МАГИСТРАЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕЙС ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
AIRCRAFT HIGHWAY INTERFACE

Техническое решение относится к области электротехники, а именно к устройствам, осуществляющим управление передачей данных и информационный обмен между электронными модулями в летательных аппаратах.
Из уровня техники известен двунаправленный интерфейс передачи данных ракеты (патент US №5214584, публ. 25.05.1993 г.), предназначенный для организации передачи данных полудуплексным методом между процессором, встроенным в ракету и внешними устройствами. Данное устройство включает в себя собственно интерфейс, оконечные устройства и процессор. Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и недостаточно высокая достоверность передачи информации из-за отсутствия защиты от помех.
Из уровня техники известен интерфейс повышенной надежности (патент RU №2360370, публ. 27.06.2009 г.), предназначенный для соединения сети с сетевым устройством передачи данных, и работающий в условиях агрессивной среды (например, в поезде). Данное устройство содержит входные и выходные выводы для соединения с сетью, соединительную схему, усилитель, схему фильтра общего режима, аттенюатор и схему источника питания, при этом соединительная схема имеет первый, второй и третий наборы контактов, входящих в состав первого и второго соединительных каналов и обеспечивающих изоляцию, а также передачу энергии между соответствующими наборами контактов. Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и недостаточно высокая достоверность передачи информации.
Из уровня техники также известен магистральный последовательный интерфейс системы электронных модулей по ГОСТ Р 52070-2003, включающий магистральную шину с подключенными к ней контроллером шины, оконечными устройствами и монитором шины; при этом соединения магистрального интерфейса с каждым электронным модулем производят через ответвители (шлейфы), содержащие согласующие трансформаторы и защитные резисторы с непрерывным круговым экранированием, а также гальванические трансформаторы для обеспечения достоверной передачи информации и снижения уровня помех.
Недостатками данного устройства являются сложность изготовления, в частности сложность подключения ответвителей к экранированной витой паре магистральной шины, а также обеспечение 75% экранировки трансформатора и ответвителей.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных выше недостатков и создание надежного и технологичного устройства, обеспечивающего требуемую достоверность передачи информации.
Поставленная задача решается за счет того, что магистральный интерфейс летательного аппарата включает в себя магистральную шину, выполненную в виде витой пары в экране, по крайней мере два электронных модуля, размещенных в металлических корпусах, при этом на металлическом корпусе каждого электронного модуля расположен по крайней мере один электрический разъем, соединенный с ответной частью электрического разъема, причем электрические разъемы и ответные части электрических разъемов имеют по крайней мере по шесть групп контактов, при этом в первом электронном модуле на электрическом разъеме пятая группа контактов соединена с первым выводом второго защитного резистора, шестая группа контактов соединена с первым выводом первого защитного резистора, второй вывод первого защитного резистора соединен с первым выводом первичной обмотки согласующего трансформатора, второй вывод второго защитного резистора соединен со вторым выводом первичной обмотки согласующего трансформатора, вторичная обмотка согласующего трансформатора соединена с приемником и/или передатчиком данных, а на ответной части электрического разъема первого модуля пятая группа контактов соединена с первым концом первого отрезка первого провода магистральной шины, шестая группа контактов соединена с первым концом первого отрезка второго провода, четвертая группа контактов соединена с экраном; во втором электронном модуле на электрическом разъеме первая группа контактов соединена с шестой группой контактов и с первым выводом первого защитного резистора, вторая группа контактов соединена с пятой группой контактов и с первым выводом второго защитного резистора, третья группа контактов соединена с четвертой группой контактов, второй вывод первого защитного резистора соединен с первым выводом первичной обмотки согласующего трансформатора, второй вывод второго защитного резистора соединен со вторым выводом первичной обмотки согласующего трансформатора, вторичная обмотка согласующего трансформатора соединена с приемником и/или передатчиком данных, а на ответной части электрического разъема второго модуля первая группа контактов соединена со вторым концом первого отрезка второго провода магистральной шины, вторая группа контактов соединена со вторым концом первого отрезка первого провода, третья и четвертая группы контактов соединены с экраном, пятая группа контактов соединена с первым концом второго отрезка первого провода, шестая группа контактов соединена с первым концом второго отрезка второго провода, в последнем электронном модуле второй конец последнего отрезка первого провода соединен с первым выводом согласующего резистора, второй конец последнего отрезка второго провода соединен со вторым выводом согласующего резистора, при этом составная часть по крайней мере одного из электронных модулей выполнена в виде контроллера шины.
