实时网络技术在飞机航空电子地面仿真/验证中的应用

随着现代飞机航空电子系统的综合化程度的提高和系统功能的增强,在地面对系统的功能和性能进行充分验证,可以大大缩短飞机试飞周期,减少试飞经费,加快飞机研制进度。为了完成飞机航空电子系统在地面的仿真/验证/试验,必须建立航空电子仿真/验证环境。我们在多个型号和课题的航空电子系统地面综合试验中,成功地研制开发了航空电子综合仿真/测试系统,组建了航空电子仿真/验证环境,在构建试验环境中,我们采用了先进的实时网络技术,为飞机航空电子系统的地面验证/试验提供了高效、安全、可靠、实时的数据通讯传输平台。本文介绍了实时网络技术及其在飞机航空电子地面仿真/验证中的应用,并重点就实时网络通讯的模块化设计思想做一阐述。     

基于AFDX的特种飞机任务电子系统总线应用研究

随着航空电子系统综合化程度的不断提高,对数据总线的通信能力提出了更高的要求,此需求对于具备较高信息收集能力的特种飞机任务电子系统来说尤为突出.本文提出了一种基于航空全双工交换式以太网(AFDX)的特种飞机任务电子系统构建思路,并对其进行了分析与验证.     

编者的话

经过各位作者的努力,本刊“航空装备信息化技术专刊”与读者见面了。本专刊只是以航空装备信息化为题的一次尝试,更偏重于航空电子系统的应用层和物理层的技术问题。事实上,航空电子系统是航空武器系统平台的一个部分,是平台执行各种任务的载体。多年来,本刊一直是国内一个主要的航空电子系统综合化技术的传播和交流平台,旨在促进和推动我国航空电子系统综合化技术的发展。航空装备的信息化是新军事变革的主要技术内涵之一,如何开发出综合化程度更高的航空电子系统,提高航空装备的信息化水平,满足航空装备信息化的要求,是我国航空工业发展中…     

面向新一代通用教练机航空电子系统综合化技术

面向四代机综合化航空电子系统通用教练机航空电子系统技术是新一代教练机研究的新领域.本文通过根据综合化航空电子系统任务合成、信息融合以及结构化综合技术和特征,针对通用教练机航空电子系统能力和训练需求,通过采用系统任务合成技术,提供任务组织和态势感知能力,支持综合化任务决策和运行;通过采用信息融合技术,提供系统的信息关联感知、能力组织和品质提升,支持系统综合化信息能力支撑和品质保障;通过采用系统结构化综合技术,提供资源组织、处理效率和系统可靠性能力,支持系统能力、效率和有效性保障.     

新一代综合化航空电子系统构架技术研究

综合化航空电子系统根据应用的需求,基于已有的能力,采用综合技术,实现面向应用的任务合成,提升应用效能;面向能力的功能信息融合,提升能力品质;面向物理的操作模式综合,提升资源效率。针对新一代战机应用领域和战场作战的需求,围绕应用层面、能力层面和资源层面研究新一代综合化航空电子系统构架组成要素与建模技术,基于任务、功能、资源的生成与组织过程的分析,构建了面向现代战机不同任务目标、功能组织和系统能力的航空电子系统组织、实施构架,提出了分层的综合化航空电子系统构架——任务组织构架、功能组织构架和物理组织构架,实现了从应用空间-逻辑空间-物理空间信息处理的一致性,为新一代战机航空电子系统的综合化技术研究奠定了一定的技术基础。     

从新式作战概念看未来航空电子系统特征和技术途径

目前,作战概念的牵引与技术推动已经到了临界点,新一代的作战飞机即将出现,一代颠覆性的作战飞机必然有一代颠覆性的航空电子系统。文中以联合全域作战和马赛克战为代表,介绍了美军近年开展的作战概念研究,总结了美军作战概念研究的脉络和主线,分析了美军未来作战概念的共性与制胜机理。在此基础上,分析得出未来航空电子系统应具有开放化、智能化、动态化、综合化、模块化、通用化的特征。最后,从模型驱动航空电子系统架构设计、开放式系统架构、服务化软件架构等关键技术的角度,论述了未来航空电子系统的实现途径,对下一代航空电子系统设计具有借鉴意义。     

高度综合——21世纪航空电子系统支柱

在80年代以前的军机航空电子系统属于联合式航空电子结构。综合化航空电子结构是从数字航空电子信息系统(DAIS)开始的,它以1553B总线为基础,对控制和显示进行局部综合,美国现役飞机如F-16等都采用这种结构。美国研制中的F-22航空电子系统采用基于“宝石柱”的结构,而下一代飞机将按“宝石台”计划设计。     

长航时无人机飞行器管理计算机设计研究

高高空长航时无人驾驶飞机对其任务可靠性和安全性提出了极高的要求,而飞行器管理计算机是保证飞机安全和任务执行的核心部件.飞行器管理计算机采用合适的冗余配置可以有效地提高可靠性和安全性.探讨了一种基于三模冗余(TMR)结构的相似余度容错计算机,描述了计算机的硬件组成以及为满足可靠性要求所采取的任务调度和余度管理算法.在计算机综合化小型化以及调试测试方法方面所进行的创新使计算机具有良好的测试性和维修性并能够适应未来航空电子发展的需求.     

