(中國西南電子技術研究所，成都 610036)

1 引 言

在航空電子技術工業(yè)領域，積極引進和采取開放式系統(tǒng)結構和可復用、模塊化軟/硬件通用標準技術已經(jīng)獲得廣泛認可。通用化、綜合化和模塊化是目前航空電子系統(tǒng)發(fā)展的主要方向[1]。高速發(fā)展的航空電子系統(tǒng)技術為直升機作戰(zhàn)性能的改進提供了強有力的技術基礎，特別是高速信號處理、數(shù)據(jù)融合、先進傳輸技術、人機接口和主動控制技術的發(fā)展，使直升機航空電子系統(tǒng)進入了綜合化、數(shù)字化和集成化階段。

綜合化、輕型化、小型化是直升機載平臺航電綜合傳感器系統(tǒng)的強烈發(fā)展要求，綜合傳感器系統(tǒng)結構要求采用開放式系統(tǒng)結構和模塊化通用標準，實現(xiàn)軟/硬件的“即插即用”，從而可降低研制成本,縮短周期,降低生產(chǎn)成本,減少現(xiàn)役飛機的維護和保障成本，同時通過采用商用貨架產(chǎn)品(COTS)和開放式系統(tǒng)，可改進系統(tǒng)性，易于升級和擴展功能[2]。本文給出了直升機載輕型射頻傳感器系統(tǒng)(LRFS)基于模塊級高度綜合化設計的思路，對系統(tǒng)的體系構架、綜合化設計、軟件設計、減重設計等方面進行了討論，給出了輕型射頻傳感器系統(tǒng)基于模塊級高度綜合化減重設計的考慮。

2 輕型射頻傳感器系統(tǒng)

傳統(tǒng)直升機載航電系統(tǒng)中，通信、導航、識別功能以及氣象、防撞雷達功能都是采用分離式的單設備完成相應的功能，而LRFS是將氣象雷達、防撞雷達、通信、導航、識別等傳感器功能作為一個整體進行綜合化設計所構成的電子信息系統(tǒng)，在整個任務過程為直升機平臺提供氣象、防撞、通信、導航、識別等信息，并在提升傳感能力的同時，減少體積、重量和功耗。

輕型射頻傳感器系統(tǒng)采用開放式體系結構，從物理組成上分為綜合天線孔徑、綜合射頻前端、通用綜合處理器，如圖1所示。天線孔徑與綜合射頻前端通過標準接口互連，綜合射頻前端與通用綜合處理器之間通過標準高速網(wǎng)絡實現(xiàn)互連。系統(tǒng)實現(xiàn)功能主要集中在短波、U/V頻段、L頻段、X頻段和Ka頻段，整個系統(tǒng)在U/V和L頻段實現(xiàn)分頻段射頻綜合化，中頻數(shù)字化后的信號處理及數(shù)據(jù)處理采用綜合化設計。

圖1 輕型射頻傳感器系統(tǒng)物理組成示意圖Fig.1 Composition of LRFS

輕型射頻傳感器系統(tǒng)基于通用公共硬件平臺資源，在開放的系統(tǒng)軟件體系結構下運用系統(tǒng)資源管理對多功能模塊資源進行組合，并加載不同的功能軟件來實現(xiàn)系統(tǒng)功能的動態(tài)配置與資源共享。通過采用任務的功能軟件化技術使系統(tǒng)具有重構能力，從而提高系統(tǒng)的任務可靠性，開發(fā)周期和費用大大降低[3]。

3 輕型射頻傳感器系統(tǒng)高度綜合化設計

3.1 系統(tǒng)綜合化設計

輕型射頻傳感器系統(tǒng)通過高度綜合化設計，能最大限度地提高系統(tǒng)的可靠性、維修性, 并降低全壽命周期使用維護成本。系統(tǒng)綜合的效能與系統(tǒng)本身的功能、綜合系統(tǒng)的構型模式以及機載電子設備的先進程度有密切關系。綜合系統(tǒng)的結構模式是多種多樣的, 它由飛機的作戰(zhàn)任務、技術難度和應用需求等多種因素所決定。LRFS系統(tǒng)綜合的內(nèi)容主要包括：

(1)硬件綜合：包括硬件功能的合理分配及余度技術, 分布式系統(tǒng)的重構, 突出表現(xiàn)在天線孔徑、射頻前端和通用信號及數(shù)據(jù)處理等資源的共用和通用設計；

