弹载遥测系统1553B总线参数解析方法

梁亦聪，唐 强，张景鹏，马 泽

(西安机电信息技术研究所，陕西 西安 710065)

0 引言

遥测系统服务于各型导弹武器系统，测试参数包含多种通信接口。近些年，应用于无人机平台的智能弹药武器系统测试中越来越多地使用数字式时分制指令/响应性多路传输数据总线。文献[1]对1553B总线的遥测数据处理分析讨论，侧重架构格式对总线消息的解析处理，提出1553B总线消息解析的关键三要素的说法，并实现了数据解析的功能。但是弹载装置作为BM总线监控设备，需要针对多种类型的信息格式进行综合解析，硬件设计中使用的1553B接口芯片的输出数据格式与传统弹载遥测数据组帧采集策略存在差异，使得遥测数据处理软件不能直接解算。本文结合1553B总线数据结构，提出遥测弹载采集编帧方式和遥测数据处理数据库加载模式相结合的软件处理策略，将1553B数据和遥测数据统一编帧，由地面数据处理软件完成消息拆包和提取，解决数据处理软件功能扩展遇到的问题。

1 1553B总线数据结构模型

1.1 1553B数据结构

1553B总线最初由美国空军用于航空电子系统，该多路传输数据总线被广泛用于飞机综合航电系统、外挂物管理与集成系统，并逐步扩展到坦克、舰船、航天等系统级领域。在我国，1553B总线遵循GJB 289A—97《数字式时分制指令/响应性多路传输数据总线》。近年来，陆陆续续很多导弹武器系统中引入了1553B总线技术，该总线极大地减少了武器系统中设备及电缆数量，减轻飞行器重量，同时由于总线具备的高可靠双冗余特性，也增加了武器系统信号传输可靠性。

MIL-STD-1553总线是飞机内部时分制命令/响应式多路复用总线[1]。1553B总线能挂31个远程终端，总线采用命令/响应型通信协议。1553B有三种终端类型：总线控制器(BC)、远程终端(RT)和总线监视器(BM)；信息格式包含BC到RT、RT到RT、广播方式和系统控制方式；1553B总线多冗余度总线型拓扑结构，具有双向传输特性，速率通常有1 Mbps和4 Mbps，传输方式为半双工方式，采用曼彻斯特码进行编码传输[2]。

1553B数据总线由消息流组成，分成指令字、状态字和数据字三种类型，字定义是一个信息序列长度为20位，其中16位有效位，每个字的前三位为同步字头，最后一位是奇偶校验位，如图1所示。

图1 1553B总线字格式Fig.1 1553Bus word format

弹载遥测系统主要服务于各型空地战术导弹和远程火箭武器系统，弹载1553B总线与外挂物管理集成系统和飞控装置相关[2]。弹载1553B总线消息根据接口控制文件传输格式，具体消息格式包括以下几种形式：

1) 总线控制器向远程终端传输：BC向RT发出一个接收指令字及规定数目的数据字到RT，RT在核实消息后应发回一个状态字给BC；

2) 远程终端向总线控制器传输：BC向RT发出一个发送指令字，该RT核实指令字后，应发回一个状态字给BC及规定数目的数据字；

3) 不带数据字的方式指令；

4) 带数据字的方式指令(发送)；

5) 带数据字的方式指令(接收)；

6) 总线的消息间隔根据GJB 289A中的规定，消息之间的最小间隔为4 μs，远程终端响应有效指令字的时间间隔为4～12 μs。

1.2 武器系统模型框架

通常机载武器系统的信息交联关系如图2所示，外挂管理系统作为导弹武器系统的BC，在多弹挂装时RIU同时作为外挂管理系统的RT和多枚导弹的BC数据控制及管理，导弹的一体化飞控装置作为RIU的远程终端，遥测装置负责导弹系统数据采集及传输。

1.3 参数解析需求分析

1553B总线消息的解析方法研究主要是根据1553B总线中的总线数据架构特点、特征信息头等来完成数据处理软件解析[3]。弹载武器系统1553B的消息格式如表1所示。文献[3]提出的架构一、架构二仅仅是在总线空闲时填入了特征码0xZZ信息，形成了1553B信息帧，可是多个RT地址间不同的消息格式不易区分，架构三和架构四是未做特殊处理的设计思路，直接透传总线所有消息格式，适用于单一总线数据解析设计。

图2 机载武器信息交联示意图Fig.2 Schematic diagram of airborne weapon information crosslinking