В частном случае магистральный интерфейс летательного аппарата дополнительно включает бортовой разъем летательного аппарата, при этом первая и вторая группа контактов бортового разъема летательного аппарата соединены соответственно с первой и второй группами контактов ответной части электрического разъема первого электронного модуля проводами магистральной шины, а экран магистральной шины соединен с третьей группой контактов ответной части, причем на электрическом разъеме первая группа контактов соединена с первым выводом первого защитного сопротивления, вторая группа контактов соединена с первым выводом второго защитного сопротивления, третья группа контактов соединена с четвертой группой контактов, при этом бортовой разъем соединен с аппаратурой подготовки и пуска носителя, и контроллер шины расположен в аппаратуре подготовки и пуска носителя.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертеже, на котором представлен вариант реализации магистрального интерфейса летательного аппарата.
На чертеже обозначены:
1 - первый провод магистральной шины:
2 - второй провод магистральной шины;
3 - экран;
4 - перемычка линии передачи информации (ЛПИ) внутри устройства;
5 - места подключения ответвителей внутри устройства
6 - перемычка непрерывности экранов ЛПИ;
7 - электрический разъем электронного модуля;
8 - ответная часть электрического разъема электронного модуля;
9 - первый защитный резистор электронного модуля;
10 - второй защитный резистор электронного модуля;
11 - согласующий трансформатор электронного модуля;
12 - приемник/передатчик электронного модуля;
13 - металлический корпус электронного модуля;
14 - согласующий резистор ЛПИ.
Магистральный интерфейс летательного аппарата состоит из магистральной шины, выполненной в виде витой пары в экране 3, по крайней мере двух электронных модулей, размещенных в металлических корпусах 13, на каждом из которых расположен по крайней мере один электрический разъем 7, и ответной части электрического разъема 8, соединенных между собой и имеющих по крайней мере по шесть групп контактов, при этом в первом электронном модуле на электрическом разъеме 7 пятая группа контактов соединена с первым выводом второго защитного резистора 10, шестая группа контактов соединена с первым выводом первого защитного резистора 9, второй вывод первого защитного резистора 9 соединен с первым выводом первичной обмотки согласующего трансформатора 11, второй вывод второго защитного резистора 10 соединен со вторым выводом первичной обмотки согласующего трансформатора 11, вторичная обмотка согласующего трансформатора 11 соединена с приемником и/или передатчиком данных 12, а на ответной части 8 электрического разъема первого модуля пятая группа контактов соединена с первым концом первого отрезка первого провода 1, шестая группа контактов соединена с первым концом первого отрезка второго провода магистральной шины 2, четвертая группа контактов соединена с экраном 3; во втором электронном модуле на электрическом разъеме 7 первая группа контактов соединена с шестой группой контактов и с первым выводом первого защитного резистора 9, вторая группа контактов соединена с пятой группой контактов и с первым выводом второго защитного резистора 10, третья группа контактов соединена с четвертой группой контактов, второй вывод первого защитного резистора 9 соединен с первым выводом первичной обмотки согласующего трансформатора 11, второй вывод второго защитного резистора соединен со вторым выводом первичной обмотки согласующего трансформатора 11, вторичная обмотка согласующего трансформатора 11 соединена с приемником и/или передатчиком данных 12, а на ответной части 8 электрического разъема второго модуля первая группа контактов соединена со вторым концом первого отрезка второго провода 2, вторая группа контактов соединена со вторым концом первого отрезка первого провода магистральной шины 1, третья и четвертая группы контактов соединены с соответствующими экранами 3, пятая группа контактов соединена с первым концом второго отрезка первого провода 1, шестая группа контактов соединена с первым концом второго отрезка второго провода 2, в последнем электронном модуле второй конец последнего отрезка первого провода 1 соединен с первым выводом согласующего резистора 14, второй конец последнего отрезка второго провода 2 соединен со вторым выводом согласующего резистора 14, и контроллер шины входит в состав по крайней мере одного из электронных модулей.
