02_Tehnologii Si Arhitecturi P11_23

Sisteme integrate de avionic i armament

02_Tehnologii i arhitecturi pentru SIAA 11

Capitolul 2. TEHNOLOGII I ARHITECTURI PENTRU SIAA

Aplicarea tehnologiilor moderne din domeniul avionicii asupra platformelor aeriene militare a dus la o creterea substanial a performanelor acestora, acest lucru fiind permis de fiabilitatea i robusteea unor structuri de aviaie deja verificate. Senzorii noi i performani cum ar fi radarele multimod i echipamentele optoelectronice au creat posibilitatea, att pentru aeronavele civile, ct i pentru cele militare, de a-i ndeplini n mult mai bune condiii sarcinile. Progresele n domeniul digitizrii avionicii, ale procesrii informaiilor i comunicaiilor digitale au permis realizarea unor platforme aeriene cu resursele integrate pe o scar din ce n ce mai larg. Coninutul acestui capitol se refer la:

- evoluia arhitecturilor aeronavelor militare de la cele analogice la SIAA digitale integrate; - standarde pentru magistrale de date de aviaie aerospace data buses; - prezentarea conceptului JIAWG Joint Integrated Avionics Working Group; - resurse COTS pentru SIA i SIAA; - integrarea subsistemelor de radio-frecven.

2.1. EVOLUIA ARHITECTURILOR AERONAVELOR MILITARE

Analogice distribuite

1960

Digitale distribuite

1970

Digitale Multibus

1980Digitale

Modulare, 1990

SCDERE -volum -consumuri -cablaje

CRETERE-performane -capacitate de calcul -cost -complexitate -fiabilitate

Figura 2.1. Evoluia arhitecturilor pentru aeronave de lupt

Arhitecturi analogice distribuite De la finalul celui de-al doilea rzboi mondial pn n anii 1960 aeronavele de lupt i

echipamentele acestora se realizau n producie preponderent manufacturier. Componentele de avionic erau realizate n tehnologii analogice, fiind interconectate prin cablaje de lungimi considerabile. Pentru aparatele de zbor de acest tip era foarte dificil efectuarea unor modificri. Prezena cablajelor analogice induce consumuri energetice suplimentare i n acelai timp nu poate preveni alterarea unor mrimi i semnale. Echipamentele i subsistemele de avionic, sunt n majoritate dedicate i necesit multe dispozitive i echipamente auxiliare pentru calibrare i reparaii. Cu toate acestea, multe state mai dein nc n serviciu aeronave de aceste tipuri (tip Mig 21 nemodernizat).

Arhitecturi digitale distribuite Progresele din domeniul calculatoarelor digitale din perioada 1960-1970 au permis

obinerea unor echipamente de avionic robuste i precise, cu o posibiliti de calcul considerabil mai ridicate fa de variantele analogice. Fa de dispozitivele de calcul analogice, cele digitale



nu prezint deriv de parametri. Dei cu capaciti de memorare limitat i dificil de reprogramat, primele calculatoare digitale au fos incluse n componena fiecrora dintre subsistemele majore ale aeronavelor. Renunarea la memoriile magnetice n favoarea memoriilor reprogamabile electric a permis o cretere semnificativ a performanelor unor astfel de structuri. Dezvoltarea tehnologiilor de comunicaie serial tip ARINC 429 a permis interconectarea i transferul facil de date ntre subsistemele majore ale aeronavelor. Introducerea liniilor de pentru transfer de date n aceast tehnologie a permis o reducere semnificativ a cablajelor, a activitii de mentenan i o cretere a calitii informaiilor vehiculate n sistem.

n aceste arhitecturi, multe componente i subsisteme minore sunt dedicate, crescnd ns capabilitile acestora relativ la transferul de date. Apar primele display-uri, intercalate n cabine printre dispozitive de afiare analogice, pe care le dubleaz de cele mai multe ori, iar n timp acestea se perfecioneaz.

Aeronave cu structuri de acest tip: Jaguar, Nimrod MR72, Tornado, Sea Harrier.

Arhitecturi digitale multibus Apariia circuitelor integrate a permis o cretere i mai mare a capacitilor de calcul ale

diverselor componente i subsisteme minore ale aeronavelor de lupt. n acelai timp, dezvoltarea protocoalelor de comunicaii i transfer de date MIL-STD 1553B a permis transferul de date cu viteze foarte ridicate, peste 1Mbit/s. Pe baza acestor progrese tehnologice au fost realizate primele SIAA propriuzise, cu structuri de tip multibus, ale cror resurse distribuite sunt gestionate prin intermediul unor magistrale de date comune. Subsistemelor majore ale SIAA de acest tip le corespund magistrale de date proprii.