表1 弹载武器系统1553B的消息格式Tab.1 Message format of projectile borne weapon system 1553B

本文涉及的遥测弹载装置测试数据中除了1553B总线还包括RS422、模拟量信息和图像信息等信息，弹载1553B总线数据会在遥测帧中占据较大的数据带宽，通常的信息量会在每秒4万字节左右，弹载遥测装置往往受到空间尺寸、总体需求以及经济性影响，未使用专门的接口协议芯片。

此外，弹载遥测装置下传输数据的信息格式也要适用常规的地面遥测参数处理软件[4]。遥测地面数据处理软件一般会根据接口控制文件中规定的数据格式配置不同的ACCESS文件数据库，数据处理时直接调用。弹载1553B总线消息传输格式多种多样，时间间隔短，很难用传统的固定数据子帧+固定数据库加载模式进行数据解析。

综上，软件需求设计1553B总线参数解析方法是从消息解析三要素消息包头特征字、步长和合理完整消息包结尾标志码入手，综合弹载系统中遥测装置设计多总线综合的实际情况。

2 弹载遥测系统1553B总线参数解析方法

2.1 弹载遥测装置总线接口硬件设计

根据1553B总线数据采集方式，遥测装置中1553B接收电路包括隔离变压电路、模拟接收电路和信息解码电路，其中解码电路与遥测编码器集成在一块FPGA芯片中[5]。隔离变压器采用PM公司DB2725芯片，模拟接收电路采用HOLT公司HI1573接收芯片，解码器采用Altera公司EP3C25E144I7FPGA芯片进行数据采集，内部进行数据解码。具体电路图如图3所示。

图3 1553B硬件设计示意图Fig.3 1553B hardware design diagram

2.2 弹载遥测装置1553B总线数据文件架构设计

标准遥测帧结构定义为“时间码”+“主帧帧头”+“数据帧”。时间码由遥测地面站接收时存盘添加，子帧帧头从相应的子帧通道里提取合并数据，形成*.dat二进制文件。遥测弹载1553B接收转发策略为等待接收，实时转发方式。

2.3 针对1553B信息初步解析软件设计

弹载软件策略设计基于FPGA平台Verilog语言编写了曼彻斯特解码程序块、RS422异步通信接收程序块、图像压缩转发程序块、模拟量采集程序块以及弹载采集编码程序块完成混合编帧。

1553B软件主要为FPGA内部对曼彻斯特码的解码器设计和数据流控制设计，其中解码器部分包括接收器、同步检出、数据检出、错误检出、奇偶检测和位/字计数等功能，解码器设计框图如图4所示[6]。

图4 1553B软件设计示意图Fig.4 1553B Software design Diagram

软件策略处理流程主要包括：

1) 同步头检测，当检测到同步头后触发整个解码过程开始，并给出同步头类型；

2) 检测到同步头后，计数器开始计数，在计数器的控制下进行解码。包括码型转换与移位操作、同步头类型输出、曼彻斯特码型校验、奇偶校验、字连续性校验等；

3) 当码的串并转换以及各种校验都完成后，给出并行数据和校验结果信号，在计数器的控制下最终给出数据有效信号data_ready。协议模块可在该信号有效(高电平)时检测其他校验信号，并决定是否取走并行数据。

2.4 动态数据子帧软件设计

不同的武器系统传输协议会有差异，弹载数据编码引入了“动态数据子帧”的设计思路，弹载编码控制单元会将RS422总线信息、模拟量信息、1553B数据编帧时插入帧头识别码，用于多路信息分路。弹载遥测装置首先对混编遥测主帧的1553B消息进行参数解析，其次依据接口控制文件对解析出的消息原码进行二次处理，动态组成数据子帧[6]。这样处理避免了采集1553B总线对传统遥测帧改动较大的问题，在数据处理上有良好的继承性。

遥测弹载1553B数据子帧中插入十六进制“0x7E**”的帧头信息作为标识位，总线空闲时会插入“0x88”特征信息，其余数据特征则完全依据消息格式和接口控制文件的内容进行无差异传输。

