгоритмов управления и обработки сигналов, используемой электронной элементной базы.
Исходя из вышесказанного, можно определить некоторые основные задачи, которые должны решать системы связи и управления современной авионики:
-обеспечение лётного состава как внутренней, так и внешней открытой и закрытой речевой связью;
-сбор, обработку и передачу информации на основе стандартов информационного взаимодействия, относящихся ко всем единицам боевой техники, соответствующим определённым концепциям развития инфосферы;
-автоматизированный контроль и резервирование всех модулей системы связи и управления;
-гибкое адаптивное конфигурирование системы при помощи внешних объектов управления;
- управление уже существующими авиационными средствами радиосвязи и передачи информации, их конфигурирование и контроль [1].
Анализ системотехнического, схемотехнического и конструктивного выполнения большинства АВСК и СПУ, используемых в отечественной авиации, позволяет сделать следующие выводы.
1. Все типы АВСК и СПУ для летательных аппаратов разработаны в 80-е годы прошлого века (за исключением некоторых СПУ для гражданской авиации). Следствием является полностью морально устаревшая электронная компонентная база (использование ИМС не выше среднего уровня интеграции).
2. Структура АВСК имеет «жесткий» (аппаратно заданный) характер и не может быть адаптирована для конкретного применения (результатом является большое число модификаций аппаратуры, что повышает стоимость разработки и производства), вследствие чего невозможна гибкая перенастройка функций и значений параметров АВСК.
3. Все типы АВСК используют аналоговые методы обработки рече-
вых сигналов, что не позволяет выполнить сложные функции обработки и обеспечить высокую помехозащищенность передачи и преобразования речевых сигналов (при фиксированной допустимой ошибке передачи информации для цифровой передачи данных требуется отношение сигнал/шум порядка 20...30 дБ, а для аналоговой - 50...60 дБ, что приводит к слабой помехозащищенности аналогового канала), а в условиях активного радиопротиводействия может привести к практической невозможности осуществления связи [2,3].
4. Использование аналоговых сигналов речевого тракта и цифровых сигналов в тракте управления приводит к необходимости использования большого числа проводов в кабельной сети и большой массе кабельных изделий летательного аппарата. Применение цифровых сигналов позволяет осуществить (при разработке соответствующего протокола передачи данных) передачу дуплексных речевых сигналов и сигналов управления по одной линии и за счёт этого уменьшить массу кабельный соединений.
Особенности предлагаемого цифрового АВСК заключаются в следующем:
- система управления включает микроконтроллер в каждом терминале пользователя, управляющий режимами и адаптацией параметров модуля конкретного пользователя;
- общее управление осуществляет технологическая ЭВМ в системном блоке; в ее функции входит управление структурой и общими параметрами системы, самоконтроль и автоматическое восстановление работоспособности; для обеспечения возможности восстановления работоспособности система должна иметь избыточность функциональных модулей;
- цифровой речевой тракт; преобразование речевого сигнала в цифровую форму и цифрового в аналоговый производится в терминалах пользователей;
- управление режимами работы и параметрами, передача цифровых речевых сигналов производятся по двухпроводной шине цифровым последовательным кодом;
- предварительная аналоговая очистка речевого сигнала осуществляется в телефонно-микрофонной гарнитуре (методом адаптивной фильтрации или компенсации шумового сигнала);
- цифровая шумоочистка осуществляется в терминале пользователя.
К достоинствам данного типа ИУС следует отнести:
-каждый функциональный модуль, который является законченным автономным узлом, что позволяет создавать систему произвольной конфигурации (в зависимости от требуемого функционала);
-отсутствие негативного взаимовлияния аналоговых речевых трактов и цифровых трактов;
-большую помехозащищённость вследствие отсутствия аналоговых речевых трактов по сравнению с существующими типами АВСК;
- простоту реализации системы активного шумоподавления по сравнению с АВСК, имеющими аналоговые речевые тракты.
Недостатками системы являются:
-большое количество трактов передачи цифровой информации, что увеличивает вероятность появления ошибки при передаче информации;
-повышенное энергопотребление вследствие наличия в каждом функциональном модуле отдельного микроконтроллера;
-большое количество программных средств, а также средств мониторинга и контроля системы;
-достаточная сложность алгоритма, организующего информационное взаимодействие между модулями системы.
На рис. 1 приведена функциональная схема реализации АВСК с адаптивной программируемой системой с гибкой конфигурацией (цифровой вариант).
Рис. 1. Функциональная схема системного блока АВСК
Системный блок информационно-управляющей системы (рис.1) включает технологическую ЭВМ, осуществляющую общее управление. Преобразователь интерфейса формирует управляющие сигналы ЭВМ для передачи адреса, данных и сигналов управления по последовательной шине. Система объективного контроля производит запись, архивирование и сохранение всех речевых и управляющих сигналов, а также сигналов датчиков на электронный носитель. Блок восстановления и контроля производит слежение за изменением параметров системы, формирует аудио- и видеосигналы оповещения операторов о нарушениях в системе и вырабатывает сигналы управления для восстановления работоспособности системы.
