基于FC网络的航空电子系统时间管理

汪智超，汪海涵，赵兀君

(1.海军装备部驻南昌地区军事代表室，江西 南昌 330000；2.中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001)

0 引言

电子工业的飞速发展使得航空电子系统不断更新换代，以前的分立式和联合式航空电子系统架构已不能满足飞行器的使用需求，取而代之的是综合模块化架构，网络总线也由低速总线(ARINC429、RS422、GJB289A等)改为高速总线(FC光纤总线)互联。

专用武装飞行器由以前的单机作战转为多机/多平台协同作战，采用多传感器协同工作，如雷达、电子战、光电等。航空电子系统采用综合模块化架构，使用综合一体化设计思路对各个功能进行一体化设计[1]，主网络采用FC光纤总线构建的星型网络。

子系统间将涉及大量数据的高效实时共享和交互，保障整个网络时间从源头获取准确有效，并正确同步给各个设备/模块就变得越来越重要，将直接影响飞行器的传感器数据融合和作战效能。因此，在遵循ASAAC标准的基础上，提出一种典型的基于FC网络的航空电子系统时间管理方案，包括时间获取、同步、分发等过程。

1 时间概述

目前普遍采用的时间协议为简单网络时间协议(SNTP：Simple Network Time Protocol)[2]，SNTP是NTP协议的一个简化版本，SNTP可以提供1～50ms的精确度，主要应用于互联网上的各个独立系统。

航空电子系统网络时间分为北京日历时间和平台时间，参考三个时间体系：绝对全局时间(AGT：Absolute Global Time)、绝对本地时间(ALT：Absolute Local Time)和相对本地时间(RLT：Relative Local Time)。AGT通常指飞行器之间及自身的真实时间，可以通过人工输入、地面设备的自动获取和从全球可用的卫星(BD、GPS、GLONASS)获得。ALT是航空电子系统内部时间，上电时初始化，能够用于功能应用更高精度的同步，如保持多个冗余处理间的时间一致性；RLT是航空电子系统中各个CFM(Common Function Module)的本地时间，主要用于软件进程的精确同步。时间精度：AGT

在ASAAC标准中[3]，对航空电子系统提出的精度要求见表1，工程应用中的实际使用精度会更高。

表1 子系统时间精度需求(ASAAC)

2 时间管理方案

2.1 时间源授时

守时模块接收外部时间源输入作为时间基准。时间获取有四个，分别为：时钟模块时间、卫星模块时间、数据链模块、人工输入时间，如图1所示。

图1 时间源授时过程示意图

要求如下：

1) 时钟模块：将自带的独立离散北京日历时间下发给守时模块，同时接受守时模块发送的有效卫星时间(东八区)，包括完整的年月日和时分秒信息；

2) 卫星模块：可通过射频信号、秒脉冲或B码将卫星时间信息(东八区)下发给守时模块，包括完整的年月日和时分秒信息；

3) 数据链模块：在数据链对时模式下，接收地面站发送的数据链时间信息，由数据链模块完成时间解析并以B码形式发送至守时模块，包括完整的年月日和时分秒信息；

4) 人工时间：由飞行员根据需要从外部输入设定的时间到守时模块，包括完整的年月日和时分秒信息。

2.2 时间源同步

卫星时间如果采用秒脉冲或者B码，守时模块需在准秒时刻的上升沿同步，使时间误差可控，针对数据链时间的B码，守时模块同样需要在准秒时刻的上升沿同步，使时间误差可控。

2.3 守时

守时模块上电后，采用铷钟作为计时参考，对数据链时间(T0)、卫星时间(T1 东八区)和人工时间(T2)三个时间按公历历法规则进行计时。上电初始时刻，三个时间信息均以RTC芯片内读取的时间作为时间基准，分别进行在线守时。各时间信息的处理遵循以下原则：

1) 在正确解析数据链模块的B码信息并通过时间有效性判断后，以数据链模块时间更新T0的时间基准，进行在线守时；

2) 在正确解析卫星模块的射频信号/秒脉冲/B码并通过时间有效性判断后，以卫星模块时间更新T1的时间基准，进行在线守时，同时将有效卫星时间发送给时钟模块；

3) 人工时间通过总线进行授时，若接收到有效人工输入时间，则按人工输入时间更新T2的时间基准，进行在线守时；

4) 时钟模块接收到守时模块转发的有效卫星时间后，自动修正本地的离散时间。

根据系统设计策略，平台时间选择需要的守时时间T0、T1、T2为AGT。

2.4 时间分发

在FC光纤网络中，网络时钟同步服务端口能周期性接收SYN原语信号，由SYNx，SYNy和SYNz组成，并能识别和处理SYNx、SYNy、SYNz原语信号，在交互帧间隔中同步原语替代IDLE原语，携带42比特时钟信息，时钟同步原语定义如图2所示。

图2 FC时钟原语格式

守时模块在整个运行过程中，将ALT与AGT对应起来，构成时间对，任意时刻ALT0对应当前平台时间AGT0，将守时模块设定为FC网络中的时间服务角色。

时钟服务角色周期以SYNx、SYNy、SYNz原语信号发送它的ALT0值到其它网络终端，确保所有终端接收到相同的ALT0，同时将对应的AGT0通过应用消息FC-AE-ASM协议发送到其它网络终端。

守时模块周期转发从时钟模块获取的离散北京日历时间，通过应用消息FC-AE-ASM协议发送到其它网络终端，用于终端设备的维护及故障记录。

2.5 设备/模块时间同步

网络终端模块/设备在整个运行过程中，从时钟服务角色周期获取ALT和AGT，在接收到时钟服务角色发送的ALT时刻，本地ALT计为ALT0,对应时间服务角色发送的平台时间AGT0，在本地存储ALT0和AGT0值。

终端模块/设备的AGT计算公式：当前AGT=当前ALT+AGT0-ALT0。

3 应用

在直升机研制中，航空电子系统采用FC光纤网络，采用以上时间管理方案对整个网络进行时间设计和管理，取得了很好的应用效果：

1) 直升机平台时间与真实时间(卫星时间/数据链时间)误差满足设计要求，使直升机与直升机、直升机与其他作战平台的时间保持在同一个维度；

2) 直升机内部航空电子系统设备/模块之间的误差满足设计要求，基本满足综合模块化架构对时间同步精度和成本开支/效益比的要求。

4 结束语

文章结合工程应用，在ASAAC标准的基础上，提出了一种基于FC网络的航空电子系统时间管理可行方案，确保整个航空电子系统的网络时间准确有效，并正确同步给系统内各个设备/模块，使多机/多平台之间的时间保持一致，使整个航空电子系统设备/模块之间的时间误差可控，显著提高了传感器数据融合和作战效能，可应用到当前及未来各类直升机/战斗机。