航空电子系统几种主要数据总线应用特性分析
总线通信技术在航空电子中的应用研究
总线通信技术在航空电子中的应用研究随着现代航空技术的快速发展，航空电子器件也越来越发达和普及。
而总线通信技术作为现代化电子系统中不可或缺的一部分，也被越来越多地应用于航空电子领域中。
本文将从总线通信技术的基本原理、应用研究进展、优势和局限性等角度综述其在航空电子中的应用。
总线通信技术是指将多个电子设备连接成一个通信网络，并通过统一的数据总线进行数据传输和控制。
它的主要作用在于减少电子设备之间的物理连接，简化系统的电路结构，提高电子设备的可靠性和可维护性，并且能够实现分布式控制和实时通信等功能。
在航空电子中，总线通信技术不仅应用于飞机的控制系统和导航系统中，还应用于航空通信、动力控制、氧气系统和安全监控等多个方面。
针对航空电子应用中的具体场景和需求，一些专业的总线通信技术也应运而生。
如MIL-STD-1553总线是美国航空航天局开发的一种通信标准，主要应用于飞机和卫星中的数据传输和控制；ARINC 429总线是航空工业协会发布的一种数字通信标准，主要应用于机载电子设备之间的数据交换和信息传输。
这些通信技术都是为了满足航空电子系统对于高可靠性、高带宽、高速度、低延迟、低功耗等多种需求而特别设计的。
在总线通信技术的应用研究方面，目前主要集中在这些专业通信标准的应用推广和优化上。
MIL-STD-1553总线在美国军用航空电子中应用广泛，但在商用航空电子中的应用则比较有限，主要原因在于该技术的数据传输速率较低（最高只有1.0Mbps），不适用于高速数据传输场景。
针对这一问题，目前已经有一些新型通信标准，如MIL-STD-1760、MIL-STD-1773、MIL-STD-1774等，也被广泛应用于航空电子中，可以实现更快速、更灵活、更高效的数据传输。
同时，总线通信技术也有其固有的优势和局限性。
其主要优势在于可以减少各个电子设备之间的物理连接，降低系统的复杂度和成本，提高系统的可靠性和可维护性。
同时，总线通信技术还可以实现分布式控制和实时通信，使得航空电子系统更加智能化和自主化。
大飞机航电系统总线研究(DOC)
大飞机航电系统总线研究夏志飞(凌云科技集团，武汉，430040)摘要：本文先介绍了大飞机航电系统采用的总线构型，再分层介绍了ARINC 429总线和AFDX总线的原理、特点和相关技术，在此基础上提出了相应的实现方案，为航电系统及其检测设备的研制提供了一定的参考。
关键词：航电系统；检测设备；ARINC 429；AFDX1 引言大飞机是我国的一个战略性工程，对未来社会、经济与国防，特别是科学技术的整体推进都将有非常重大的意义。
航电系统关系到飞机的可用性、先进性、飞行安全性和可扩展性，是重要的机载系统，而总线则是航电系统综合的核心，同样也是其检测设备不可或缺的一个组成部分。
国外大飞机如A400M、波音787、空客A380的航电系统主干连接采用AFDX总线，成熟的、低数据流量的设备采用ARINC 429总线传输数据。
图1.1是一种航电系统的构型，以AFDX交换机为中心，通过无线电接口单元、远程数据集中器完成AFDX总线数据与ARINC 429总线数据的转换。
图1.1 一种航电系统的构型图2 ARINC 429总线美国ARINC 公司为了解决航电设备信息共享、系统集成、降低维护费用等问题而制定了《MARK 33数字式信息传输系统》标准，即ARINC 429标准，我国航空工业部也推出了类似的HB-6096《SZ-01数字信息传输系统》航标[1]，该标准已得到广泛应用。
2.1 系统结构ARINC 429总线系统由发射器和接收器组成，如图2.1，每条总线上信息只能单向传输，但可一发多收，接收器不超过20个，通过两条ARINC 429总线可以同时双向传输信息。