作战支援类飞机航空电子任务系统总体结构研究

在研究了几种典型的航空电子系统结构特点的基础上,分析了作战支援类飞机航空电子系统的特点和适宜的结构形式,指出了军用航空电子系统总体结构设计中容易出现的主要问题和应当遵循的设计准则。应用最新的分布式模块化电子(DME)系统技术和体系结构设计方法,建立了面向任务与操作者的作战支援类飞机航空电子系统总体结构框架。最后,指出了采用分布式模块化系统设计技术优化航空电子系统内部功能,以及采用异型智能化结构部件技术实现系统与飞机气动外形、结构总体的一体化,是军用飞机航空电子系统的未来发展趋势。     

航空电子系统未来之星——综合射频传感器系统

未来战斗机对航空电子系统的功能/性能、可用性、可靠性与全寿命成本诸方面提出了越来越严格的要求。可喜的是,科学技术的发展为航空电子的发展创造了一个良好的契机。 航空电子系统发展的一个明显趋势就是高度综合化,其中一个突出的标志是打破了当代综合航空电子系统各传感器分系统的结构,把综合化的概念扩展到传感器,美国“宝石台”计划就是一个典型代表。 综合射频传感器(IRF)计划将飞机上所有射频传感器,包括通信导航识别(CNI)、雷达和电子战等综合在一起,它覆盖整个频率范围,将机上全部频率范围的所有射频信号都看作“所要考虑的信号”,完成这些信号的接收、发射和预处理。     

Expert System Applications to the Cockpit of the '90s

There is a strong requirement for a new generation of avionics systems with a more integrated hardware and software structure. This integrated avionics system will use significant increases in computer automation with more innovative signal processing, sensor fusion and expert system software to reduce pilot workload, while improving total system performance and reliability. Expert system software packages will be implemented within the core architecture of these next generation integrated avionics systems to assist the pilot. The expert systems will consider the pertinent information available from the ``sensor' subsystems to assess the current situation. The expert systems then consult their knowledge base and rule base software structures to determine alternative reactions to the perceived situation. Then pending upon the critical of the function, situation and reaction, the expert system could either execute the most favorable reaction or display the suggested alternative courses of action to the pilot. This paper addresses the requirement, the enabling technologies and the potential structure of this next generation of avionics. It concludes with two examples of the potential of future avionics expert systems. The two examples are 1) A Navigation and Route Planning Expert and 2) A Threat Assessment and Threat Reaction Expert. Significant things are happening in technology at an accelerating pace that enable the development of this new generation of avionics.     

航空电子系统地面试验中测试系统的综合化、通用化设计

测试系统作为航空电子系统地面试验中的重要设备,为系统试验提供了自动化、数字化的科学手段和结果分析依据。以往的测试系统都是根据具体型号研制的设备,存在着利用率相对低、资源重复、资金浪费严重的情况。根据航空电子系统的构型和现有的技术条件,飞机航空电子系统综合验证试验研制通用的综合测试系统已成为必然。本文介绍了航空电子系统地面试验中测试系统的综合化、通用化设计方法。     

Performability analysis of avionics system with multilayer HM/FM using stochastic Petri nets

The integrated modular avionics (IMA) architecture is an open standard in avionics industry, in which the number of functionalities implemented by software is greater than ever before. In the IMA architecture, the reliability of the avionics system is highly affected by the software applications. In order to enhance the fault tolerance feature with regard to software application failures, many industrial standards propose a layered health monitoring/fault management (HM/FM) scheme to periodically check the health status of software application processes and recover the malfunctioning software process whenever an error is located. In this paper, we make an analytical study of the HM/FM system for avionics application software. We use the stochastic Petri nets (SPN) to build a formal model of each component and present a method to combine the components together to form a complete system model with respect to three interlayer query strategies. We further investigate the effectiveness of these strategies in an illustrative system.     

Open systems architecture solutions for military avionics testing

Raytheon makes extensive use of open systems architecture methods in developing special test equipment (STE) for testing military avionics equipment. Such use has resulted in significant cost and schedule savings in the development of production test equipment for radar and infrared systems. With open systems architectures, a test system can be assembled using COTS products. This brings economies of scale to test equipment, which is normally built in very low quantities. Therefore, the potential cost savings due to COTS usage is proportionately greater in STE than in the higher volume avionics systems that are tested. A second major benefit of using COTS products is that test system development schedule cycle time is greatly reduced. This paper describes the application of Open Systems Architectures (OSA) to avionics testing. The following major architectures are surveyed: VME bus, VXI bus, IEEE GPIB, IEEE 1149.1 JTAG test bus, 1553 Military Bus, Fibre Channel, and COTS Test Applications Software. We describe how the benefits of OSA have been extended at Raytheon into achieving vertical test commonalities. The flexibility of OSA can be exploited to provide an overall optimum test solution, taking all levels of test into account. For example, test systems can be tailored with COTS products to provide integrated methods for avionics tests at the module, unit, and system levels. Test systems can be configured to maximize the reuse of COTS hardware over all test levels. Test software can also be programmed to optimize such reuse over levels of test. Additional test verticality synergies derived from such OSA usage are described, including: test false alarm avoidance; test cones of tolerance optimization; and efficient test of field returns     