Arhitecturile digitale multibus pentru toate aeronavele de lupt ale partenerilor NATO au la baz magistrale de date 1553B. Utilizarea acestui standard a permis dezvoltarea unei piee a componentelor de avionic, ce nu mai sunt astfel componente dedicate. Viteza de transfer ridicat asigurat de acest standard permit teoretic cuplarea numrului maxim, de 31 terminale la o magistral de date, dar n realitate, din anumite considerente nu sunt cuplate mai mult de 10-12, sub autoritatea unui controller de magistral (care este dublat pentru siguran).

Bus IOM Bus Avionica

Bus Armament

Calc Master

Master BUS

Master BUS

Master BUS

Figura 2.2. Arhitectur de tip multibus

Teoretic, orice echipament configurat conform standardului 1553B poate fi cuplat logic la una dintre magistrale. ntre unele dintre echipamentele cuplate la o magistral poate fi necesar schimbul de dat i dei este posibil comunicarea direct ntre dou echipamente cuplate la o magistral, se prefer ac toate schimburile de date s se fac sub controlul unui master de magistral.

Arhitecturi de tip multibus sunt specifice majoritii avioanelor de lupt actuale, cum ar fi F16 (mid-life update), SAAB Gripen, Boeing AH-64 C/D, Mig-21 Lancer.

Evoluia aeronavelor civile spre structurile de tip multibus a fost mai lent dect a aeronavelor militare, n primul rnd pentru c protocolul de comnuicaie ARINC 429 a satisfcut



suficent de bine cerinale acestor sisteme. Cu toate acestea, n timp, a fost adopta standardul ARINC 629, care este similar 1553B, dei nu este att de restrictiv. Specific protocolului 1553B este modul de lucru comand-rspuns, desfurat sub autoritatea controllerului de bus. Numai terminalul adresat prin comand transmite rspunsul pe magistral. Specific protocolului ARINC 629 este faptul c, la o rat de transfer de 2Mbit/s, fiecrei resurse cuplate la magistral i este permis transmiterea de date ntr-o perioad de timp bine determinat. Acest protocol este de tipul comand distribuit, i poate cu succes i eficient folosit la aeronave cu structuri invariante, ca aeronavele civile, dar ar pune proble majore dac ar fi aplicat pentru aeronavele militare, ce pot avea configuraii diferite de la o misiune la alta.

Arhitecturi integrate modulare Presiunea pieei foarte diversificate a componentelor pentru industria aerospaial a

condus la arhitecturile integrate modulare, de tipul iniiativei americane JIAWG. Arhitecturile de acest gen sunt total deschise, utilizeaz magistrale de date de mare vitez, iar majoritatea calculelor se fac de ctre resurse comune, de mare putere.

Platforma

Arme

Componente comerciale integrate, modulare

Bus, conexiuni de mare vitez

Resurse integratede calcul

UCI 1

UCI 2

IOM

ElOpt

Comm, IFF

EW

Radar

Bus de mare vitez

Figura 2.3. Arhitectur modular integrat

Conceptul de arhitectur deschis Introducerea tehnologiilor digitale pe o scar tot mai larg n aviaie a indus apariia unor

problema majore privind designul i configurarea unor astfel de sisteme n conformitate cu cernele utilizatorilor finali. Performanele primelor tipuri de procesoare i capacitile primelor tipuri de memorii fceau destul de dificil realizarea unor SIAA care s rspund n timp real tuturor sarcinilor pe care le aveau de ndeplinit. Din acest motiv, unele dintre programele de calcul erau rulate echipamente dedicate, eventual incluse n unele din subsistemele major. n plus, instrumentele de programare pentru realizarea anumitor aplicaii erau destul de limtate. Din motivele precizate, echiparea aeronavelor militare cu SIAA necesita perioade de timp mult mai mari dect pentru SIA de pe aeronavele civile. Dezvoltarea microprocesoarelor, a memoriilor, a protocoalelor de comunicaii i a instrumentelor de programare a permis trecerea la un alt nivel n reqalizarea SIAA. Posibilitile de procesare foarte mari ale microprocesoarelor actuale, ca i vitezele ridicate de transfer a datelor au permis n timp concentrarea celei mai mari pri a operaiilor de calcul n uniti de calcul dedicate, reducnd astfel cerinele impuse diverselor echipamente. Impunerea unor cerine minime pentru anumite echipamente i standarizarea acestora, cel puin din punct de vedere al vehiculrii informaiei, a permis configurarea SIAA n diverse variante, nc din faza de proiectare. Prezena unui anumit echipament n sistem poate fi detectat automat, folosind conceptul plug and play (concept care este extins pn la nivelul tehnicii de armament). n acest fel, upgradarea sau reconfigurarea unui SIAA poate fi realizat foarte rapid. Condiia necesar, la includerea unor echipamente noi n sistem sau la modificarea acestora este ca s existe proceduri de selecie/introducere a driverelor corespunztoare.



