面向武器即插即用的飞机／悬挂物接口技术研究

摘 要：【目的】飞机／悬挂物接口是实现武器与飞机集成的关键环节。面向武器即插即用开展飞机／悬挂物接口分析与研究，可以为飞机与悬挂物之间的接口设计提供参考。【方法】借鉴国外武器即插即用技术研究成果，分别从机械接口、电气接口、逻辑接口的角度开展接口需求分析，寻找出当前飞机／悬挂物接口设计中的薄弱环节，进行重点研究。【结果】通过研究分析，飞机与悬挂物之间的机械接口、电气接口应用基础较好，而逻辑接口却成为限制武器即插即用的瓶颈。因此，进一步提出了基于通用飞机／悬挂物接口框架（GASIF）的逻辑接口设计方法。【结论】飞机／悬挂物接口承担着连通飞机与运载悬挂物、任务悬挂物的关键作用，只有机械接口、电气接口、逻辑接口协同推进，才能实现武器即插即用的最终目标。

关键词：武器即插即用；飞机／悬挂物接口；通用武器接口；开放式系统互联

中图分类号：TJ762.2" " "文献标志码：A" " "文章编号：1003-5168（2024）09-0009-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.09.002

Research on Aircraft/Store Interface Technology for Weapon Plug and Play

MAO Chuncheng XIONG Yuan ZHENG Tao

（Luoyang Institute of Electro-Optical Equipment AVIC，Luoyang 471000，China）

Abstract： [Purposes] Aircraft/store interface is the key link to realize the integration of weapons and aircraft. In order to provide reference for the interface design between aircraft and store， the analysis and research of aircraft/store interface are carried out for weapon plug and play. [Methods] Based on the research results of foreign weapon plug and play technology， the interface requirements were analyzed from the perspective of mechanical interface， electrical interface and logical interface respectively， and the weak links in the current aircraft/store interface design were identified for key research. [Findings] Through analysis and research， the application foundation of mechanical interface and electrical interface between aircraft and store is better， while logical interface has become the bottleneck of restricting weapon plug and play. Therefore， a logical interface design method based on Generic Aircraft-Store Interface Framework （GASIF） is further proposed. [Conclusions] the aircraft/store interface plays a key role in connecting the aircraft with the carriage store and the mission store.Only when mechanical interface， electrical interface and logical interface are jointly promoted， can the goal of weapon plug and play be finally achieved.

Keywords：weapon plug and play; aircraft/store interface; universal armament interface; open system interconnection

0 引言

美军早在20世纪80年代就发布了MIL-STD-1760标准，该标准的贯彻极大提高了飞机与悬挂物间的互操作性，但仍不足以支撑实现武器即插即用。1998年，北约空军军械组（NAFAG）航空2组发起了一项关于如何实现飞机、发射装置及空空导弹更高水平互操作性的研究。该研究由北约工业咨询组（NIAG）具体承担，先后经历了ALWI-1、ALWI-2、ALWI-CI三个研究阶段，并与汽车工程师协会（SAE）AS-1B飞机悬挂物集成委员会合作发布了《飞机、发射装置及武器互操作性技术架构（ALWI TA）》（SAE AIR5720）报告。该报告为武器即插即用概念的形成奠定了基础，成为武器即插即用技术的纲领性文件。

在ALWI-1研究阶段，分别从机械接口、电气接口、逻辑接口、环境接口开展了研究。特别针对逻辑接口提出了一个短期建议，即开发一种可与未来武器、发射装置相兼容的通用接口控制文件（ICD）。通用ICD被视为发展武器即插即用概念的第一步。另外，还提出了一个中期建议，即通用ICD应该引入一种分层接口框架。该框架的优点是可以反映出不同的悬挂物挂载构型，其中包括采用智能悬挂投放装置的挂载构型。这一建议最终促成了《通用飞机—悬挂物接口框架（GASIF）》（SAE AIR5532）报告的发布。在ALWI-2研究阶段，重点研究内容是数据、软件等方面的逻辑互操作性，提出应在MIL-STD-1760接口中针对智能运载悬挂物增加路由选择功能。在ALWI-CI研究阶段，进一步肯定了ALWI-1阶段的通用ICD建议，认为飞机应消除悬挂物特殊接口，实现飞机和悬挂物之间接口的标准化［1］。

北约空军军械组设想的通用ICD应涵盖现有武器和未来武器所有的能力需求。但是，由于武器技术在不断发展，制定通用ICD面临许多困难，尤其是在功能和逻辑接口方面。因此，在汽车工程师协会编制的《飞机／悬挂物通用接口控制文件格式》（SAE AS5609）标准中，把飞机／悬挂物接口分为两卷分别阐述。第一卷内容涵盖相对稳定的机械接口、电气接口及相关物理接口，第二卷内容主要针对容易变化的逻辑接口。由此可见，逻辑接口是飞机／悬挂物接口通用化的重点和难点。