图2.1 ARINC 429总线传输结构图图2.2 ARINC 429总线分层模型图ARINC 429总线不涉及也无需路由等功能，参考OSI模型，通过链路层、物理层模型可清晰描述其关系。
参考图2.2，链路层负责消息编码、检错等，物理层负责电器编码、传输等。
2.2 链路层ARINC 429总线中，链路层将航电系统设备或检测所用总线监控设备的数据编码后转交物理层传输，该层中，数据字是最基本的信息单元，分为5类：二进制(BNR)码、BCD码、离散、维护和AIM数据字。
机载数据总线简介课件
光纤通道
概述
光纤通道是一种高速串行数据总线，采用光纤作为传输介质 ，具有高带宽、低延迟和长距离传输等优点。
特点
采用串行数据传输方式，传输速率极高，可达2.5Gbps或更 高；具有低延迟和高可靠性；支持多种协议和拓扑结构。
03
机载数据总线的发展趋 势与挑战
发展趋势
高速化 随着航空电子技术的进步，机载 数据总线正向着更高的传输速率 发展，以满足各种复杂应用的需 求。
不同厂商的设备需要能够互操作和兼容， 以满足航空电子系统的高度集成和模块化 需求。
未来展望
更高传输速率
随着航空电子技术的不断发展，机载数据总线将向着更高 的传输速率发展，以满足未来更复杂的应用需求。
更高效的数据处理技术
随着数据处理技术的发展，机载数据总线将采用更高效的 数据处理技术，以提高数据传输的效率和准确性。
机载数据总线简介课 件
contents
目录
• 机载数据总线的定义与作用 • 机载数据总线的类型与特点 • 机载数据总线的发展趋势与挑战 • 机载数据总线在航空领域的应用案例 • 机载数据总线的未来发展与研究方向
01
机载数据总线的定义与 作用
定义
总结词
机载数据总线是一种用于在飞机内部各个系统之间传输信息的通信总线。
更智能的数据管理技术
随着人工智能技术的发展，机载数据总线将采用更智能的 数据管理技术，以实现数据的自动采集、处理和传输。
更完善的标准体系
为了满足不同厂商设备之间的互操作性和兼容性需求，机 载数据总线将进一步完善标准体系，推动标准化进程。
04
机载数据总线在航空领 域的应用案例
案例一：波音787的数据总线系统
为了确保机载数据的安全和保密性，需要研究有效的加密算法和防护措施，防止数据被 窃取或篡改。同时，还需要加强数据备份和恢复机制，确保数据的可靠性和完整性。
机载总线技术应用综述及其对飞机性能的影响
机载总线技术应用综述及其对飞机性能的影响目前，主要应用于飞机上的机载总线技术有：1.面向数据传输的机载总线技术：如ARINC429、ARINC629等。
这些总线技术主要用于传输飞机的遥测数据、控制命令等重要信息，具有高可靠性和高实时性的特点。
2.面向嵌入式系统的机载总线技术：如MIL-STD-1553B、AFDX等。
这些总线技术主要用于传输飞机上各个控制单元之间的数据，实现飞机各个子系统之间的通信和协同工作。
3. 面向高速数据传输的机载总线技术：如Gigabit Ethernet、Fibre Channel等。
这些总线技术主要用于传输大容量的数据，如高清视频、高速图像处理等。
1.提高飞机系统的可靠性和可维护性：通过应用机载总线技术，可以减少飞机上的电缆数量，简化飞机的布线结构，降低故障发生的概率，并且减少故障排查和维护的难度。
2.提高飞机系统的实时性和响应速度：机载总线技术能够提供高速的数据传输能力，使得飞机各个子系统之间可以快速地交换数据和信息，提高飞机的反应速度和工作效率。
3.提升飞机系统的数据交换能力和灵活性：机载总线技术可以实现多个设备之间的数据共享和交换，使得飞机各个子系统可以实时地共享数据和信息，提高飞机系统的整体效能。
