导弹总线网络控制体系时延补偿方法研究

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1、导弹总线网络控制体系时延补偿方法研究第1章绪论1.1研究背景与研究意义以数字控制技术和网络通信技术为根本动力的新军事技术变革，改变了战争的作战形态和模式。随着第二代多用途信息处理系统的成功运用，数据总线传输方案在导弹领域越来越受到重视。传统的点对点控制系统结构所显现出来的布线复杂、维护困难、可扩展性差、成本高等一系列的问题日益突出，难以满足不断发展的导弹控制系统的性能要求。为克服这些缺陷，导弹越来越多地采用了数据总线技术。以总线的形式取代点对点控制的电缆网，这对提升了导弹武器系统的整体性能有着重要意义：第一，可以

2、提升导弹的投掷能力，总线网络的复用特性会很大程度上减少线缆的使用，信息传输较为简便，减轻导弹控制装置的质量，能提高导弹的有效射程和增加弹药的投掷量；第二，可以提高系统的可靠性，网络控制系统减少了连接器数量和电缆长度，削弱了数字传输中的衰减，失真小，抗干扰能力强，能更好地实现发射平台电子设备的电磁兼容；第三，总线网络方案有利于采用自动检测等先进的测控技术，减少相应辅助设备数量，缩短发射准备时间，对于部队机动作战和提高生存能力具有重要意义[1]。当前应用最多的导弹总线为MIL-STD-1553B总线，它是1978年美

3、国提出的飞机内部时分指令／响应式多路传输数据总线标准，起初只是在航空电子综合化系统中应用，但随着应用的巨大成功，80年代以后，西方国家在飞行器、舰船、导弹、战车等很多的军用机动平台都运用了1553B总线方案[2]。国内也对1553B总线进行相应的研究，制定出国军标GJB289A和GJB26339[3]，并应用于试验卫星和国产先进战斗机。近年来，面向汽车工业的CAN总线因为性能出色、价格低廉的特点，受到网络控制学者的重视，用在导弹、航空、航天等领域的倾向更加明显，如欧空局2003年发射的SMART-1卫星的有效载荷

4、总线与系统总线都采用了CAN总线[4]；清华大学研究的清华纳星一号和中国空间技术研究院的小卫星平台也都是运用了CAN总线[5]。如SAE4074的新型数据总线采用光纤介质与定向数据分配协议，使得信息的传输速率更高，传输容量更大，同时适应性更好，例如美国爱国者导弹发射系统采用了以光纤为信号传输介质的发控系统，该发控台可同时控制6个导弹发射台，大大提高了该导弹的作战效能[6]。1.2网络控制系统概况网络控制系统是计算机网络技术、传感器技术、控制技术以及通信技术日益发展和相互交融的产物，由于其具有广泛的应用和广阔的前景

5、，所以从概念的首次提出开始，就引起世界上许多通信、计算机以及控制等领域众多研究者的极大关注，逐渐成为自动控制以及通信这两大领域的研究热点[7,19]。网络控制系统是把网络作为信息传输的媒介，实现传感器、执行器以及控制器等各部分之间的信息传递，从而实现控制、远程检测和资源共享[19-20]。从技术角度上看，无论网络控制系统的产生还是发展，都是依赖于数据通信技术以及无线通讯技术的进步，这些是网络控制系统产生与发展的基础和支持条件，同时也是网络控制系统重要的组成部分。从另一角度来看，网络控制系统的产生和发展，也促进了数

6、据通信技术以及无线通讯技术的不断发展，使其功能不断丰富和完善，不断地扩充各种系统管理、控制网络的管理协议、控制模块等内容，超出了原有的定位范围，成为控制系统与网络管理的综合应用，而不仅仅是通信标准与技术。第2章导弹总线网络控制系统时延分析2.1总线特性分析在对导弹总线网络控制系统进行分析之前，首先要解决的问题是选择适合导弹这一特定对象的控制总线。目前实际应用中的总线主要有1553B总线、CAN总线以及工业以太网等，本章通过对这些总线的特性进行对比分析，以CAN总线作为导弹网络控制系统的控制总线。1553B总线是一

7、种时分指令响应式多路传输数据总线标准，是集中式的时分串行总线，主要特点是分布处理、集中控制和实时响应[41]。下面分析其特性。控制方式方面，1553B总线以指令/响应式来工作，消息的传输由控制器的指令进行控制，对应终端接收来自控制器的指令，并及时地向控制器返回指令完成的情况。1553B的传输方式为时分复用，即无论什么情况仅仅允许一个终端占据总线，并且终端间彼此错开发送时间，这样所有的终端才能共享总线。总线监视器是1553B的第三类终端，主要负责导弹信息的记录和分析，不参与总线的操作。容错机制方面，冗余备份是155

8、3B总线采取的容错措施，电缆和接口均采用双冗余措施，其备用总线可随时用来替换，即若主总线无法正常工作，备用总线可以切换到主总线的位置，这样就避免整个网络的瘫痪。如果终端设备发生了故障，则不会对整个网络产生影响，所以终端不需要备份。这样的冗余度设计，大大地提高了无论是子系统还是总系统的无故障平均工作时间，显然具有很强的可靠性[42]。消息类型与字长方面。1553B总线消息由