O consecin important a ptrunderii pe scar larg a tehnologiilor digitale n aviaie este c activitile logistice i de mentenan a aeronavelor s-au simplificat semnificativ. Componentele i echipamentele digitale nu permit / nu necesit intervenii pentru reparaii, ci doar operaii de nlocuire (cel mult a unor module dac nu integral), folosindu-se pentru acestea acronimul LRU line reaplaceable units. n consecin, personalul de mentena nu este necesar s aib cunotine foarte dezvoltate n anumite domenii, iar LRU-urile pe care le folosesc pot fi percepute ca nite black box-uri.

Alte consecine ale a ptrunderii pe scar larg a tehnologiilor digitale n aviaie au fost standardizarea microprocesoarelor i a limbajelor de programare.

- n domeniul microprocesoarelor, aviaia american a adoptat standardul MIL-STD-1750A, prin care este limitat setul de instruciuni, propunndu-se o main standard (ne referim la limbajul de asamblare). Oricum, evoluia microprocesoarelor s-ar putea s mai aduc modificri n acest domeniu;

- n domeniul limbajelor de programare, s-a pus problema de utilizare au unui numr de limbaje ct mai redus. La un moment dat s-a vehiculat ideea de folosire a unor limbaje de programare strict dedicate domeniului militar, idee la care ns s-a renunat.

Avnd n vedere cele prezenate anterior, s-a ajuns la concluzia c structurile cu arhitecturi deschise pot reprezenta o soluie eficient. n acest sens, a fost propus o arhitectur standard, dup 1980, i anume modelul JIAWG.

n cea ce privete standardizarea tehnologiilor digitale utilizate n aviaia militar, n unele situaii sunt necesare standarde specifice. De exemplu, n cea ce privete condiiile de lucru (temperaturi n gama -55oC +125 oC, umiditate, atmosfer salin, vibraii) echipamentele militare au de ndeplinit cerine restrictive, reglementate prin standardele proprii. n cea ce privete alte caracteristici/parametri, tehnologiile i produsele comerciale sunt satisfctoare.

2.2. STANDARDE PENTRU MAGISTRALE DE DATE DE AVIAIE 10GB/s

1GB/s

100MB/s

10MB/s

1MB/s

100KB/s

10KB/s

Fibr optic, FC-AE 1-2Gbit/secF-35, F/A-18E/F, F-16 E/F

IEEE 1394b 800Mbit/secF-35

HSDB 80Mbit/sec JIAWG/F-22

STANAG 3910, 20Mbit/secTyphoon, Rafale

1553B , Majoritatea avioanelor militare n uz

ARINC 429 ,100kB-sec Majoritatea avioanelor civile

Tornado Serial ,64kB/secTornado, Sea Harrier

Figura 2.4. Standarde pentru magistrale de date n aviaia militar

2.2.1. Standardul TORNADO Standardul TORNADO (mai corect Panavia) a fost primul utilizat n aviaia militar britanic, fiind impelementat pe aeronavele Tornado i Sea Harrier, intrat n exploatare n anii 1980. Este un protocol serial semi-duplex, cu rata de transfer de 64kB/s, utilizat pentru transferul



de date ntre computerul principal i senzori, echipamente de calcul, display-uri i armele acroate. Transmisia datelor se face in oglind, cu un canal de ceas i un canal de date, fiecare din canale n oglind, n total 4 fire. Figura urmtoare prezint arhitectura sistemului Tornado.

Cockpit anterior

EMITOR RECEPTOR

DATADATA CLK

CLK

HUD

Display pilot

I FU1

Cockpit posterior

DisplayNavigator

I FU2

DisplayNavigator

Radar Dopler

Radar GMR / TFR

Laser R/MTR

INS

SHARS

SMS

AFDC

Calculator central

Figura 2.5. Standardul Tornado i SIAA Tornado

IFU Interface Unit; GMR Ground Mapping Radar; TFR Terrain Following Radar; Laser R/MTR laser range finder/marked target receiver; INS Inertial Navigation System; SHARS Secondary attitude and heading reference system; SMS stores manegement system.

