基于FC網(wǎng)絡(luò)的航空電子系統(tǒng)時間管理

汪智超，汪海涵，趙兀君

(1.海軍裝備部駐南昌地區(qū)軍事代表室，江西 南昌 330000；2.中國直升機設(shè)計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

0 引言

電子工業(yè)的飛速發(fā)展使得航空電子系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代，以前的分立式和聯(lián)合式航空電子系統(tǒng)架構(gòu)已不能滿足飛行器的使用需求，取而代之的是綜合模塊化架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)總線也由低速總線(ARINC429、RS422、GJB289A等)改為高速總線(FC光纖總線)互聯(lián)。

專用武裝飛行器由以前的單機作戰(zhàn)轉(zhuǎn)為多機/多平臺協(xié)同作戰(zhàn)，采用多傳感器協(xié)同工作，如雷達、電子戰(zhàn)、光電等。航空電子系統(tǒng)采用綜合模塊化架構(gòu)，使用綜合一體化設(shè)計思路對各個功能進行一體化設(shè)計[1]，主網(wǎng)絡(luò)采用FC光纖總線構(gòu)建的星型網(wǎng)絡(luò)。

子系統(tǒng)間將涉及大量數(shù)據(jù)的高效實時共享和交互，保障整個網(wǎng)絡(luò)時間從源頭獲取準確有效，并正確同步給各個設(shè)備/模塊就變得越來越重要，將直接影響飛行器的傳感器數(shù)據(jù)融合和作戰(zhàn)效能。因此，在遵循ASAAC標準的基礎(chǔ)上，提出一種典型的基于FC網(wǎng)絡(luò)的航空電子系統(tǒng)時間管理方案，包括時間獲取、同步、分發(fā)等過程。

1 時間概述

目前普遍采用的時間協(xié)議為簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(SNTP：Simple Network Time Protocol)[2]，SNTP是NTP協(xié)議的一個簡化版本，SNTP可以提供1～50ms的精確度，主要應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)上的各個獨立系統(tǒng)。

航空電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)時間分為北京日歷時間和平臺時間，參考三個時間體系：絕對全局時間(AGT：Absolute Global Time)、絕對本地時間(ALT：Absolute Local Time)和相對本地時間(RLT：Relative Local Time)。AGT通常指飛行器之間及自身的真實時間，可以通過人工輸入、地面設(shè)備的自動獲取和從全球可用的衛(wèi)星(BD、GPS、GLONASS)獲得。ALT是航空電子系統(tǒng)內(nèi)部時間，上電時初始化，能夠用于功能應(yīng)用更高精度的同步，如保持多個冗余處理間的時間一致性；RLT是航空電子系統(tǒng)中各個CFM(Common Function Module)的本地時間，主要用于軟件進程的精確同步。時間精度：AGT

在ASAAC標準中[3]，對航空電子系統(tǒng)提出的精度要求見表1，工程應(yīng)用中的實際使用精度會更高。

表1 子系統(tǒng)時間精度需求(ASAAC)

2 時間管理方案

2.1 時間源授時

守時模塊接收外部時間源輸入作為時間基準。時間獲取有四個，分別為：時鐘模塊時間、衛(wèi)星模塊時間、數(shù)據(jù)鏈模塊、人工輸入時間，如圖1所示。

圖1 時間源授時過程示意圖

要求如下：

1) 時鐘模塊：將自帶的獨立離散北京日歷時間下發(fā)給守時模塊，同時接受守時模塊發(fā)送的有效衛(wèi)星時間(東八區(qū))，包括完整的年月日和時分秒信息；

2) 衛(wèi)星模塊：可通過射頻信號、秒脈沖或B碼將衛(wèi)星時間信息(東八區(qū))下發(fā)給守時模塊，包括完整的年月日和時分秒信息；

3) 數(shù)據(jù)鏈模塊：在數(shù)據(jù)鏈對時模式下，接收地面站發(fā)送的數(shù)據(jù)鏈時間信息，由數(shù)據(jù)鏈模塊完成時間解析并以B碼形式發(fā)送至守時模塊，包括完整的年月日和時分秒信息；

4) 人工時間：由飛行員根據(jù)需要從外部輸入設(shè)定的時間到守時模塊，包括完整的年月日和時分秒信息。

2.2 時間源同步

衛(wèi)星時間如果采用秒脈沖或者B碼，守時模塊需在準秒時刻的上升沿同步，使時間誤差可控，針對數(shù)據(jù)鏈時間的B碼，守時模塊同樣需要在準秒時刻的上升沿同步，使時間誤差可控。