为了解决武器即插即用问题，美国接受ALWI关于通用ICD的短期建议，开发出了通用武器接口（UAI）。UAI是武器即插即用技术的成功实践。UAI中的飞机／悬挂物逻辑接口被称为UAI-PSICD.UAI-PSICD加强了飞机／悬挂物逻辑接口定义，形成了完整的标准消息集，只保留少量的用户自定义消息。UAI-PSICD提供了飞机/悬挂物相互识别、传递对准、GPS初始化等逻辑功能。飞机实现完整的UAI-PSICD消息集，悬挂物只实现UAI-PSICD消息集的子集。UAI-PSICD已经在F-15E飞机、JDAM制导炸弹、SDB制导炸弹、AGM-158系列空地导弹上得到应用。

1 接口需求分析

1.1 机械接口需求

机械接口需求包括悬挂物的吊耳位置和尺寸等。飞机、悬挂投放装置、武器应遵守统一的机械接口标准。我国用于规范机械接口的最新标准是《机载悬挂物和悬挂装置接合部位的通用设计准则》（GJB 1C—2006）。该标准主要适用于常规重量的悬挂物，对于超过1 600 kg的悬挂物和重量较轻的悬挂物没有明确要求［2］。随着武器种类的多样化发展，需要针对重型武器及小型、微型武器扩展相应的机械接口要求。

1.2 电气接口需求

电气接口需求包括连接器尺寸、接插件排列及信号种类、特性等。飞机、悬挂投放装置、武器应遵守统一的电气接口标准。目前国内广泛采用的电气接口标准是《飞机／悬挂物电气连接系统接口要求》（GJB 1188A—1999）。该标准规定的连接器尺寸较大，不适用于直径较小的小型、微型悬挂物。因此，电气接口还应参考国外标准《小型任务悬挂物接口》（SAE AS5725）和《微型弹药接口》（SAE AS5726）补充相关标准，形成系列化的电气接口标准，以满足不同重量级武器的电气接口连接需求。在电气接口系列化的同时，数字总线接口的提速是特别重要。目前常用的GJB 289A总线速率只有1 Mbps，已经难以满足飞机对悬挂物的大数据量传输需求。建议参考《10 Mb/s网络配置数字式时分制指令/响应型多路数据总线》（SAE AS5 652）开展10 Mbps速率总线技术应用研究［3］，参考《MIL-STD-1760用高速网络》（SAE AS5 653），开展1.062 5 Gbps速率总线技术应用研究［4］。

1.3 逻辑接口需求

逻辑接口是指飞机和运载悬挂物及任务悬挂物间的通信协议及基于通信协议的互操作逻辑。目前，国内尚未发布专门针对飞机／悬挂物逻辑接口的相关标准规范。由于缺少对逻辑接口的约束，运载悬挂物和任务悬挂物采用了大量自定义的逻辑接口。因此，我国亟须制定一套可兼容不同悬挂构型、不同类型数据传输的逻辑接口标准规范。

1.4 分析结论

武器即插即用的最终目标是在不更改飞机软硬件的情况下，将任何武器快速集成到任何飞机上。为了实现这一目标，飞机／悬挂物接口的系列化、标准化设计是首要任务。当前，机械接口、电气接口均已具备一定的应用基础，逻辑接口却成为限制武器实现即插即用目标的瓶颈，应作为重点开展研究。

2 逻辑接口模型

2.1 逻辑接口功能架构

飞机／悬挂物逻辑接口面向功能集成，其功能架构设计如图1所示，包括以下主要功能。

①识别功能。完成飞机与智能悬挂投放装置、武器的相互发现。

②运载悬挂物功能。完成智能悬挂投放装置各挂位的供电、投放等控制，以及上行数据和下行数据的路由。

③任务悬挂物功能。完成武器的准备、任务参数装订等。

④基础功能。完成飞机与悬挂物间的文件传输、授时等。

2.2 逻辑接口框架

在汽车工程师协会的SAE AIR5532报告中提出的GASIF模型为飞机／悬挂物逻辑接口开发提供了参考。GASIF是一种分层的逻辑接口框架［5］如图2所示。

GASIF分层逻辑接口框架中包括3种逻辑接口，分别是应用进程逻辑接口、面向应用协议的逻辑接口、面向网络协议的逻辑接口。面向应用协议的逻辑接口和面向网络协议的逻辑接口可统称为开放式系统互联（OSI）逻辑接口。应用进程实现飞机与悬挂物之间的功能相互操作；面向应用的协议为应用进程提供开放式系统互联接口；面向网络的协议对应底层的数据通信协议，为面向应用的协议提供数据收发支持。