2.2.2. Standardul ARINC 429 Standardul ARINC 429 (Aeronautical Radio Inc. corporaie american cu obiect de activitate n domeniul aeronautic) este introdus din anii 1977/1978 i descrie un protocol de comunicaie semiduplex mono-emitor multi-receptor cu dou rate de transmisie, dintre care cea mai nalt este de obicei de 100kB/sec. Majoritatea firmelor din domeniul aviaiei civile produc echipqamente conforme cu specificaiile acestui standard, acesta fiind motivul pentru care a fost adoptat i pentru variantele militare ale unor aeronave: Boeing 737, Boeing 767 sau A 330. Protocolul ARINC 429 presupune ca datele transmise de emitor s poat fi recepionate de toi receptorii. Dac unul din echipamentele receptoare trebuie s rspund, atunci va trebui s includ un transmitor propriu i o linie de rspuns proprie, pentru c nu va putea folosi busul existent. Implementarea fizic a standardului se face conform celor specificate n figura 2.6. semnalele se transmit n oglind pe dou fire, la un numr de maxim 20 de receptori. Rata de transmitere joas este de 12-14kB/sec, iar rata de transmitere superioar de peste 100kB/sec, fiind cea mai utilizat. Tehnica de modulare este bipolar cu revenire pe zero, RTZ. Modularea RTZ este pe trei nivele: high, null i low. Starea logic de 1 este reprezentat de secvena high-null, iar starea logic de zero de secvena low-null. Datele sunt transmise n cuvinte de 32 bii. Cuvintele vehiculate n reea includ etichete i sunt formatate, funcie de particularitile



echipamentelor receptoare. Standardizarea cuvintelor vehiculate n reea are avanatjul de a permite particlarizarea diverselor echipamente utilizate pe post de terminale. Acest standard a suferit n timp o serie de mbuntiri.

Ech SURS

EMITOR

Ech RECEPTOR

RECEPTOR

high

null

low

1 logic 0 logic 1 logic

[10 s] (CLK = 100kHz)

Ali RECEPTORI(max 20)

Figura 2.6. Standardul ARINC 429

2.2.3. MIL-STD-1553B Standardul 1553B provine din Mil-STD-1553, publicat n 1973, modificat n 1975 n MIL-STD-1553A, i apoi n MIL-STD-1553B n 1978. Comunicaa are suport bifilar, prin care se transmit informaiile modulate de semnalul de ceas.

Magistrala de date este controlat de un controller de bus (BC), ce poate comunica cu un numr de maxim 31 terminale (Remote Terminals, RTs), care sunt echipamente dedicate compatibile cu magistrala de date. La aceste terminale pot fi cuplate un numr de maxim 30 componente sau subsisteme. De asemenea, la magistrala de date se pot cupla subsisteme independente care includ interfee seriale proprii de cuplare la magistral (embeded RT). Terminalele proceseaz din magistral doar datele care le sunt adresate. Viteza de transmisie este de 1Mbit/sec, biii fiind modulai conform codrii Manchester II, cu includerea tactului de ceas. Transmisia n oglind a datelor i dublarea (triplarea) cablajului permit detecia i corecia erorilor.

BUS CONTROLLER

Bus A

Bus B

Bus C Linii redundante opionale

Remote Terminal

Subsistem cu RT inclus

(embeded RT)

Maxim 30 RTs

Maxim 30 subsisteme Figura 2.7. Arhitectur conform MIL-STD-1553B



1bit=1s

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

CLK 1Mhz

DATE BINARE

Semnal codat

Manchester

0 1 1 1 1 1 1 0 0 0

+V, high

-V, low 0

Figura 2.8. Modulaia semnalelor pentu MIL-STD-1553B

nformaiile sunt vehiculate pe bus prin intermediul unor cuvinte, ce pot semnifica date, comenzi sau rspunsuri ale terminalelor privind starea lor (data words, command words, status words), cu lungime standard de 16 bii, cu trei bii de start i un bit de paritate n final. Cuvintele de comand sau de stare au formate stabilite prin protocoalele de transmisie pentru fiecare terminal.

Bit

de p

arita

te

Dyn Bus Control SS Flag

BusyBR recd

Rezervai

InstrumentationMesaj eroare Cerere

service

Adresa terminal

Numr cuv date Subadres Adresa RTs

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

20 bii = 20 s

0 1 1 0 0SYNC Date

DATA WORD

COMMAND WORD

SYNC

T/R

STATUS WORD

SYNC Term Flag

Figura 2.9. Formatul cuvintelor conform MIL-STD-1553B

Pentru cuvintele de comand: - Secvena de sincronizare, se ntinde pe trei tacte de ceas, ncepe cu o valoare pozitiv,

high, ce se menine pe jumtate din aceast perioad, dup care se face comutarea pe valoarea negativ, low;

- Adresa RTs, adresa terminalului cruia i este adresat comanda, pe 5 bii, 25=32 combinaii posibile, folosite maxim 30, adresele 00000 i 11111 fiind rezervate, ultima de obicei permind accesarea simultan a tuturor terminalelor;

- T/R, bit care indic aciunea solicitat terminalului specificat prin adres: 1 terminalul recepionaz, 0 terminalul transmite;

