一、1553B技術(shù)背景
MIL-STD-1553是“飛機內部時(shí)分制指令/響應式多路傳輸數據總線(xiàn)”的代稱(chēng),為美國軍用標準。上世紀 60 年代時(shí),由導航/平顯/武器瞄準系統(INS/HUD/WACS)組成的綜合火控系統,配上遠距空射武器,使戰斗機如虎添翼。但作戰信息數據總量暴漲,而設備間接口各異,互聯(lián)協(xié)同難度大,成為作戰效能的瓶頸。同時(shí),由于缺乏統一標準,開(kāi)發(fā)、維護和改進(jìn)的成本不斷上升。于是 1973 年后,美軍方先后公布 MIL-STD-1553A(USAF)標準和 1553B 改進(jìn)標準。粗略的說(shuō),單個(gè)機載電子設備就類(lèi)似于計算機局域網(wǎng) LAN 中的單個(gè)計算機,1553 標準類(lèi)似于通信協(xié)議,堪稱(chēng)現代作戰飛機電子系統的“脊梁骨”。其核心就在于“標準”二字。有了1553B,雷達光電探測、導航、本機傳感、座艙顯示、外掛管理和火控計算機等得以完美的聯(lián)結綜合,構成了第三代戰斗機標志性的分布式集中控制系統。F-16A 是采用 1553A 標準的第一種作戰飛機。
以雷達為例,之前提到的先進(jìn)的人機界面,需要火控雷達具有復雜的對外接口,同時(shí)脈沖多普勒雷達又需要強大的內部接口進(jìn)行處理運算。如果沒(méi)有1553B這樣先進(jìn)的總線(xiàn),這兩個(gè)接口的性能都要大打折扣。
二、1553B總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)
1、線(xiàn)性局域網(wǎng)絡(luò )結構
合理的拓撲結構使得1553B總線(xiàn)成為航空系統或地面車(chē)輛系統中分布式設備的理想連接方式。與點(diǎn)對點(diǎn)連接 相比,它減少了所需電纜、所需空間和系統的重量。便于維護,易于增加或刪除節點(diǎn),提高設計靈活性。
2、冗余容錯能力
由于其固有的雙通道設計,1553B總線(xiàn)通過(guò)在兩個(gè)通道間自動(dòng)切換來(lái)獲得冗余容錯能力,提高可靠性。通道的自動(dòng)切換對軟件透明。
3、支持“啞”節點(diǎn)和“智能”節點(diǎn)
1553B總線(xiàn)支持非智能的遠程終端。這種遠程終端提供與傳感器和激勵器的連接接口。十分適合智能中央處理模塊和分布式從屬設備的連接。
4、高水平的電器保障性能
由于采用了電氣屏蔽和總線(xiàn)耦合方式,每個(gè)節點(diǎn)都能夠安全地與網(wǎng)絡(luò )隔離;減少了潛在的損壞計算機等設備的可能性。
5、良好的器件可用性
1553B總線(xiàn)器件的制造工藝滿(mǎn)足了大范圍溫度變化以及軍標的要求。器件的商品化使得1553B總線(xiàn)得以廣泛地應用在苛刻環(huán)境的項目當中。
6、保證了的實(shí)時(shí)可確定性
1553B總線(xiàn)的命令/響應的協(xié)議方式保證了實(shí)時(shí)的可確定性。這可能是大多數系統設計者在設計使命關(guān)鍵系統中選擇1553B總線(xiàn)的最主要的原因。
三、1553B技術(shù)發(fā)展情況
1553B總線(xiàn)具有高速、靈活的特點(diǎn),通信效率高,修改、擴充和維護簡(jiǎn)便。下面列舉一些數據:MIL-STD-1553B 是數字命令/響應式時(shí)分制多路傳輸數據總線(xiàn),傳輸速率 1M 比特/秒,足以滿(mǎn)足第三代作戰飛機的要求;字長(cháng)度 20 比特,數據有效長(cháng)度 16 比特;半雙工傳輸方式,雙冗余故障容錯方式,傳輸媒介為屏蔽雙絞線(xiàn)。
1553B總線(xiàn)的冗余度設計,提高了子系統和全系統的可靠性??偩€(xiàn)本身(包括總線(xiàn)控制器、雙絞線(xiàn)、偶合器等)平均無(wú)故障工作時(shí)間超過(guò) 10,000 小時(shí),在全系統中基本可忽略其故障率,比殲-8Ⅱ原有聯(lián)結方式好得多。同時(shí)可以省去殲-8Ⅱ設備間復雜繁瑣的點(diǎn)對點(diǎn)聯(lián)結,僅此一項可令全電子系統的重量減輕約 5%,并節省空間、功耗。數字傳輸方式與傳統的模電方式相比,速度更快、反應時(shí)間更短、保密性更好、抗干擾能力更強,能充分發(fā)揮火控設備性能。字差錯率小于千萬(wàn)分之一。在后勤維護方面,標準的接口、插卡非常容易拆卸,可以方便的通過(guò)數字式工具進(jìn)行測試/虛擬。經(jīng)測試僅地面測試一項,就可比以往減少 30% 的維護工時(shí)。
1553B協(xié)議最初是為空軍設計的,隨著(zhù)1553B總線(xiàn)的優(yōu)越性的不斷體現和武器裝備的升級換代,1553B協(xié)議已應用到各個(gè)兵種,在陸軍和海軍的武器和維護系統中已開(kāi)始采用1553B總線(xiàn)。
隨著(zhù)國防現代化的建設和武器系統的升級換代,我軍也開(kāi)始將1553B協(xié)議大量的應用到武器系統的設計中。但由于1553B協(xié)議的復雜性和國內整體技術(shù)水平的相對落后,在1553B協(xié)議的使用中幾乎都是采用國外的協(xié)議芯片,最常用的為美國DDC公司的協(xié)議芯片。
四、1553B協(xié)議芯片國產(chǎn)化
基于對1553B規范和gjb289a-97的消化理解,通過(guò)FPGA來(lái)實(shí)現MIL-STD-1553B協(xié)議是可行的,目前的科研院所和相關(guān)的單位在這方面作了大量的工作,設計出的協(xié)議芯片已經(jīng)能夠完全1553B規范。恩菲特科技于2005年推出的EP-H31580就是典型的代表?;贓P-H31580開(kāi)發(fā)的1553B板卡的總線(xiàn)已經(jīng)包括了PCI、PXI/CPCI、VXI、PC/104、PC/104+、PCMCIA等;在多家航空航天和兵器領(lǐng)域的科研院所和生產(chǎn)單位得到了廣泛的應用!