2.3 守時

守時模塊上電后，采用銣鐘作為計時參考，對數(shù)據(jù)鏈時間(T0)、衛(wèi)星時間(T1 東八區(qū))和人工時間(T2)三個時間按公歷歷法規(guī)則進行計時。上電初始時刻，三個時間信息均以RTC芯片內(nèi)讀取的時間作為時間基準，分別進行在線守時。各時間信息的處理遵循以下原則：

1) 在正確解析數(shù)據(jù)鏈模塊的B碼信息并通過時間有效性判斷后，以數(shù)據(jù)鏈模塊時間更新T0的時間基準，進行在線守時；

2) 在正確解析衛(wèi)星模塊的射頻信號/秒脈沖/B碼并通過時間有效性判斷后，以衛(wèi)星模塊時間更新T1的時間基準，進行在線守時，同時將有效衛(wèi)星時間發(fā)送給時鐘模塊；

3) 人工時間通過總線進行授時，若接收到有效人工輸入時間，則按人工輸入時間更新T2的時間基準，進行在線守時；

4) 時鐘模塊接收到守時模塊轉(zhuǎn)發(fā)的有效衛(wèi)星時間后，自動修正本地的離散時間。

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計策略，平臺時間選擇需要的守時時間T0、T1、T2為AGT。

2.4 時間分發(fā)

在FC光纖網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)時鐘同步服務(wù)端口能周期性接收SYN原語信號，由SYNx，SYNy和SYNz組成，并能識別和處理SYNx、SYNy、SYNz原語信號，在交互幀間隔中同步原語替代IDLE原語，攜帶42比特時鐘信息，時鐘同步原語定義如圖2所示。

圖2 FC時鐘原語格式

守時模塊在整個運行過程中，將ALT與AGT對應(yīng)起來，構(gòu)成時間對，任意時刻ALT0對應(yīng)當前平臺時間AGT0，將守時模塊設(shè)定為FC網(wǎng)絡(luò)中的時間服務(wù)角色。

時鐘服務(wù)角色周期以SYNx、SYNy、SYNz原語信號發(fā)送它的ALT0值到其它網(wǎng)絡(luò)終端，確保所有終端接收到相同的ALT0，同時將對應(yīng)的AGT0通過應(yīng)用消息FC-AE-ASM協(xié)議發(fā)送到其它網(wǎng)絡(luò)終端。

守時模塊周期轉(zhuǎn)發(fā)從時鐘模塊獲取的離散北京日歷時間，通過應(yīng)用消息FC-AE-ASM協(xié)議發(fā)送到其它網(wǎng)絡(luò)終端，用于終端設(shè)備的維護及故障記錄。

2.5 設(shè)備/模塊時間同步

網(wǎng)絡(luò)終端模塊/設(shè)備在整個運行過程中，從時鐘服務(wù)角色周期獲取ALT和AGT，在接收到時鐘服務(wù)角色發(fā)送的ALT時刻，本地ALT計為ALT0,對應(yīng)時間服務(wù)角色發(fā)送的平臺時間AGT0，在本地存儲ALT0和AGT0值。

終端模塊/設(shè)備的AGT計算公式：當前AGT=當前ALT+AGT0-ALT0。

3 應(yīng)用

在直升機研制中，航空電子系統(tǒng)采用FC光纖網(wǎng)絡(luò)，采用以上時間管理方案對整個網(wǎng)絡(luò)進行時間設(shè)計和管理，取得了很好的應(yīng)用效果：

1) 直升機平臺時間與真實時間(衛(wèi)星時間/數(shù)據(jù)鏈時間)誤差滿足設(shè)計要求，使直升機與直升機、直升機與其他作戰(zhàn)平臺的時間保持在同一個維度；

2) 直升機內(nèi)部航空電子系統(tǒng)設(shè)備/模塊之間的誤差滿足設(shè)計要求，基本滿足綜合模塊化架構(gòu)對時間同步精度和成本開支/效益比的要求。

4 結(jié)束語

文章結(jié)合工程應(yīng)用，在ASAAC標準的基礎(chǔ)上，提出了一種基于FC網(wǎng)絡(luò)的航空電子系統(tǒng)時間管理可行方案，確保整個航空電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)時間準確有效，并正確同步給系統(tǒng)內(nèi)各個設(shè)備/模塊，使多機/多平臺之間的時間保持一致，使整個航空電子系統(tǒng)設(shè)備/模塊之間的時間誤差可控，顯著提高了傳感器數(shù)據(jù)融合和作戰(zhàn)效能，可應(yīng)用到當前及未來各類直升機/戰(zhàn)斗機。