- Subadres/Mod, specific subsistemele conectate unui terminal cruia i este adresat comanda, valorile adresele 00000 i 11111 fiind rezervate, specificnd eventual modul de lucru al terminalului i nu o adres. Dac este specificat modul de lucu, atunci urmtorii 5 bii au o alt semnificaie. Numrul de adrese disponibile pentru subsisteme legate de terminal va fi astfel de maxim 30. n cazul n care n cuvntul de status este implementat folosirea bitului Instrumentation, numrul de adrese disponibile va fi de 15;

- Numrul de cuvinte de date, Data Word Count/Mode Code, cruia i sunt alocai urmtorii 5 bii semnific numrul de cuvinte de date ce va trebui recepionat /transmis de terminalul accesat, funcie de starea bitului T/R. Se pot transmite pe bus maxim 32



cuvinte de date ataate unui cuvnt de comand, valoarea 11111 semnificnd 31, iar 00000 semnificnd 32. n cazul n care Subadres/Mod semnific un mod de lucru, cei cinci bii pot avea 32 de valori distincte ce semnific modul de lucru, de exemplu pentru resetarea ceasului intern, inierea Built_In _Test, etc;

- Bitul de paritate, se refer la cei 16 bii anteriori, folosit pentru detectarea erorilor, de obicei lucrndu-se cu paritate par.

Pentru cuvintele de date: - Secvena de sincronizare, se ntinde pe trei tacte de ceas, ncepe cu o valoare negativ,

low, ce se menine pe jumtate din aceast perioad, dup care se face comutarea pe valoarea pozitiv, high;

- Date, pe 16 bii, cu semnificaia conform protocolului de comunicaie; - Bitul de paritate, la fel ca la cuvintele de comand.

Pentru cuvintele de status: - Secvena de sincronizare, la fel ca la cuvintele de comand; - Adresa RTs, adresa RT ce transmite cuvntul de status, la fel ca la cuvintele de comand; - Message Error, bit ce prin valoarea 1 specific dac ultimele cuvinte recepionate

consecutiv au format invalid; - Instrumentation, bit rezervat, pe 0. Pentru a face distincie ntre cuvintele de status i

cele de comand (cuvintele de date sunt difereniate prin secvena sync), bitul corespondent din cuvintele de comand este setat pe valorea 1, aceasta fiind explicaia pentru care cmpurile Subadres/Mod din cuvintele de comand nu pot specifica dect 15 adrese disticte;

- Cerere service, bit ce semnific prin controllerului de magistral valoarea 1 c terminalul necesit service. Protocoalele de lucru uzuale presupun c dup un cuvnt de status cu cerere de service urmeaz o secven de identificare a sursei acestei cereri de service;

- Biii 12,13,14 rezervai, probabil se vor folosi n versiuni ulterioare; - BR Rec, Broadcast Command Received Bit, bitul 15, este folosit pentru a specifica

faptul c ultima comand recepionat a fost o comand valabil pentru toate terminalele cuplate la bus;

- Busy, bitul 16, este folosit pentru a specifica faptul c un terminal sau un sistem legat la un terminal este ocupat, neputnd pune date la dispoziie momentan;

- SS Flag, bitul 17, este folosit opional pentru avertizri i alarme, relativ la posibilitatea ca datele ce urmaz a fi transmise s fie invalide;

- Dyn Bus Control, bitul 18, Dynamic Bus Control Acceptance Bit, este folosit opional pentru a semnaliza dac terminalul accept sau nu controlul busului, atunci cnd este cazul;

- Term Flag, bitul 19, Terminal Flag Bit, este folosit opional pentru a semnaliza o eroare la nivelul terminalului;

- Bitul de paritate, la fel ca la cuvintele de comand. Formatele specificate pentru cuvintele vehiculate pe magistrala de date permit cteva

tipuri de transmisii de date distincte, dintre care dou sunt exemplificate n figura urmtoare.

Pentru transmiterea unei comenzi de la controlerul de magistral la un terminal, inierea comunicaiei se face n momentul n care comanda este pus pe magistral de ctre controler. Dup recepionarea mesajului, la cteva microsecunde, terminalul pune pe magistral cuvntul de status, care este necesar pentru validarea recepieie comenzii i confirmarea strii proprii de validitate. Cuvntul de status este imediat urmat de cuvntul (cuvintele) de date ce corespund comenzii primite. Toat comunicaia, dac se folosete un sigur cuvnt de date nu necesit mai mult de 70 microsecunde.