航空电子系统综合核心处理器仿真软件设计

在未来的航空电子体系结构中，综合核心处理器（Integrated Core Processor，ICP）将成为整个航空电子系统的核心。本文首先对ICP进行了理论分析，提出了ICP建模的重点，然后采用面向对象、模块化的方法进行了ICP仿真软件的设计，建立了ICP仿真系统模型。软件的仿真核心基于离散事件仿真方法，采用双层任务调度算法，并结合航空电子系统分区管理的特点，模拟ICP系统对任务的处理过程。最后进行了实例仿真，对仿真结果进行分析，验证了模型的正确性。     

A hazard analysis via an improved timed colored petri net with time–space coupling safety constraint

Petri nets are graphical and mathematical tools that are applicable to many systems for modeling, simulation, and analysis. With the emergence of the concept of partitioning in time and space domains proposed in avionics application standard software interface(ARINC 653), it has become difficult to analyze time–space coupling hazards resulting from resource partitioning using classical or advanced Petri nets. In this paper, we propose a time–space coupling safety constraint and an improved timed colored Petri net with imposed time–space coupling safety constraints(TCCP-NET) to fill this requirement gap. Time–space coupling hazard analysis is conducted in three steps: specification modeling, simulation execution, and results analysis. A TCCP-NET is employed to model and analyze integrated modular avionics(IMA), a real-time, safety-critical system. The analysis results are used to verify whether there exist time–space coupling hazards at runtime. The method we propose demonstrates superior modeling of safety-critical real-time systems as it can specify resource allocations in both time and space domains. TCCP-NETs can effectively detect underlying time–space coupling hazards.     

航电系统并行检测过程与检测设备解耦方法

航电系统在使用或升级改造过程中进行可靠性检测是必不可少的。特别是在当前批量航电系统大量投入使用的背景下，迫切需要能高效、快速、准确地对系统进行可靠性检测。由于航电系统安全性要求高，内置检测软件受限，需要外置检测设备通过航电系统指定接口进行检测，检测过程也不允许出现任何泄露等行为。检测设备与具体航电系统耦合，检测过程与具体检测设备耦合，难以实现批量航电系统并行检测。为此，通过引入逻辑检测设备，给出了一种航电系统并行检测分层框架，解决检测设备与被测系统耦合的问题，同时也保证了检测的安全性。通过逻辑检测设备、检测跳转机和被测主机上检测行为的描述，给出了一种面向通用航电系统并行检测的检测设备协同机制，解决检测过程与检测设备耦合的问题，从而支持多个航电系统并行检测。最后，实现了一个通用航电系统并行检测系统，并通过实际应用和实验对比验证所提方法的有效性。     

航空电子系统综合显示处理技术研究

集中控制和综合显示技术在先进作战飞机航空电子系统中的应用日益广泛,综合显示处理机作为航空电子系统控制和管理的核心,其系统结构、可靠性及综合显示控制将是系统平台设计要解决的首要问题.本文介绍了一种机载综合显示处理机,根据航空电子系统功能需求及显示控制系统结构,进行了系统层次化结构设计,并对综合显示控制系统的系统显示控制、通信控制及模块化设计与实现技术进行了研究分析,最后给出合理的模块化设计与实现方案.航空电子系统综合试验、应用表明,综合显示处理机性能先进、可靠性高,并极大地改善和提高了航空电子系统的整体性能.     

基于GSM技术的AICPS故障管理与容错机制的研究

给出了机载综合核心处理系统AICPS的软件结构和组成,采用基于TLS三层栈的先进的航电系统结构,其通用系统管理GSM分为健康监控、故障管理和配置管理三个软件功能模块,以及飞机级、综合区级、资源元素级共三级.基于GSM和运行蓝图,论述了AlCPS的故障管理技术和容错重构机制,重对故障处理的过程如故障检测、故障诊断、故障处理和配置管理进行了讨论.由于航空电子系统高安全、高可靠性等特点,作为提高可靠性的手段之一,研究故障管理与容错重构非常必要.     

基于SIMICS的ICP系统模块仿真技术研究

随着机载综合化航电系统的日益复杂,航电系统中软件的开发和验证也日益困难.通过研究基于SIMICS的仿真平台及二次建模技术,建立了综合核心处理机(ICP)中几种通用功能模块(CFM)的仿真模型,为系统软件和应用软件的开发、调试、测试、综合等提供了一套虚拟仿真环境,实现了软硬件协同开发,缩短了项目研制周期,提高了工作效率和软件质量,较大地提升了复杂机载软件产品的研制能力.