1553B曼彻斯特解码过程动态数据子帧处理策略：

1) 检测到同步头后触发整个解码过程开始，记录给出同步头类型和指令类型。如果指令字信息是数据指令，将得出16位并行数据放入缓存RAM1；

2) 若指令类型为方式指令，则将16位并行数据放入缓存RAM2，不进行校验结果检测；

3) 混编入遥测主帧时，缓存响应数据读取信号，逐一送出8位并行数据，先高后低。读出RAM1首字节前插入子帧帧头“0x7EAA”，读空时返回填充字“0x88”；读出RAM2首字节前插入子帧帧头“0x7EBB”，读空时返回填充字“0x88”。

由于1553B总线数据量大，消息间隔为微秒量级，因此考虑数据处理通用性程序架构，弹上编解码程序仅简单判读消息格式，所有数据的分包在地面数据处理完成，子帧中遥测数据的架构形式一般分成以下几种数据处理架构：

1) 接收到单独的BC至RT或RT至BC的数据包帧；

2) 接收到连续的BC至RT或RT至BC的数据包帧；

3) 接收单独的方式指令帧；

4) 数据帧和指令帧混合型。

2.5 弹载1553B总线数据文件解析方法

基于数据架构，遥测数据中收到1553B的数据子帧格式基本可以分成表2—表5这4种格式。

表2 单独数据子帧格式Tab.2 Single data subframe format

表3 连续数据子帧格式Tab.3 Continuous data subframe format

表4 方式指令子帧格式Tab.4 Format of mode instruction subframe

表5 数据帧和指令帧混合型格式Tab.5 Mixed data frame and instruction frame format

2.6 数据处理解析过程

在表4、表5架构模式下，就可以依据传统遥测数据处理方式解析数据。1553B总线遥测数据解析的方式解析消息包括子帧帧头、指令字头和消息数据。具体解析步骤如下：

1) 用子帧帧头区分消息帧的类型。编写遥测数据库及配置文件，用子帧帧头作为判读依据转化为数据消息帧文件和指令帧文件；

2) 当判读到子帧帧头为“0x7EAA”，根据接口控制文件中包含的消息帧内容识别字，从数据消息帧逐两个字节顺序搜索消息包头特征字，进一步区分消息类型，如“悬挂物描述”消息或“诸元信息”等。解析指令字确定远程终端地址内容、收发方式、子地址或指令方式、数据字长度等信息；

3) 根据数据字长度信息截取规定字节长度即接收了完成的数据帧内容；

4) 状态字为总线控制器和远程终端数据响应反馈时，遥测数据预处理可不做进一步解析，直接反馈总线状态，原码记录并存盘形成文件；

5) 继续判读后两位数据是否为“0x88”，若是则结束即完成一个消息包的解析；如果不是，即架构格式为表2或表4所述，确定为新的一个消息。随即逐两位判读是数据指令字信息还是方式指令信息，如果是方式数据指令包帧，重复步骤2)～4)的操作；若是方式指令，原码记录并形成存盘文件；

6) 当判读到子帧帧头为“0x7EBB”，判定接收的消息为指令信息，依据GJB 289A内容及表3的格式原码记录并存盘形成文件；

3 实验结果与分析

经过上文论述的弹载遥测系统1553B总线参数解析方法，结合多次实验联试联调验证，实验结果符合设计要求。1553B总线仿真器设置参数界面，可以模拟总线多节点RT数据输出及矢量字设置，仿真器接入弹载遥测装置通过遥测地面站进行数据接收，经遥测数据处理软件解析。

经过2.6节步骤解析后，形成解析之后的1553B总线文件，图5是解析出来的消息数据，图6为指令帧格式数据，最左侧为遥测时间信息，右侧的各列代表数据内容(HEX)。形成的数据文件可作为导弹总体数据分析软件的信息源文件直接读取分析。

图5 解析数据文件输出格式Fig.5 Parse the data file output format

图6 解析指令文件输出格式Fig.6 Parse the instruction file output format

本文提出的软硬件结合的遥测弹载1553B数据处理方法能够快速简单地完成消息拆包和提取，可以在总体数据判读软件上直接被调用分析，结合多次实验联试验证，能够满足武器系统使用需求。

4 结论

本文对作为导弹、火箭弹等武器系统飞行器系统悬挂物的1553B通讯接口接收及数据解析进行分析，沿用了传统的遥测数据处理办法，结合弹载1553B总线接收策略，配置了符合接口控制文件的消息数据库，将复杂的总线消息转换为易读的标准二进制或十六进制文件形式，方便植入武器系统总体分析数据库进行数据综合评价。通过系统测试及靶场实际飞行试验验证，该方法简单有效，符合武器系统对遥测数据提出的要求。