Pentru transmiterea unor date de la un terminal la alt terminal, inierea comunicaiei se face de ctre controler, care pune pe magistral dou cuvinte de comand, adresate unul



terminalului emitor, iar cellalt terminalului receptor. Dup recepionarea mesajului i dup ce magistrala este liber, terminalul emitor pune pe magistral statusul su i cuvintele de date. Terminalul receptor citete din magistral cuvintele de date i n final pune pe magistral statusul propriu. O asemenea comunicaie poate dura circa 12 microsecune, dac este vehiculat doar un cuvnt de date. Comunicaiile de acest tip reprezint cel mai ridicat procent din toate comunicaiile ce se efectueaz pe magistral.

Terminal

Comunicaie Bus Controller - Terminal

..

Bus Controller

COMMAND WORD

STATUSWORD

DATAWORD

DATAWORD

Terminal A

Comunicaie Terminal A - Terminal B

..

Bus Controller

COMMAND WORD

(Term A) STATUSWORD

DATAWORD

DATAWORD

COMMAND WORD

(Term B)

Terminal B STATUS WORD

Figura 2.10. Exemple de comunicaii conform MIL-STD-1553B

2.2.4. STANAG 3910 Standardul 1553B, dei verificat i foarte robust, nu poate asigura viteza de transfer de date suficient de mare pe care o necesit aeronavele de lupt de ultim generaie, mai ales n cea ce privete transferul de date ntre terminale diferite. Din acest motiv s-a cutat mbuntirea acestuia, prin adugarea unui canal de transfer de date de mare vitez, pe fibr optic, rezultnd astfel standardul STANAG 3910. Canalul de fibr optic are o vitez de transfer de 20Mbit/sec, permind vehicularea a maxim 132 blocuri de cte 32 cuvinte de date pe 16 bii.

Exist patru implementri ale STANAG 3910, difereniate funcie de suportul pentru linia de transfer de date (pe fibr optic sau electric de mare vitez) i de suportul de implementare a busului 1553B (electric sau echivalent prin fibr optic). Arhitectura tipic conform STANAG 3910 este prezentat n figura urmtoare.

Optocuplor stea

BUS CONTROLLER

1553 Tx/Rx

20MB/sec Tx/Rx

Terminal 1

1553 Tx/Rx

20MB/sec Tx/Rx

Terminal N

1553 Tx/Rx

20MB/sec Tx/Rx

Figura 2.11. Arhitectur conform STANAG 3910

Acest standard este implementat pentru magistrala de avionic a aeronavei Typhoon Eurofighter, pentru magistrala de armament folosindu-se n continuare standardul 1553B. n cea privete formatul cuvintelor de comand i status, majoritatea prevederilor 1553B sunt pstrate de STANAG 3910. Elementele de noutate se refer la formatul pachetelor de date.



2.3. ARHITECTURA JIAWG Arhitectura JIAWG (Joint Integrated Avionics Working Group) este un model modular

integrat propus la nivelul anilor 1980 pntru a fi implementat pe produsele noi din aviaia american (F-22 Raptor, A-12, RAH-66 Comanche). Figura urmtoare ilustreaz acest concept.

SENZORI PLATFORMA

VMS

Paou afiaje senzori

Reea de fibr

optic

MODULE CALCUL

INTEGRATE Procesare date

i semnale

Modul de Calcul Principal

Modul de Calcul de rezerv

Reea de fibr

optic

Echipam afiare video

Re

ea s

enzo

ri i

mod

ule

de c

alcu

l

Re

ea v

ideo

EO/FLIR IRST

Missile Warning

Radar

EW/ESM

CNI

IVSC

IFPC

Electrc

ARME

Magistral de date mare vitez

Figura 2.12. Arhitectur iniial JIAWG Varianta iniial pentru aceast structur include:

- o magistral de date de mare vitez, HSDB (High Speed Data Bus), pe fibr optic, ce interconecteaz subsistemele majore i modulele integrate de calcul;

- dou reele de fibr optic, una pentru transferul datelor video spre echipamentele de afiare i o a doua, pentru a transmite spre procesare datele de la senzori.

- dou module integrate de calcul i procesare, dintre care unul este de rezerv, existnd fizic i locul pentru cel de-al treilea.

Dezvoltarea procesoarelor i tehnicilor de transfer de date comerciale din anii 1990 i de dup au fcut ca structura iniial JIAWG s nu mai fie economic i nu s-a insistat pentru dezvoltarea unor standarde specializate n acest sens. Apariia microprocesoarelor din clasa 80X86 i dezvoltarea transmisiilor de date de mare vitez au fcut ca structurile JIAWG s se modifice, prin includerea de componente i tehnici comerciale, implementate pe F22, conform figurii urmtoare.