В одном из вариантов исполнения при размещении летательного аппарата на авиационном носителе бортовой разъем летательного аппарата соединен с аппаратурой подготовки и пуска носителя, при этом контроллер шины расположен в аппаратуре подготовки и пуска носителя, а магистральный интерфейс дополнительно содержит бортовой разъем летательного аппарата, при этом первая и вторая группа контактов бортового разъема соединены соответственно с первой и второй группами контактов ответной части 8 электрического разъема первого электронного модуля проводами магистральной шины, а экран 3 магистральной шины соединен с третьей группой контактов ответной части 8, причем на электрическом разъеме 7 первого электронного модуля первая группа контактов соединена с первым концом первого защитного сопротивления 9 и с шестой группой контактов, вторая группа контактов соединена с первым концом второго защитного сопротивления 10 и пятой группой контактов, третья группа контактов соединена с четвертой группой контактов.
Магистральный последовательный интерфейс - это совокупность технических средств и правил, обеспечивающих обмен информацией по общей информационной магистрали. Информационная магистраль - это физическая линия передачи информации, обеспечивающая связь устройств интерфейса между собой и содержащая общую магистральную шину и ответвители, где ответвитель - часть информационной магистрали, состоящая из разветвителя и шлейфа. К информационной магистрали могут быть присоединены три типа электронных модулей: контроллер шины, оконечное устройство и монитор шины. Контроллер шины выполняет следующие основные функции: передачу команд в магистраль, участие в пересылке слов данных, принятие и контроль ответной информации о состоянии оконечного устройства. Контроллер шины может представлять собой как отдельный электронный модуль, так и входить в состав другого электронного модуля. Если в интерфейс входит несколько устройств, способных выполнять функции контроллера шины, то в каждый момент времени активным контроллером шины должно быть только одно из них, а остальные должны выполнять свои прочие функции. Монитор шины выполняет следующие основные функции: прослушивание магистрали и отбор необходимой информации, регистрацию эксплуатационных параметров. К выводам первичной обмотки трансформатора подсоединены защитные резисторы, причем их сопротивление равно 75% номинального волнового сопротивления кабеля шины с относительной погрешностью ±2%. Согласующий резистор шины должен иметь сопротивление, равное номинальному значению волнового сопротивления кабеля шины с относительной погрешностью ±2%. Согласующий резистор может быть установлен внутри N-го электронного модуля.
Рассмотрим вариант реализации магистрального интерфейса летательного аппарата в беспилотном летательном аппарате (БПЛА), имеющем в своем составе несколько электронных модулей, размещенных в металлических корпусах. Когда беспилотный летательный аппарат находится в автономном полете, то контроллер шины входит в состав модуля инерциальной системы управления. Оконечными устройствами могут быть: головка самонаведения, высотомер, инерциальная система управления, а также другие устройства БПЛА. Информационный обмен между электронными модулями осуществляется по первому и второму проводам магистральной шины, при этом первая, вторая, пятая и шестая группы контактов являются входами-выходами электронных модулей. Пятая и шестая группа контактов последнего электронного модуля соединены соответственно с первым и вторым выводами согласующего резистора. Вся магистральная линия состоит из отрезков: два провода магистральной шины в экране, при этом провода и экран соединены с группами контактов ответной части электрического разъема, соединенной с электрическим разъемом, перемычки между группами контактов электрического разъема внутри электронного модуля, группы контактов ответной части электрического разъема, соединенные с двумя проводами магистральной шины в экране, при этом другие концы проводов и экрана соединены с группами контактов ответной части электрического разъема следующего электронного модуля.
