民航電子系統的光纖數據總線故障實時檢測

周聲望

（東航技術有限公司工程部，上海 200335）

引言

針對當前民用航空電子系統光纖數據總線故障檢測方法存在的檢測準確度較低，檢測的及時性較差問題，提出數據挖掘的民用航空電子系統光纖數據總線故障檢測方法。首先提取光纖數據總線狀態特征，并利用數據挖掘技術實現民用航空電子系統光纖數據總線狀態分析，然后通過卡爾曼濾波的方法實現信號基本正序分量的無偏估計，通過構建民用航空電子系統光纖數據總線狀態的基本譜殘差，構建故障檢測的解決函數，完成故障檢測。實驗結果表明，本文方法檢測的精確度較高，檢測的及時性較好。

一、機載數據總線的概述

機載數據總線技術是用于機載設備、子系統直至模塊之間的互連技術，從計算機網絡觀點來看，航空電子設備相當于一臺微機，它們以機載數據總線為紐帶，互連成網絡系統，完成數據信息的傳輸任務。目前其應用領域已經擴展到艦船、衛星、導彈和坦克等各種機動平臺上，在本質上，它是一種實時網絡互連技術。

機載數據總線技術源于航空電子綜合系統的發展，美軍航空電子系統經歷了先前的四個階段：第一代分離式航空電子系統，導航、雷達等系統工作完全獨立，初期的系統在處理任務中甚至依賴飛行員判斷；第二代聯合式航空電子系統，各個子系統各個功能相互獨立，不同設備間較少有數據交互；在第三代綜合式航空電子系統中，提出了“模塊”概念，利用計算機構成信息處理模塊，從而取代子系統，系統具有良好的可擴展性，功能比較豐富能夠處理復雜的任務；目前正過渡到第四代“先進綜合式”的研究階段，采用“統一網絡”實現子系統、模塊乃至處理芯片之間的互聯，具有高速、可擴展性、低延遲和可容錯的特點。

二、傳統航空專用數據總線

（一）MIL_STD_1553B/1773總線

MIL_STD_1553B總線由美國自動化工程師協會于1978年發布，全稱為飛行器內部時分命令/響應式多路數據總線，我國與之對應的標準是GJB289A-97。該總線采用冗余的總線型拓撲結構，傳輸數據率可達1Mb/s。其主要功能是為所有連接到總線上的航電系統提供綜合化、集中式的系統控制和標準化接口。該總線技術首先運用于美國空軍F-16戰斗機，在過去的30多年中，被成功地應用于多種戰機以及導彈控制、艦船控制等領域 。

由于MIL_STD_1553B總線使用窄帶寬的屏蔽雙絞線，難以在電磁干擾環境下提供高性能和高可靠性的高速數據傳輸，1988年，美國國防部發布了MIL_STD_1773，利用光纖傳輸介質來取代屏蔽雙絞線以及電纜，其他的高層協議與MIL_STD_1553B相同。目前，MIL_STD_1773已發展到了雙速率、高速度的階段，其中，波音（Boeing）公司研制了基于MIL_STD_1773標準的雙速率的收發器（具有1Mb/s和20Mb/s兩種速率），其中1Mb/s主要用于MIL_STD_1553B總線，而20Mb/s主要用于高速數據傳輸。

1553B總線作為第一代軍用數據總線技術，在上世紀七八十年代日漸成熟并得到廣泛的應用。然而，隨著對數據傳輸（視頻、音頻、分布式數據）應用的需求日益增加，其有限的帶寬（1Mb/s）已逐漸無法完全滿足現代系統對數據傳輸的需要，且集中的總線控制器給系統帶來潛在的單點故障這一致命威脅，被新架構的數據總線取代已是大勢所趨。

三、實驗結果與分析

采用主板芯片類型為IntelB360，CPU型號為i5－8400的計算機搭建實驗的硬件平臺，利用Windows2010作為實驗的操作系統，利用MATLAB對實驗過程進行模擬，光纖數據總線故障檢測的完成時間直接影響檢測的實時性，實驗不同方法故障檢測的完成時間(s)。本文方法檢測的完成時間最短，檢測速度快，較好的實現了光線數據總線故障的實時檢測，這是通過設定閾值方法及時對光纖數據總線狀態進行監控，提高了光纖數據總線故障檢測速度。實驗不同方法進行故障檢測的精確度，實驗過程中，分別利用不同方法對光纖數據總線故障進行檢測。在進行故障檢測的過程中，無法對光纖數據總線幅值變化進行準確描述，導致檢測的精確度低，本文方法能夠準確描述光纖數據總線狀態隨時間變化規律，提高了檢測結果的準確度。實驗不同方法進行光纖數據總線故障檢測占用的網絡內存(MB)。光纖數據總線故障實時檢測是通過計算機實現的，不同方法檢測過程中計算機內存的占用量直接影響計算機運行速度。本文方法進行光纖數據總線故障檢測的過程中，占用的計算機內存較少，對計算機運行速度影響較小。本文方法進行故障檢測的過程中，對光纖數據總線運行狀態進行特征提取，分析光纖數據總線故障時的狀態特點，減少了數據的需求量，使得光纖數據總線狀態數據采集較少，減少了數據占用的計算機內存，使得占用的計算機內存量較少。

結語

航空科技的發展擴大了民用航空電子系統的應用范圍，光纖數據總線作為民用航空電子系統的重要組成部分，受到了相關專家學者的重視。對民用航空電子系統光纖數據總線故障進行實時檢測能夠提高飛機運行的可靠性，本文引入數據挖掘技術解決當前民用航空電子系統光纖數據總線故障檢測方法存在的檢測精度較低，檢測的及時性較差問題。實驗結果表明，本文方法能夠提高民用航空電子系統光纖數據總線故障檢測正確率。