SCI/RT应用于航空电子系统的探索

摘要： 航空电子系统在现代航空技术中占据着重要的地位，在当今，航空电子系统是现代军用飞机的“大脑”和“神经中枢”，是在现实战争中能够先发制人的关键所在。可以说，航空电子系统的水平对于目前现代战机的战斗力的提升是具有巨大影响的。本文叙述了航空电子系统的发展、特点，航空电子系统接口的现状及其局限性，介绍了sci及为满足实时应用的SCI/rt协议及其性能指标，指出了SCI/RT是未来军用飞机航电系统的核心技术和首选标准，应重视并加快对其的研究。

Abstract： The avionics system occupies an important position in modern aviation technology. Nowadays， avionics system is the "brain" and "nerve center" of modern military aircraft； it is the key to take preemptive measures in the real battle. The level of avionics system has a great effect on the improvement of modern fighter's combat force. This paper describes the development and characteristics of avionics system， the current situation of interface of avionics system and its limit； it introduces SCI， SCI/RT protocol meeting real-time application and its performance index， and points out that SCI＼/RT is the core technology and preferred standard of avionics system of future military aircraft， so we should pay attention to and accelerate the research on it.

关键词： 航空电子系统；总线；SCI/RT

Key words： avionics system；bus；SCI/RT

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）12-0208-03

0 引言

现代先进战机大量采用各种先进航空电子系统来保证飞机具有全天候的探测能力、精确的武器投放能力和强大的电子对抗能力。综合航空电子系统也可以称为航空电子系统，通常的情况下我们将现代飞机装备中的各个电子设备总和叫做综合航空电子系统。具体来说，综合航空电子系统主要包括了雷达，综合显示控制管理，导航，识别系统，任务计算机等等分系统。可以说，航空电子系统在现代的战机中的地位是非常关键的，可以说是整个飞机的“大脑”和“神经中枢”，是在现实斗争中能够先发制人的关键所在，飞机的综合航空电子系统是提升现代军用飞机战斗能力的重要因素。SCI/RT总线是一种高性能的实时互联总线，具有实时性强，效率高，传输速度快和延迟低等优点，可以广泛应用于新一代要求高实时性和低延迟、高传输速率的航空航天器机载总线。

1 航空电子系统的发展过程

我国的航空电子设备工业经历了长时间的发展，在这个过程中出现了几次巨大的变革，每变革一次，飞机的性能都会得到一定的提升，并不断的促进着我国航空电子工业的发展。

具体的来说，我国航空电子技术的发展历程经历了四个阶段：

第一阶段为分立式航空电子结构，这一阶段的系统是由子系统来组成的，很多个子系统组成一个完整的系统，而每个子系统都最终依赖于驾驶员的操作。一些雷达，通信，导航等电子设备以点对点的方式连接在座舱内，驾驶员通过从子系统内接收到的消息，来掌握外界的情况和武器状态。

第二阶段为联合航空电子结构，这种结构把导航，雷达，识别，通信等等子系统都连接成一个系统上，并集中控制。并在整个系统的最后链路中，也就是控制和显示器的部分，形成资源的共享。目前，大部分的现役飞机都是采用的这种系统结构。

第三阶段为综合式航空电子结构，这种电子结构是以美国的“宝石柱”：计划为基础而建立起来的，多个系统共享综合处理器，并在高速传输线的辅助下联成网络。美国的F-22战斗机是实现“宝石柱”系统的第一架战斗机。

第四阶段为先进的综合航空电子结构，这种结构是在“宝石柱”之后的“宝石台”计划。这种结构主要在推进传感器系统的综合方面有新的突破。可以应用于联合攻击机（JSF）上[1-2]。

2 新一代航空电子系统的特点

功能分区的概念是在新一代的航空电子系统中提出来的，具体的说，功能分区就是将一个系统内的功能近似或者任务关联的部分，在一起实现资源或者信息的共享，并在实现动态的重构及容错。

进一步的向深处，向广处发展，是第一代系统的第二个特点。“宝石台”计划的任务之一就是在传感器的信号方面实现突破，这对于整个航空电子技术的发展来说是一个重要的转折。

综合航空电子系统是新一代系统的第三个特点，综合航空电子系统的主要表现就是用以外场可更换模块代替外场可更换单元。这对于整个航空电子系统的发展极其重要。

场外可更换模块一级上实现硬件的资源共享是新一代系统的第四个特点。这一技术的提升使得系统的容错技术又提升了一大步，并达到了资源的共享。

向智能化发展是新一代系统中第五个特点。在未来美国的驾驶员利用助手系统完成收集数据、推理和判断并作出决断，可以直接给出控制指令，也可以向驾驶员提出处理建议。

3 新一代航空电子系统的总线接口技术

在现代先进的飞机电传操纵系统和航空电子综合化中最重要的关键技术就是机载数据总线技术。机载数据总线技术不仅决定着飞机性能和航电系统综合化程度的高低，更是计算机网络技术在航空电子底层的具体实现。为了满足新一代航空电子系统高实时性、高宽带、高可靠性以及具有并行处理能力和开放的体系标准，未来航电系统互联的主要形式和发展方向主要是统一航空电子网络。