(2)軟件綜合：軟件接口的統(tǒng)一調(diào)度, 軟件模塊化、標準化設計, 支持基礎軟件和應用軟件的一體化設計, 實行軟件工程化管理；

(3)信息綜合：對機內(nèi)、機外和來自于不同作戰(zhàn)網(wǎng)絡的傳感器信息進行綜合；

(4)功能綜合：對短波、超短波、L頻段及Ka/Ku頻段的不同功能線程進行綜合設計。

3.2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

圖2 輕型射頻傳感器系統(tǒng)原理框圖Fig.2 Principium of LRFS

當系統(tǒng)處理某一種功能線程的信號時，與此功能線程有關的所有硬件模塊資源可在天線選擇、射頻開關的支持下進行組合，構成完成特定功能的從天線、射頻前端、中頻信號處理到數(shù)據(jù)處理的一個硬件線程，同時通用信號處理資源通過控制和加載相應的軟件構成不同的軟件線程，支持完成此功能信號的處理。整個系統(tǒng)的控制和管理在綜合控制管理模塊中完成[4]。

系統(tǒng)同時支持多個硬件線程和軟件線程，可同時完成對多個功能信號的處理，同時實現(xiàn)多種功能。硬件線程和軟件線程的構成由綜合控制管理模塊中的系統(tǒng)資源管理控制，通過接通相關的天線切換開關、射頻交換矩陣通道、控制加載軟件來實現(xiàn)。射頻傳感器系統(tǒng)機架采用高速總線與綜合核心處理器及航電其它系統(tǒng)相連，機架內(nèi)部采用統(tǒng)一的控制總線完成系統(tǒng)的控制和狀態(tài)管理，同時采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)總線完成高速實時的數(shù)字信號的傳輸。

3.3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件以構件化技術體制為核心，采用開放式和層次化的軟件體系結構，以支持系統(tǒng)的統(tǒng)一部署、冗余容錯、動態(tài)重構和維護升級。

從軟件分層的角度來說，LRFS系統(tǒng)軟件包括模塊支持層(MSL)、操作系統(tǒng)層(OS)、實時CORBA中間件層、應用軟件層等軟件層次，其體系結構如圖3所示。

圖3 輕型射頻傳感器系統(tǒng)軟件架構Fig.3 Software architecture of LRFS

模塊支持層軟件封裝底層硬件的詳細信息，為上層軟件提供對低級資源的抽象訪問，實現(xiàn)對模塊硬件的驅(qū)動，主要提供硬件和網(wǎng)絡驅(qū)動、硬件自檢、操作系統(tǒng)引導、程序固化、文件操作等，同時為操作系統(tǒng)層提供服務，包括板級服務、通信服務、專用服務和擴展服務等。

操作系統(tǒng)層軟件提供進程管理、異常處理、中斷處理、存儲管理、時鐘管理等服務。

實時中間件層軟件屏蔽計算資源的分布和異構特性，管理計算資源和網(wǎng)絡通信，向應用層提供透明一致的使用接口；通過實時CORBA中間件技術，提供統(tǒng)一的軟件框架，保證平臺軟件與功能應用軟件相互隔離的設計原則。實時中間件層軟件作為部署在每個模塊上的通用軟件，在資源管理軟件的統(tǒng)一管理調(diào)度下，協(xié)同完成系統(tǒng)資源的管理配置。

應用層軟件主要完成系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度管理和系統(tǒng)功能的信號與信息處理，通過標準化應用層軟件間的接口，以保證可采用COTS軟件產(chǎn)品降低成本和開發(fā)周期的設計原則。

4 輕型射頻傳感器系統(tǒng)減重考慮

LRFS利用綜合化、模塊化和開放式的體系架構，將多項功能基于模塊級高度綜合集成，系統(tǒng)輕型減重設計是關鍵設計要求之一，可通過以下方式實現(xiàn)減重：

(1)將系統(tǒng)控制部分進行統(tǒng)一設計、集中控制，減少模塊數(shù)量和重量；

(2)將系統(tǒng)中的信號處理部分綜合，采用統(tǒng)一平臺，全系統(tǒng)的信號處理采用統(tǒng)一的通用信號處理模塊完成；

(3)將系統(tǒng)中的電源和頻率源模塊綜合，各功能共用電源和頻率源模塊；

(4)L頻段采用通用模塊，可以共用發(fā)射通路，減少一路發(fā)射資源；

(5)結構進行了綜合，各功能的射頻前端、信號處理和控制管理安裝采用單一機架，減少結構件重量。

5 結束語

本文對直升機載輕型射頻傳感器系統(tǒng)的高度綜合化設計和減重設計方案進行了討論，該系統(tǒng)采用模塊化和開放式的硬件體系架構及可擴展的軟件體系構架，將短波及超短波話音通信、數(shù)據(jù)通信、無線電測高、測向、敵我識別、空中交通管制等功能以及氣象/防撞雷達低頻部分處理功能進行綜合集成，提高了航電設備的綜合集成度，降低了設備的體積和重量，提升了航電系統(tǒng)的可靠性、維修性、保障性，可實現(xiàn)二級維修體制，降低直升機航電系統(tǒng)的全壽命周期費用，對直升機載輕型傳感器系統(tǒng)的總體設計和前期設備研制具有一定的參考和指導意義，后續(xù)需要在天線孔徑綜合、射頻信道綜合等方面做進一步的深入研究和探討。

參考文獻：

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