SENZORI PLATFORMA

VMS

Paou afiaje senzori

MODULE CALCUL

INTEGRATE Procesare date

i semnale

Echipam afiare video

EO/FLIR IRST

Missile Warning

Radar

EW/ESM

CNI

IVSC

IFPC

Electrc

ARME

Magistral de date de fibr mare vitez 1GBit/sec

Figura 2.13. Arhitectur modernizat JIAWG



2.4. TEHNOLOGII COTS PENTRU SIA I SIAA Lipsa de susinere n dezvoltarea tehnicii i tehnologiilor digitale cu aplicaii strict militare i dezvoltarea echivalentelor din domeniul civil, la preuri i performane net superioare au impus utilizarea acestora din urm n domeniul SIA i SIAA. Produsele i tehnologiile comerciale utilizate pentru tehnica militar sunt ntlnite sub acronimul COTS - commercial off-the-shelf. Printre acestea putem enumera: echipamente ATM (asinchronous transfer mode), FDDI (fibre distributed data interface), tehnologia canalelor de date pe fibr optic i tehnologia IEEE 1394 firewire.

TEHNOLOGIA CANALELOR DE TRANSFER DE DATE PE FIBR OPTIC Transferul de date pe fibr optic are ca avantaje: vitez ridicat, laten redus, compactitate, posibiliti minime de distorsionare i bruiere, fiind foarte avantajoase pentru utilizare n tehnica de aviaie. n momentul de fa se lucreaz cu viteze de transfer de 1GBit/sec, bariera pentru 10GBit/sec fiind foarte aproape de depit.

n domeniul aplicaiilor pentru aviaie s-au dezvoltat deja standardele din familia FC-AE (fibre channel avionics equipement). n domeniul liniilor de date pe fibr optic s-au dezvoltat protocoale comerciale pentru interfee (SCSI small computer system interface) i pentru transfer de date (TCP/IP transport control protocol/Internet protocol). Standardele pentru avionic din familia FC-AE sunt:

- FC-AE-1553; - FC-AE-ASM (anonymus subscriber messaging); - FC-AE-RDMA (remote direct memory access); - FC-AE-LP (lightweight protocol). FC-AE-1553 este varianta optic a MIL-STD 1553B, dar cu posibiliti mult mai extinse: - numrul de terminale este crescut de la 32 la 224, evident prin alocarea a 24 bii pentru

adresa terminal; - numrul de subadrese este crescul de la 32 la 232, prin alocarea a 32 bii pentr subadres; - numrul maxim de cuvinte de date este crescut de la 32 la 232.

Viteza de transfer foarte mare face ca n momentul de fa s nu existe limitri n cea ce privete numrul de terminale legate la o magistral optic. Cu toate acestea, n SIAA se prefer legturi directe, point to point, de exemplu ntre radar i senzorii electronooptici i procesoarele asociate lor. Structurile circulare sunt soluii ieftine cu pn la 128 terminale (noduri) cuplate la o magistral, n care controlul este deinut ciclic de fiecare dintre noduri, care iniaz i efectueaz transferurile de date necesare. Structurile de tip stea (hubbed) sunt variante ale structurilor circulare, la care conectarea nodurilor se face printr-un punct central; n momentul n care un nod este indisponibil, acest este ignorat n structur, iat traficul de date este continuat. Structurile ntreesute comutabile (switched fabric) sunt cele mai performante, pentru c pot asigura rapid legturile cele mai scurte, point to point i transferul de date cel mai rapid, eventual mai multe legturi simultan, dar sunt i cele mai scumpe.

TEHNOLOGIA IEEE 1394 FIREWIRE Transferul de date prin mijloace electrice conform acestui standard permite viteze de transfer de la 50 Mbit /sec la 400Mbit/sec, fiind utilizat n domeniul aparaturii video de obicei. Are o aplicabilitate deosebit n domeniul aeronavelor civile.

SOFTWARE I SISTEME DE OPERARE N TIMP REAL Asupra sistemelor de operare utilizate n realizarea SIA i SIAA se impun cerine deosebite, privind sigurana i robusteea, n condiiile n care aplicaiile impelementate trebuie s se deruleze n permanen i cu mare vitez. Avnd n vedere aplicaiile strict particularizate, se folosesc soluii comerciale, dar cu un numr de componente i faciliti reduse la strictul necesar. Aceast variant necesit resurse de memorie reduse, asigur vitez ridicat de lucru



(lucrul n timp real) i permite verificarea aplicaiilor pe sisteme de calcul la sol i asigur funcionarea corect pe platforma aerian. Variantele de sisteme de operare dedicate anumitor tipuri de procesoare nu sunt viabile, prin prisma lipsei de portabilitate a aplicaiilor i pentru c necesit software i programatori strict specializai.

Din punct de vedere al siguranei, aplicaiile software sunt calificate funcie de caracterul defectelor i numrul de defecte pe ora de zbor.