При размещении летательного аппарата на авиационном носителе, например на самолете, магистральный интерфейс соединен с бортовым разъемом летательного аппарата, который в свою очередь соединен с аппаратурой подготовки и пуска носителя, в этом случае информационный обмен между летательным аппаратом и аппаратурой авиационного носителя идет по магистральной шине через бортовой разъем и контроллер шины входит в систему управления вооружением самолета.
Предлагаемое техническое решение позволяет реализовать информационную магистраль без установки трансформатора гальванической развязки, а также экранировки согласующего трансформатора и мест подключения ответвителей (шлейфов). Информационная магистраль заводится через электрический разъем в каждый из электронных модулей и выводится через перемычку внутри электронного модуля на этом же электрическом разъеме обратно, и таким образом охватывает все электронные модули, которые необходимо соединить с магистральным интерфейсом. При этом подключение ответвителей осуществляют внутри каждого электронного модуля, что позволяет обеспечить их минимальную длину и упростить технологию изготовления устройства, а также повысить надежность его работы. Электронные модули имеют металлические корпуса, обеспечивающие экранирование находящихся внутри элементов и позволяющие использовать для перемычек внутри модуля неэкранированный провод. Магистральная шина соединена с группой контактов ответной части разъема, экран также соединен с группой контактов ответной части разъема. В качестве основной и резервной магистральной шины может быть использован покупной кабель КВСФ-75, представляющий из себя витую пару в экране и изоляции. Предлагаемое устройство обеспечивает уровень выходного сигнала от 18 до 27 В и форму выходного сигнала для требуемой достоверности передачи информации.
Рассмотрим работу магистрального интерфейса летательного аппарата на примере работы схемы устройства, представленной на чертеже.
Когда летательный аппарат находится в автономном полете, то магистральный интерфейс состоит из по крайней мере двух электронных модулей, и контроллер шины расположен в одном из них. Контроллер шины передает по магистральной шине во второй и последующие электронные модули сообщение, содержащее командное слово, ответное слово и слово данных, при этом в слове данных первыми передают наиболее значимые информационные разряды, за которыми следуют менее значимые разряды в порядке убывания. Оконечное устройство в виде электронного модуля проводит проверку достоверности командного слова, поступившего от контроллера шины, если оно достоверное и имеет адрес, соответствующий адресу оконечного устройства, то оконечное устройство отвечает достоверным сообщением на достоверное командное слово.
Когда летательный аппарат размещен на авиационном носителе, то контроллер шины расположен в аппаратуре подготовки и пуска носителя, соединенной с бортовым разъемом летательного аппарата, который в свою очередь соединен с магистральной шиной и электронными модулями. Контроллер шины передает сообщение, проходящее через бортовой разъем летательного аппарата по магистральной шине в требуемый электронный модуль в соответствии с его адресом, входящим в командное слово. Оконечное устройство в виде электронного модуля проводит проверку достоверности командного слова, поступившего от контроллера шины, если оно достоверное и имеет адрес, соответствующий адресу оконечного устройства, то оконечное устройство отвечает достоверным сообщением на достоверное командное слово.
Передачу данных осуществляют полудуплексным способом, управление передачей осуществляет контроллер шины.
Исключение трансформатора гальванической развязки и экранировки позволяет существенно снизить вес каждого электронного модуля и всего изделия в целом, что существенно уменьшает затраты на изготовление и эксплуатацию изделия.
Представленные чертежи и описание устройства позволяют, используя существующую элементную базу, изготовить устройство промышленным способом, что характеризует предлагаемое изобретение как промышленно применимое. Данное техническое решение успешно реализовано в летательных аппаратах, в частности в беспилотных летательных аппаратах.