4.降低飞机系统的重量和能耗：应用机载总线技术可以减少电缆的使用，降低飞机的重量，提高飞机的燃油效率，从而降低飞机的能耗和运行成本。
总之，机载总线技术的应用对飞机的设计和性能有着重要的影响。
它能够提高飞机的可靠性、实时性和灵活性，降低飞机的重量和能耗，同时也简化了飞机的布线结构，提高飞机系统的整体效能。
随着航空科技的进步和飞机的不断发展，机载总线技术将在未来得到更广泛的应用和发展。
航空总线简介(1553B、429、CAN)
航空总线简介：MIL-STD-1553B（GJB289A）总线简介MIL-STD-1553B是一种具有可确定性的、传输可靠的数据总线。
特别适合使命关键的计算模块与实时传感器和控制器之间互连的应用。
20多年来，它广泛地应用于不同的军事平台(航空系统、地面车辆系统、舰艇系统) 系统,已经发展成国际公认的数据总线标准。
国内航空航天部门都已开始采用该总线进行数据传输、而且许多新型号同类产品也正拟采用该总线用于航电的通讯。
不难看出未来的十年到十五年内它仍将是国内航空航天的主要航电总线之一。
随着现代航电综合化要求的加强，航电通讯系统的重要性不断提高，MIL-STD-1553B作为目前首选的航电总线，其关键作用也日益突出。
在军事方面，目前正进入信息化作战的新时代。
西方发达国家的武器平台绝大部分采用MIL-STD-1553B总线作为连接各个分系统的神经枢纽，可以说基本实现了武器平台的信息化。
这些武器平台包括：战斗机、武装直升机、坦克、战车、军舰，甚至导弹等。
我国军队正处在由机械化到信息化的起步阶段，我国新型战斗机已经全面换装GJB289A(MIL-STD-1553B)数据总线,如：歼八II、歼11、"山鹰" 号新一代教练机、FC-1等，我国军舰也正在采用MIL-STD-1553B数据总线，例如167驱逐舰。
其它武器平台也将逐步采用GJB289A(MIL-STD-1553B)数据总线。
ARINC429总线简介ARINC 429是一种航空电子总线,是美国航空无线电公司(ARINC)制定的航空数字总线传输标准，定义了航空电子设备和系统之间相互通信的一种规范。
它将飞机的各系统间或系统与设备间通过双绞线互连起来,是各系统间或系统与设备间数字信息传输的主要路径,是飞机的神经网络.规范是在ARINC419的基础上立草的,但又独立于ARINC419.过去许多航空设备采用的航空总线种类各异(如ARINC453,ARINC461/568,ARINC573,ARINC575,ARINC582),很难互相兼容.现代飞机电子系统要求各机载航空设备使用统一的航空总线,方便系统集成.ARINC429就是在这种需要下形成规范.ARINC429它具有接口方便,数据传输可靠的特点.目前已经是商务运输航空领域应用最广泛的航空电子总线,如空中客车的A310/A320,A330/A340飞机,波音公司的727,737,747,757和767飞机,麦道公司(97年与波音公司合并)的MD-11飞机等等.另外ARINC429也有在导弹,雷达等领域得到了应用. ARINC429协议规定使用双绞屏蔽线以串行方式传输数字数据信息，信息为单向传输，即总线上只允许有1个发送设备，可以有多个(≤20个)接收设备。
机载数据总线简介
1.3.8机载数据总线对比
通过对上述机载数据总线的综合研究，从 数据传输速率、单消息字节数和最大节点 数几个方面对比，
全双工交换结构消除了在半双工以太网中可能遇 到的碰撞。但是，Rx和Tx缓冲区可能会溢出，其 解决方法是为航空电子系统分配大小合适的缓冲 区，以避免溢出；另一方面，全双工交换式以太 网中信息包的阻塞也是不可避免的，作为代替碰 撞和重发的交换机结构中，还可能产生抖动，这 主要是一个信息包等待另一个信息包传输的随机 延迟而引起的，这就要求系统中的抖动必须得到 控制，以便所有的通信是确定性的。