Tabelul 2.1. Calificarea softurilor pentru SIA / SIAA dup consecinele defectelor Nivel certificare Caracter consecine defecte software

A cderea sistemului cu consecine catastrofice B cderea sistemului cu consecine imprevizibile C cderea unor funcii de sistem avnd drept consecine defecte majoreD cderea unor funcii de sistem avnd drept consecine defecte minoreE cderea unor funcii de sistem avnd drept fr consecine

Tabelul 2.2. Calificarea softurilor pentru SIA / SIAA dup frecvenele de apariie caracter defect probabilitate de apariie cuantificare

catastrofic foarte puin probabil 910 / ora de zbor imprevizibil foarte rar 710 / ora de zbor

major rar 510 / ora de zbor minor destul de rar 310 / ora de zbor

n cea ce privete limbajele de programare, n perioada 1970-1990, guvernul SUA a investit masiv n dezvoltarea limbajului ADA i a susinut dezvoltarea aplicaiilor pe baza acestui limbaj. Cu toate acestea, acest limbaj nu a rezistat concurenei cu limbajele de programare comerciale, astfel c n momentul de fa limbaje de tip C sau C++ ctig tot mai mult teren n proiectarea aplicaiilor pentru SIA sau SIAA.

2.5 . INTEGRAREA SUBSISTEMELOR DE RADIO-FRECVEN Echipamentele radio reprezint practic, prin cost, funciuni, trafic de date i informaii

asigurate cea mai important parte a unei platforme aeriene de lupt. Din punct de vedere al integrrii resurselor de radiofrecven, RF, n SIAA prezint interes variantele moderne, pentru care vehicularea datelor se face pe suport de fibr optic. Majoritatea resurselor RF sunt particulare pentru fiecare tip de aeronav de lupt. n categoria resurselor RF includem radarele i radiolocatoarele, echipamentele de rzboi electronic (EW), mijloacele de identificare amic-inamic (IFF), echipamentele de avertizare, echipamentele de navigaie TACAN, ILS, MLS, GPS, mijloacele de comunicaie n benzile VHF, UHF, HF SatCom, Link 11, echipamente de securizare radio. Fiecare din aceste siteme include antenele proprii, modulele de prelucrare, iar ieirile primare ale acestor sisteme sunt nestandardizate. Din acest motiv, includ i echipamente de interfa, pentru conectarea n sistemele integrate.

Primele echipamente radio de bord, ca i cele utilizate pn n perioada anilor 1950 au fost gndite i realizate pe principii analogice, ca subsisteme independente. Numrul redus de funciuni, ca i simplitatea de exploatare n condiiile acelor ani a permis acest lucru. Practic fiecare sistem RF dispunea de antenele, modulele de prelucrare, mijloacele de afiare eventual i pupitrele de comand proprii. Legturile ntre diverse subsisteme se realizau prin cablaje analogice, conorm schemelor pentru arhitecturi analogice distribuite.

Dezvoltarea mijloacelor i tehnologiilor RF de aviaie a dus la multiplicarea funciilor i informaiilor pe care le ofer acestea. n perioada anilor 1960-1970 s-au dezvoltat arhitecturile digitale distribuite, pentru care avionul de lupt F/A-4 Phantom este un bun exemplu. Pentru acest sistem echipamentele radar, de comunicaie i navigaie au fost integrate, fiind gestionate mpreun n cadrul sistemului misiune, care include i un display digital. Sistemul misiune avea



rolul mai degrab de a permite afiarea centralizat i selectiv a datelor dect de a le prelucra. Realizate iniial n variante integral analogice n timp aceste sisteme au nceput s includ din ce n ce mai multe componente digitale, iar dezvoltarea tehnicii radarelor Doppler, a echipamentelor de navigaie inerial i a echipamentelor de avertizare la radiaie radio le-au fcut din ce n ce mai complexe. n acest mod crete necesitatea de integrare a tuturor resurselor i cresc cerinele privind puterea de calcul, cerine ce au impus dezvoltarea arhitecturilor digitale multibus.

n momentul de fa, toate subsistemele RF sunt realizate n variante modulare, compatibile de a fi integrate din punct de vedere informaional n SIAA cu arhitectur digital multibus sau cu arhitectur modular integrat.

SENZORI I ECHIPAMENTE N TEHNOLOGII HIBRIDE

IOM Display uri, controale

PROCESOARE COMERCIALE INTEGRATE

Procesare date i semnale

Comms

EW

Radar

Figura 2.14. Subsisteme RF modulare

Date post:	11-Oct-2015
Category:	Documents
Upload:	andrei-badulescu
View:	41 times
Download:	0 times

02_Tehnologii Si Arhitecturi P11_23

Documents