光纤通讯在空空导弹飞控系统中的应用研究
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1．2 通讯方式现状
飞控系统与各载机和各分系统的通讯方式依据任务性质的不同而不同，具体情况如下：
(1)与导引系统：周期性、双向、双工、同步、实时性低；
(2)与载机系统：单项或双向、异步、被动(飞控被动发送、接收)；
(3)与GPS系统：周期、双向、双工、异步；
(4)与舵控系统：周期、双向、异步；
(5)与遥测系统：周期、单向(飞控主动发送)、异步；
(6)与引战系统：双向、异步、一次性通讯；
(7)与发动机系统：单向、异步、一次性；未来预计是双向、异步、周期性方式。
通过上述说明，飞控系统与各系统采用独立总线，全双工通讯方式，此种通讯方式要求在硬件上每路信息都要有独立的总线协议芯片和信号调理电路，由于总线形式多样，路数多，因此硬件开销很大。
1．3 目前存在问题
以上几种总线基本可以满足当前空空导弹研制需求，但是面对未来还存在以下几个方面的不足：
(1)所用总线都是电介质，抗雷电、核爆、电子脉冲弹等强电磁干扰能力差，尤其是与载机通讯线缆部分外露，易受外部辐射干扰；
(2)通讯过程中有线间干扰；
(3)在高速比如百兆、千兆以上通讯时，易受地线、线间、外部等各种干扰，对传输线缆、端接、辐射等要求很高；
(4)线缆粗重，不易布线，尤其是未来空空导弹小型化，内部空间小，传统金属导线线缆粗重，在弹内不易布线，结构设计困难；
(5)总线协议、硬件构成、通讯速率不统一，硬件开销大，无法进行通用化、模块化、小型化设计；
(6)测试设备复杂，长线传输存在串扰、感性负载影响等各种问题，电磁兼容试验故障隔离困难。
2 国内外光纤通讯总线及应用情况简介
光纤通讯是以光波作为信息载体，以光纤作为传输介质的一种通讯方式。数字光纤通讯系统主要由光发射机、光纤、光接收机、光连接器组成。目前光纤通讯已建立多种军用标准，并在各类武器系统中应用。
(1)MIL-STD-1773总线：支持光纤传输，1988年美国防部颁布，是MIL-STD-1553的光纤版本，顶层协议与MIL-STD-1553相同，已应用于美军航空、航天、海军、F-18、山猫等飞机；
(2)AS4074-2总线：1988年美国自动工程师协会颁布，光纤分布式数据接口，具有定时令牌协议特性，为环形网，可以动态分配网络带宽，主要应用于海军；
(3)STANAG3910总线：欧洲标准，光纤传输，传输速率20 Mb／s，指令响应协议；应用战机EFA、RAFALE；
(4)SFODB标准总线：又称为IEE1393标准，NASA和美国防部颁布，支持最低200 Mb／s，应用于美国航天，采用环形拓扑结构，由主控端和通讯端口两部分组成；
(5)Fiber Channel：又名光纤通道，美国国家标准委员会颁布，通讯速率为133 Mb／s～4 Gb／s，2007年形成FC-AE-1553标准，可以与MIL-STD-1553桥接映射；应用于Apache，B1，U2，F15升级型等；
(6)而国内在航空方面也制定了相应的光纤总线标准，对应FC-AE-1553。
通过以上可以看出，光纤通讯已经在国外的军工领域广泛应用，在国内光纤通讯已应用于地面车辆、火箭、飞机等领域，同时应用光纤作为物理层映射1394、1553等多种高速总线的方式也不断出现。因此光纤通讯必定是未来军事领域高速有线通讯的首选方式。
目前各种基于光纤通讯的标准中拓扑形式、通讯协议、通讯方式多样，由于协议复杂，通讯量大，对物理层及信息处理能力要求很高。空空导弹内外通讯相对信息量少，且处理器运算能力有限，如果将这些协议直接应用到空空导弹系统中，会给空空导弹飞控系统硬件设计带来很大困难，同时造成资源浪费。因此必须设计适合空空导弹自身的总线拓扑结构和通讯协议，并在此基础上设计合理的硬件系统。
3 空空导弹飞控系统光纤通讯总线系统设计
3．1 通讯方式设计
控制系统与各系统的通讯方式决定了硬件系统的构成。控制系统对外通讯可以采用遍寻方式和随机中断方式，这要根据飞控系统的工作模式和通讯需求来决定。
随机中断方式是现行飞控系统的通讯方式，与各系统可以随时通讯，在光路上、电路上信息可以同时存在，响应时间快，控制系统不必不停地对其他系统进行访问。若仍采用中断方式，在光路、连接器、电路上均要将各路分开设计，因此硬件资源开销很大，不利于未来小型化、低成本设计，因此不建议采用。
飞控系统对外通讯数据量不是很大，相对控制系统控制对外访问周期来说，信息传输时间可以忽略，因此为遍寻方式提供了基础。
采用遍寻方式时，飞控系统作为主控端负责发起通讯，各系统在无飞控指令的情况下不能对飞控系统发送数据。控制系统在每个周期内对各系统进行顺序访问，也可多次访问，发送指令、数据或者查询分系统是否有发送数据请求或其他任务要求，然后进行相应处理。采用遍寻方式优点足：可以共用信息调理电路、降低FPGA规模要求和编程难度，便于小型化设计；缺点是当其他系统有紧急通讯需求时，响应时间将会滞后，因此飞控系统须对外须高速遍寻，才能解决这个问题。
3．2 通讯协议设计
飞控系统相对载机是一个分系统，因此总线形式要服从载机的通讯标准。在现有的通讯标准中，与载机通讯主要是1533B总线，而FC-AE-1553是载机悬挂通讯的发展方向，因此选用FC-AE-1553总线协议是惟一选择，因此不再详细论述。
空空导弹各分系统内部空间非常有限，信息处理电路不易太复杂、太昂贵。若空空导弹内部通讯完全采用FC-AE-1553标准，则对各系统硬件设计带来困难，成本将大大增加。在光纤物理层上根据实际情况映射其他总线协议或者自行制定简单易行的通讯协议，可以作为空空导弹内部通讯的一种方式。
制定通讯协议要考虑以下几个方面：
(1)模块化：FPGA和软件设计尽量可以模块化，编程简单，可复制共用，检查、检验方便；
(2)扩展性：同样的硬件，随意扩展通汛协议，增加或者减少功能，满足产品研制过程中的更改，尤其是产品研制后期，硬件已验证充分，状态固化，软件更改是许多功能更高的首选方式，因此协议的扩展性和调整性必须要考虑；
(3)自测性：通信协议一定要考虑通讯过程中误码、乱码的识别和剔除，因此必须具备自校验功能；
(4)可移植性：因为不同系统的科技进步速度不同，因此产品的升级和算法的借用经常发生，因此通讯协议要适合多种硬件系统，方便移植。
基于以上四方面考虑，结合实际情况和未来发展需求，并借鉴成熟总线协议，制定了适合空空导弹飞控系统的总线协议方式。通讯协议分为两层：软协议和硬协议，软协议是飞控系统与各系统之间处理功能的协议，由飞控系统软件实现，根据产品的具体功能自行定义；
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