ARINC429总线结构简单、性能稳定，抗干扰 性强。最大的优势在于可靠性高，这是由于非 集中控制、传输可靠、错误隔离性好。 ARINC429特点如下： 1、传输方式 2、驱动能力 3、调制方式 4、传输速率 5、同步方式
1、传输方式
单向方式。信息只能从通信设备的发送口输出，经传
输总线传至与它相连的需要该信息的其他设备的接口。但
1.3.3 MIL-STD-1553B数据总线
应用领域 主要特征 数据总线典型拓扑结构 总线控制方式 总线上的信息流
应用领域
1553B是为适应工业和军事的需要而提出， 具有很高的可靠性和灵活性，加之技术比 较成熟，所以应用比较广泛。
目前，已广泛地应用于军事、工业和科技 领域，从大型运输舰、空间补给站、轰炸 机到各种战斗机，以及直升机，都有其应 用，它甚至用于导弹系统，以及用作飞机 器和导弹之间的基本通信协议。
SCI(scalable Coherent Interface)可变规模 互连接口，是一种可以提供千兆位互连带 宽和微秒级传输延迟的高性能系统互连技 术。
SCI基本协议包括3个层次：物理层、逻辑 层和缓存一致层(可选)。
航空航天数据总线技术综述(二)
航空航天数据总线技术综述（二）在上一期的“航空航天数据总线技术发展综述（一）”中，我们主要介绍了MIL-STD-1553B、ARINC429、MIL-STD-1773、ARINC629、CAN总线等中低速的航空航天数据总线技术，本期将针对IEEE1394、FDDI、LDPB及SpaceWire等部分中高速数据总线技术进行详细介绍。
1.IEEE1394总线IEEE1394是由IEEE制定的一种高性能串行总线标准，又名火线(FireWire)。
IEEE 1394协议分为1394a、1394b等，其中1394b可支持高达3.2 Gbps传输速率，并支持光纤传输。
IEEE1394作为商用总线，近年来发展迅速，不仅在工业和测控领域被广泛应用，而且已经逐步深入到航空航天及军事应用领域。
基于1394b的光纤总线系统具有计算能力强、吞吐量大、可靠性高、易于扩展、维护方便、且支持点对点通信、广播通信及支持热插拔等优点，为多模态传感系统、在线实时检测和视频图像传输提供了广阔的空间。
因此，基于1394b光纤总线的军事应用，对于提高武器系统打击精度、机动性和快速性具有重要意义。
IEEE1394b已经使用在军用飞机上，并作为F22猛禽战机上的视频总线，同时也在F35上有所使用。
2、FDDI总线光纤分布式数据接口( FDDI: Fiber Distributed Data Interface) 高速总线由美国海军研究中心提出,由美国国家标准局（ANSI）于1989年制定的一种用于高速局域网的MAC标准。
FDDI是一种按令牌协议传输信息、实现分布式控制、分布式处理的光纤介质总线网络系统。
“令牌”是一个特别定义的信息帧，只有令牌明确寻址的终端才可在总线上发送信息，对总线上每个终端都给定一个握有令牌的时间期,在终端握有令牌的时间期内, 终端主控工作, 可发送信息给其他终端。
FDDI传输速率可达100Mbps，FDDI具有传输速率高、传输距离长、覆盖范围大、可靠性高、安全性高、支持可动态分布传输的特点，因此在上世纪90年代作为先进的光纤组网技术得到了发展与应用。
常用的民用航空器机载数据总线浅析
◼引言民用航空器对航空电子设备传输的速度、可靠性、性能、效率的需求，航空电子设备在复杂结构系统中的运用，航空器机载数据总线在整个飞机航电系统架构中起着核心作用，可以比喻成飞机的“经脉”，贯穿整个飞机系统，操作飞机运转的神经中枢。
新一代的总线技术不断地推出，以适应和满足高速发展的航空电子系统的需求。