在公共宽带或者以太网的状态下，误码率会比较大，如果有专用的宽带的话，就不会出现网络拥堵，误码率也会不断的减小。发展到现在，为了进一步的加强航空电子总线接口的可靠性，一般是采用的总线互连技术。在美国的F-22战斗机上，航电系统中存在着很多的总线互连技术，但是这种系统也存在着自身的缺陷，比如数据网关的过多的存在，造成数据通信会出现比较大的延迟，另外系统的可靠性也会降低，系统维护的成本也增加[2]。在未来的战争中，对于军用飞机的处理器和传感器要求会越来越高，并对整个系统的互连网络的要求也越来越高。因此，如果能够用一种互连的网络来代替目前的总线接口的话，这一问题就将会得到解决，从目前来看，SCI正是满足这些要求的航空电子系统互连网络接口，具体不错的发展前景。

SCI是一种较早推出的IEEE商用网络标准（IEEE-STD-1596-1992），它是Scalable Coherent Interface（可变规模互连接口）的缩写。表1给出了三代综合化航电协议的纵向比较[3]。可扩展的一致性接口SCI于1992年确定为ANSI/IEEE标准。SCI是一种宽带数据接口，可支持底板互联、LAN互联、处理器互联、存储器互联、I/O互联。支持基于全局共享存储器Cache一致性、可变宽度的单向点到点电缆或光缆的通信接口协议。取代F-22上高速光纤数据总线（HSDB）、1553B总线等旧标准，最终实现航空电子的综合（集成），以期简化电子系统结构，提高功能和降低费用。

由于SCI协议本身不能够提供实时性的保证因此不能直接应用于航空电子系统。为了满足SCI实时应用的要求而制定了SCI/RT接口标准，在SCI标准的基础上建立一个适合实时应用的互连系统是其设计的意图。

SCI/RT不仅能够支持短距离，高速的并行互连，还能够支持长距离的串行互连。SCI/RT的互连范围很广，还支持很多灵活的拓扑形式。SCI/RT的应用范围从最简单的环互连，到比较大的多个环的用桥互连，再到高性能的交换机互连，都能够运用。在航空电子系统应用中，从物理拓扑上保证可靠性是至关重要的，军机上除了采用各种检错措施来提高单个链路的可靠性，而且还要采用备份链路，即用冗余的方法来提高军机电子系统的抗打击性。

随着技术的进步，高速互连网络有明显的3个发展趋势：

①通信速率千兆化。以太网的通信速率已达到千兆，万兆以太网也在研制之中。

收发器件和交换器件的通信速率已达到1-3千兆（Gbps）.

②互连网络交换化。千兆交换器件的出现标志着互连网络已从总线网、环形网、令牌网进入到交换网络的新阶段。

③传输介质光纤化。作为传输介质，光纤比电缆有显著优点，在民用领域已广泛应用，在军用领域应用条件也已成熟。

SCI/RT具有以下性能：

①SCI/RT替代现有体系中的命令/控制总线（MIL-STD-1553B），以确保命令/控制消息实时传输；

②SCI/RT可替代现有体系中的测试维护总线（TM-BUS），以实现对模块的互连接口的测试与查错；

③SCI/RT可替代现有体系中的数据流网络；

④SCI/RT可部分替代现有体系中的高速数据总线（HSDB）；

⑤SCI/RT通路器取代了传感器数据分配网络（SDDN）的定向连接，速率将由每根纤维的400Mbps推高到1000Mbps；

⑥SCI/RT网络取代了面向连接的视频数据分配网络（VDDN），使速率由每根纤维的400Mbps推高到1000Mbps；

⑦SCI/RT的灵活性可实现背板至LAN，电介质至光介质和串行至并行的无缝连接；

⑧传输层功能——数据总线协议层之上的通信功能；既提供某种传输层上的通信功能服务，这是其它协议所不具备的；

⑨98%的分布型体系；

⑩开放的体系标准。

从军用航空电子体系结构和功能的角度来看，SCI/RT的特点完全能够胜任未来的航空电子应用，构成光纤统一网络，替代目前航空电子系统的复杂构成，提高可维护性，降低空闲部件成本，提供并行处理能力。

4 结束语

二十一世纪的作战飞机对航空电子系统的功能和性能都有极高的要求，若要满足这些要求，就必须采用集通用模块、人工智能、数据融合、高速数据总线技术等为一身的新一代航空电子综合系统，通过高度综合，最有效的利用各子系统的信息资源。SCI/RT必将是未来航电系统的核心技术和首选互连标准，越来越广泛地应用于新一代航电综合系统。

参考文献：

[1]涂泽中，雷迅，胡蓉.对新一代综合航空电子系统发展的探讨[J].航空电子技术，2001（04）.

[2]罗巧云.美军F-22的先进航空电子系统[J].电讯技术，2006（06）.

[3]，罗志强.未来一代军用航空电子系统[J].航空电子技术，2000（03）.

[4]谢文涛.综合航空电子系统结构及相关技术（上）[J].国际航空，1996（05）.

[5]吴铭望.航空电子发展的新纪元[J].航空电子技术，2000（03）.

[6]姚拱元，吴建民，陈若玉.航空电子系统综合技术的发展与模块化趋势[J].航空电子技术，2002（01）.

[7]姜震，熊华钢，邵定蓉.未来航空电子高速数据总线技术的研究[J].电光与控制，2002（03）.

[8]汪健甄，许宗泽.航空电子高速数据总线性能分析及其实时性仿真[J].南京航空航天大学学报，2008（03）.

[9]王新华，甄子洋，龚华军，杨一栋.光传飞控系统交叉通道数据链路设计与分析[J].南京航空航天大学学报，2011（04）.

[10]，张彦仲，罗志强.航电系统SCI环型互连的计算机仿真建模[J].遥测遥控，2002（01）.

[11]姜震，邵定蓉，熊华钢，汪健甄.航空电子系统SCI网络可靠性建模研究[J].系统工程与电子技术，2004（10）.