Обмен данными внутри системного блока целесообразно осуществлять по УМЕ шине для обеспечения большего быстродействия. Выходная шина последовательной передачи данных должна иметь обязательное резервирование.
Ч Последовательная шина передачи ] адреса, данных и сигналов управления
Блок пользователя АВСК 1
Гарнитура
Блок пользователя АВСК 2
Гарнитура
Блок пользователя АВСК10
Радиостанция 1
Радиостанция 2
Радиостанция 5
Блок СВЯЗИ с НОГ)
Датчики
Базовый блок АВСК
Рис. 2. Функциональная схема информационно-управляющей системы цифрового типа
Общая структура информационно-управляющей системы (рис.2) формируется по методу общей шины, к которой подключаются все пользователи, каждый из которых имеет свой адрес. Режим работы системы -асинхронный.
Каждый терминал пользователя - оператора (рис.3) - включает микрофонный модуль, который может быть выполнен по аналоговой (с аналоговым шумоподавителем и последующим преобразованием в цифровую форму в контроллере) или цифровой схеме; телефонный усилитель-
ный модуль и микроконтроллер, осуществляющий преобразование сигналов и управление работой терминала. Поскольку задача цифрового шумоподавления требует использования сложных алгоритмов обработки, они могут быть в полной мере реализованы в микроконтроллере достаточно высокого уровня.
Рис. 3. Функциональная схема терминала пользователя (оператора)
Рис. 4. Функциональная схема бесшнурового модуля связи с НОП
Модуль бесшнуровой связи с наземным обслуживающим персоналом (рис.4) содержит микроконтроллерный модуль преобразования, базовый приемо-передающий блок связи с операторами НОП и абонентские блоки связи операторов. Система связи может быть выполнена с использованием стандарта БЕСТ или упрощенный вариант (с учетом небольшого числа операторов) - с частотным разделением каналов.
Модуль датчиков спецсигналов (рис.5) выполнен на микроконтроллере, который осуществляет их управление и коммутацию, а также преобразование сигналов в цифровую форму. Количество датчиков может наращиваться и достигать более десяти (например, микроконтроллер 1886ВЕ2У имеет 12 аналоговых входов).
Рис. 5. Функциональная схема модуля датчиков спецсигналов
Управление радиостанциями также осуществляется через микро-контроллерный согласующий модуль (рис.6). Поскольку существующие радиостанции не имеют цифрового входа речевых сигналов, их преобразование осуществляется в микроконтроллере.
Информационный обмен между модулями осуществляется в соответствии с ГОСТ [4].
Анализ функциональных особенностей предложенного цифрового варианта АВСК даёт основания полагать, что информационно-управляющие системы современных летательных аппаратов 5-го и 6-го поколений должны представлять собой полностью цифровой вариант АВСК, в максимальной степени на сегодняшний день соответствующий предъявляемым требованиям.
Рис. 6. Функциональная схема модуля управления радиостанцией
Дальнейшее развитие АВСК должно идти в направлении перехода к оптико-электронному варианту, использующему передачу информационных сигналов с помощью оптоволоконного кабеля, что позволит существенно повысить помехозащищённость линий передачи информационных сигналов и снизить массу кабельной сети.
Список литературы
1. Володин В.В., Мухаметжанов А. О. Состояние и перспективы развития систем и средств связи для самолётов боевой авиации новых поколений. М.: Научно-информационный центр «ГосНИИАС», 2011. 66 с.
2. Радиоэлектронная борьба. Силовое поражение радиоэлектронных систем / В. Д. Добыкин [и др.]. М.: Вузовская книга, 2007. 468 с.
3. Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. М: Воениздат, 1989. 350 с.
4. ГОСТ 18977-79. Комплексы бортового оборудования самолетов и вертолетов. Типы функциональных связей. Виды и уровни электрических сигналов.
Аршакян Александр Агабегович, канд. техн. наук, генеральный директор, Россия, Тула, ОАО «НПП «Связь»,
Макарецкий Евгений Александрович, д-р техн. наук, проф., Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Шишков Александр Александрович, аспирант, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE MODULAR CONSTRUCTION DIGITAL INFORMATION AND CONTROL AIRCRAFT
SYSTEMS OF NEW GENERA TION
A.A.Arshakyan, E.A.Makaretskiy, A.A.Shishkov
The imperfections of information and control aircraft systems are investigated. The actual functions of modern systems are reviewed. The modular construction digital information and control aircraft systems of new generation are introduced.
Key words: information and control systems; intercom technique, modular construction
Arshakyan Alexandr Agabegovich, candidate of technical sciences, mail@,nppsvyaz. ru, general manager, Russia, Tula, Joint public company “NPP “Svyaz ”,
Makaretskiy Eugene Alexandrovich, doctor of technical sciences, professor, makaretsky@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Shishkov Alexandr Alexandrovich, postgraduate, mail@,nppsvyaz.ru, Russia, Tula, Tula State University