在我国大飞机事业迅速发展的背景下，加快民用航空器机载数据总线的研究，以满足自主研发、自主设计、自主制造的需求。
◼1 航空机载数据总线概述民用航空器机载数据总线技术是实现各设备系统之间的数据通信，各设备和子系统之间通过总线联系在一起，组成整个庞大的航空系统网络。
目前民用航空器运用最广泛的是ARINC429数据总线、ARINC629数据总线，以及近几年推出的AIRNC 664 AFDX数据总线。
◼2 应用广泛的航空机载数据总线2.1 ARINC429数据总线民用航空器数据总线一个重大的变革是20世纪70年代和80年代 ARINC429总线的应用，总线上不再需要控制器，以最高100 KB/s的传输速率在各种航空电子设备之间传输数据。
ARINC429全称是数字式信息传输系统，是由美国航空电子工程委员会（AEEC）制定的一种民用航空器机载总线规范。
ARINC429总线通信方式是用带有奇偶校验的32位信息字，并采用双极型归零的三态调制编码方式。
ARINC429总线结构简单、性能稳定、抗干扰性强，最大的优势在于可靠性高。
ARINC429数据总线开启了航空电子设备的数字时代，它是一种相对比较慢的串行双绞线数据总线，总线使用的是非集中控制方式。
ARINC429总线上只有一个终端可以发送，多达20个终端可以接收，这使得总线上数据传输有序稳定，不会存在单点故障，传输可靠，错误隔离性好，大大提高了数据传输的稳定性和可靠性。
但ARINC429总线从主系统发出数据，传输到子系统，子系统是不会反馈确认信息的，如需要子系统反馈确认信息主系统，还需要增加另一条总线。
机载数据总线简介课件
MIL-STD-1553 总线广泛应用于现 代飞机和直升机的航空电子系统中。
军事应用
由于其高可靠性和实时性，MIL-STD1553 总线广泛应用于军事系统中。
05
机载数据总线的发展趋势
高性能机载数据总线的需求
提升数据传输速度
随着航空电子技术的不断发展，机载数据总线需 要更高的数据传输速度来满足实时性要求。
高可靠性
ARINC 429总线具有较高的可靠性，它采用 了冗余设计，即使在某些设备出现故障的情 况下，整个系统的正常运行也不会受到影响 。
实时性
ARINC 429总线支持实时传输数据，能够满 足机载设备对数据传输的实时性要求。
灵活性
ARINC 429总线采用了标准的接口设计，不 同厂商生产的设备可以方便地进行互连互通 ，这为飞机系统的升级和维护提供了极大的 便利。
抗干扰能力强
RS 422 总线采用差分接收技术 ，能够有效抑制共模干扰，提高 系统的抗干扰能力。
灵活的连接方式
RS 422 总线支持点对点的连接 方式，可以灵活地连接多个设备 ，实现数据的高速传输。
01
传输距离长
RS 422 总线采用平衡驱动和差 分接收，使得传输距离得到显著 提升，能够在较长距离上保持稳 定的传输性能。
ARINC 629 总线
是一种高速、大容量、高可靠性的机载数据总线，适用于大型客机和军用飞机等高端航空 领域。
AFDX（Avionics Full-Dup…
是一种基于以太网的机载数据总线，具有高带宽、低延迟、高可靠性等优点，适用于新一 代飞机和航空电子系统的互联。
02
ARINC 429 总线
ARINC 429 总线的特点
ARINC 429 总线的组成
航空航天数据总线技术综述（三）
航空航天数据总线技术综述（三）航空航天数据总线技术发展综述（三）在上一期的“航空航天数据总线技术发展综述（二）”中，我们主要介绍了IEEE1394、FDDI、LDPB及SpaceWire等部分高速航空航天数据总线技术，本期将针对AFDX、TTE、Ethernet及FC总线等通信速率达到百兆以上的高速数据总线技术进行详细介绍。