3 逻辑接口设计

3.1 应用进程逻辑接口

应用进程逻辑接口是指飞机与悬挂投放装置和武器之间，建立在OSI逻辑接口基础上的互操作逻辑。应用进程逻辑接口规定了命令、状态、装订参数间的时序关系和响应时间等内容。飞机通过应用进程逻辑接口与悬挂投放装置、武器交互，完成武器识别、准备、投放等功能。典型应用进程的工作流程如图3所示。

3.2 开放式系统互联逻辑接口

3.2.1 数据信息分类。按照数据用途和数据间的交互关系，飞机与悬挂物间传输的数据信息可分为以下类型。

①控制指令及响应信息。用于上位机发出控制指令，悬挂物回复指令接收状态及指令执行状态。

②查询指令及响应信息。用于上位机发出查询指令，悬挂物回复指令接收状态，并上报被查询的信息。

③请求及回复信息。用于悬挂物向上位机发出请求，上位机对悬挂物请求作出响应。

④异步状态信息。用于悬挂物主动向上位机发送自身工作状态或故障状态，上位机监视悬挂物状态，并进行故障处置。

⑤参数及文件信息。用于飞机向悬挂物装订任务参数或文件数据。

⑥路由数据信息。用于智能运载悬挂物在上位机与下位机之间传递数据。

3.2.2 消息接口扩展。在最新发布的《飞机／悬挂物电气连接系统接口要求》（GJB 1188B—2022）标准中，只定义了飞机描述、悬挂物描述、悬挂物控制、悬挂物监视等少量的标准消息接口，不能完全覆盖飞机与悬挂物间的接口信息需求。因此，应增加以下消息接口，并分配相应的子地址。

①向任务悬挂物传输控制指令、查询指令的消息接口。

②向任务悬挂物传输任务参数、文件数据的消息接口。

③任务悬挂物上报请求、状态、应答的消息接口。

④运载悬挂物传输路由数据的消息接口。

3.2.3 批数据传输协议。采用GJB 1188B标准规定的批数据传输（MDT）协议实现飞机与悬挂物间的文件传输。MDT协议使用了3个标准的消息：传输控制（TC）、传输监视（TM）和传输数据（TD）。TC消息用于飞机设置数据传输模式；TM消息用于悬挂物报告批数据传输状态；TD消息用于传输最多30字的文件数据。

3.2.4 数据路由协议。智能运载悬挂物应具备运载悬挂物接口（CSI）与运载悬挂物挂点接口（CSSI）之间消息路由能力。在GJB 289A总线协议和GJB 1188B标准中均未定义数据路由的方法。在汽车工程师协会发布的《1760路由协议要求》（SAE ARD5668）报告中虽然提出了基于MIL-STD-1760接口的智能运载悬挂物路由协议要求，但是却没有给出具体的实现方法。数据路由协议的设计应满足以下要素。

①支持单级运载悬挂物挂载构型下的数据路由。

②支持多级运载悬挂物级联挂载构型下的数据路由。

③支持飞机到悬挂物的下行数据路由。

④支持悬挂物到飞机的上行数据路由。

⑤规定用于上行和下行数据路由的子地址集合。

3.2.5 任务数据交换格式。采用《任务数据交换格式（MiDEF）》（MIL-STD-3014）标准规定的格式，以文件形式存储大量的任务数据。MiDEF文件的数据内容基于标准数据实体的类型，具有很强的适用性和扩展性。标准数据实体包括基本数据实体、组合数据实体及模块数据实体。基本数据实体主要来源于GJB 1188B标准规定的数据实体。若悬挂物所需的任务数据不在标准数据实体范围内，则可补充定义新的数据实体。

4 结语

飞机／悬挂物接口起着连通飞机与运载悬挂物、任务悬挂物的作用，直接影响武器即插即用的实现。只有机械接口、电气接口、逻辑接口协同推进，才能实现武器即插即用的最终目标。当前，逻辑接口在相关标准的制定和应用方面已明显滞后于机械接口和电气接口。而本研究提出的逻辑接口设计方法，综合考虑了国内工程实际和国外研究成果，可为飞机／悬挂物通用逻辑接口开发提供参考。

参考文献：

［1］RIGBY K A.Aircraft Systems Integration of Air-launched Weapons［M］.Hoboken： John Wiley ＆Sons Ltd，2013：173-187.

［2］宋京帅，李娜，任文明，等.国外重型机载悬挂物接口标准分析［J］.航空标准化与质量，2022（5）： 22-27.

［3］苗军民，仇振安，郭文利，等.机载悬挂物EBR1553总线网络技术研究［J］.电光与控制，2021，28（9）：98-102.

［4］王世奎，张利洲，焦龙.飞机悬挂物FC网络标准研究与关键技术分析［J］.电光与控制，2017，24（9）： 50-53.

［5］任文明，宋京帅，韩 冰.通用飞机/悬挂物接口框架标准研究［J］.航空标准化与质量，2021（3）： 14-19.