光纖通訊在空空導(dǎo)彈飛控系統(tǒng)中的研究和應(yīng)用

硬協(xié)議主要是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間信息傳輸功能，由FPGA或者專用芯片實(shí)現(xiàn)。硬協(xié)議屬于底層協(xié)議，直接與物理層結(jié)合，本文的協(xié)議設(shè)計(jì)指硬協(xié)議設(shè)計(jì)。

通訊協(xié)議采用數(shù)據(jù)幀的方式，一幀數(shù)據(jù)包含如下內(nèi)容：幀號、地址、模式代碼、幀數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)字、校驗(yàn)字，如圖2所示。

幀號：在數(shù)據(jù)傳輸過程中可以根據(jù)數(shù)量的大小分組傳輸，一組數(shù)據(jù)為1幀，為后續(xù)發(fā)展和升級預(yù)留空間。在高實(shí)時(shí)性、突發(fā)中斷較多、大數(shù)據(jù)量情況下，此方式可以提供更多的數(shù)據(jù)打包方式；
地址：代表發(fā)送和接收的分系統(tǒng)地址，依據(jù)地址可以判斷當(dāng)前通訊的終端；通過此種地址方式，可以實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)、點(diǎn)對點(diǎn)等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各系統(tǒng)可以根據(jù)地址判斷數(shù)據(jù)是否來源，并確定數(shù)據(jù)是否是發(fā)送給本系統(tǒng)；
模式代碼(也可為命令代碼)：發(fā)送命令、接收命令、狀態(tài)字、廣播方式，方便不同條件下的使用；
幀數(shù)據(jù)長度：當(dāng)前一幀數(shù)據(jù)字的個(gè)數(shù)，根據(jù)不同的系統(tǒng)未來技術(shù)發(fā)展空間，設(shè)置字長上限，可根據(jù)實(shí)際情況隨意設(shè)置；
數(shù)據(jù)字：通訊數(shù)據(jù)，可自行設(shè)置含義；
校驗(yàn)字：可根據(jù)實(shí)際情況選擇校驗(yàn)方式，比如和校驗(yàn)、差校驗(yàn)、奇偶校驗(yàn)等，可由系統(tǒng)間協(xié)議自行制定。

此協(xié)議與1553B總線通訊比較接近，將3種字合并在一幀數(shù)據(jù)中，降低了FPGA的設(shè)計(jì)難度，在實(shí)現(xiàn)協(xié)議的時(shí)候依據(jù)地址和幀數(shù)據(jù)長度來對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、解碼，根據(jù)命令發(fā)送數(shù)據(jù)，其余功能均由軟件來實(shí)現(xiàn)，給軟件設(shè)計(jì)帶來多種選擇。

3．3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如果采用遍尋方式，則總線系統(tǒng)上同時(shí)只能有一種數(shù)據(jù)存在，這樣硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)就很簡單，可以大大減少硬件資源的開銷，可以做到小型化的設(shè)計(jì)，原理如圖3所示。

其中DSP負(fù)責(zé)飛控系統(tǒng)導(dǎo)航制導(dǎo)、穩(wěn)定、時(shí)序調(diào)度等各種運(yùn)算；FPGA負(fù)責(zé)與DSP進(jìn)行信息交換、通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換、1553B的終端接收協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存等功能；

相對載機(jī)來說導(dǎo)彈的控制系統(tǒng)是一個(gè)終端，而相對于彈內(nèi)來說控制系統(tǒng)是總控端，因此為了避免與載機(jī)光路干擾，彈內(nèi)外在光路上進(jìn)行隔離，采用專用的信息處理電路、光路與載機(jī)通訊。

彈內(nèi)采用自定義通用通訊協(xié)議，因此采用一路雙向處理電路對信號進(jìn)行調(diào)理驅(qū)動(dòng)，對外是1個(gè)光纖連接器和1個(gè)分光器，由分光器將一路光信號分為多路，隨著型號的發(fā)展、對外系統(tǒng)的增加，可以通過更換分光器和軟件來實(shí)現(xiàn)，控制系統(tǒng)內(nèi)部硬件系統(tǒng)不需進(jìn)行更改。因此此方案具備通用性，若各類空空導(dǎo)彈均采用此方式，則控制系統(tǒng)的通用化將成為可能，將大大提高設(shè)計(jì)效率，降低成本。

3．4 光通路設(shè)計(jì)要求

光通路主要包括光纖、光分路器、光連接器、光收發(fā)電路幾個(gè)方面。
控制系統(tǒng)光纖傳輸在應(yīng)用中有以下幾個(gè)特點(diǎn)和要求：
(1)距離屬于超短距，因此光纖的損耗要求可以忽略，不受限制，對發(fā)光器的功率要求也很低；
(2)在光路中不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)多路信息共存，因此單模、多模光纖均可采用；對光收發(fā)模塊的激光頻率漂移等參數(shù)要求不高；
(3)環(huán)境條件要求苛刻且可靠性要求高，對于空空導(dǎo)彈來說，環(huán)境使用要求和可靠性要求是最基本的要求，也是各種新技術(shù)、新材料在應(yīng)用過程中要克服的主要困難。同時(shí)對溫度、振動(dòng)、沖擊、氣壓、高濕等條件均有嚴(yán)格要求。

光纖選擇：光纖按材料分主要有全塑光纖、石英光纖。石英光纖在長距離通信中已占主導(dǎo)地位，其損耗低，適合長距離傳輸，但是因芯徑小，在μm級別，連接中要求較高的對準(zhǔn)精度，從而給連接帶來不便，成本較高；而聚合物光纖(POF)具備高信噪比、連接方便、重量輕、可靠好、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，且滿足工業(yè)級要求，因此選用聚合物光纖作為傳輸介質(zhì)；

光連接器：光纖連接器在選擇中主要考慮連接的可靠性和多次插拔的要求，連接須滿足大過載情況下的可靠連接，比如20倍重力加速情況下不能有瞬斷，插拔次數(shù)大于1000。

4 結(jié)語
通過分析研究，應(yīng)用光纖通訊可以解決未來空空導(dǎo)彈發(fā)展面臨的電磁兼容、高速通訊、小型化、通用性等問題。根據(jù)空空導(dǎo)彈內(nèi)外通訊特點(diǎn)和要求，給出了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通訊協(xié)議、信息交換方式、硬件系統(tǒng)原理的解決方案。