1. AFDX总线技术航空电子全双工交换以太网（AFDX：Avionics Full-Duplex Switched Ethernet）是基于标准（IEEE802.3以太网技术和ARINC664 Part7）定义的电子协议规范，主要用于实现航空子系统之间进行的数据交换。
AFDX是通过航空电子委员会审议的新一代机载以太网标准，AFDX允许连接到其他标准总线如ARINC429和MIL-STD-1553B等，并允许通过网关和路由与其他的适应ANIRC664但非确定的网络通讯。
AFDX是大型运输机和民用机载电子系统综合化互联的解决方案。
AFDX的传输速率可达100Mbps甚至更高，传输介质为铜制电缆或光纤。
AFDX中没有总线控制器，不存在1553B中集中控制的问题。
同时，AFDX采用接入交换式拓扑结构，使它的覆盖范围和可支持的节点数目远远超过了1553B总线。
AFDX的主要特点如下：(1) 全双工:物理层的连接介质是两个双绞线对，一对用于接收，另一对用于发送；(2) 交换式网络:网络连接采用星型拓扑结构，每个交换机最多可连接24个终端节点，交换机可以级联以实现更大规模的网络；(3) 确定性:网络采用点到点网络，通过使用虚连接以保证带宽；(4) 冗余:双重网络提供了更高的可靠性；(5) 网络传输速率可选择10Mbps或100Mbps 。
空中客车公司在最新研制的A380飞机上就率先采用AFDX总线，同时波音公司在最新研制的787和747-400ER飞机中也采用了AFDX 作为机载数据总线。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
航空电子系统几种主要数据总线应用特性分析
70年代以来，随着微电子、计算机、控制论的发展，使得航空电子系统的发展更为迅速。
1980年美国专门制定了军用1553系列标准和ARINC系列标准，使数据总线更加规范化。
目前自动化程度较高的军、民用飞机，如F-16、F-117、幻影2000、空中客机A340等都采用了总线技术。
数据总线技术在我国航空电子系统设计中已有十几年的设计和使用经验，本文就常用的MIL-STD-1553B、ARINC429、CSDB、ARINC6路总线（561、568、582）和ARINC629总线从构成、特性以及应用等几方面进行讨论和阐述。
1总线的构成
一旦设计者确定了基本的飞电系统结构后，最重要的是总线布局，它对系统性能具有重要影响。
总线可以是单向的，也可以是双向的。
最常用的单向总线设计的依据是ARINC429规范MARK33数字式信息传输系统。
双向总线布局基本上有三种形式：线性的、网状的、星形的。
通常根据MIL-STD-1553B飞机内部时分制指令/响应式多路传输数据总线规定：总线要有一个中央总线控制器。
线性的双向总线布局设计最常用。
设计时，要注意采用特别的预防措施，否则容易产生单点失效（可运用故障树分析技术检查）；网状布局可用于通用的先进容错系统，优点是：利用节点控制器来断开失效或破坏的网段，可成功地实现容错，其他无损坏的网段上，按规定路线发送信号，系统的全部功能可重构；星状结构的布局除具有上述优点外，还可明显地减少耦合损耗，但灵活性较差。
2几种总线的特性分析
2.11553B总线特性分析
1553B总线为总线控制器和所有有关的远程终端之间提供了一条单一数据通路，包含双绞屏蔽电缆、隔离电阻、变压器等所有硬件。
远程终端（RT）是1553B总线系统中数量最多的部件，事实上，在一个给定的总线上最多可达31个远程终端。
远程终端仅对它们特定寻址询问的那些有效指令或有效广播（所有RT同时被寻访）指令才作出响应。
它可以与它所服务的分系统分开，也可嵌入分系统内。
1553B总线的第二个特性是位优先权。
它首先发送数据字中的最高位，接着按数值递减的次序发送较低有效位。
第三是传输方法，。