摘 要：【目的】飛機(jī)／懸掛物接口是實(shí)現(xiàn)武器與飛機(jī)集成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。面向武器即插即用開展飛機(jī)／懸掛物接口分析與研究，可以為飛機(jī)與懸掛物之間的接口設(shè)計(jì)提供參考?！痉椒ā拷梃b國外武器即插即用技術(shù)研究成果，分別從機(jī)械接口、電氣接口、邏輯接口的角度開展接口需求分析，尋找出當(dāng)前飛機(jī)／懸掛物接口設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)行重點(diǎn)研究?！窘Y(jié)果】通過研究分析，飛機(jī)與懸掛物之間的機(jī)械接口、電氣接口應(yīng)用基礎(chǔ)較好，而邏輯接口卻成為限制武器即插即用的瓶頸。因此，進(jìn)一步提出了基于通用飛機(jī)／懸掛物接口框架（GASIF）的邏輯接口設(shè)計(jì)方法?！窘Y(jié)論】飛機(jī)／懸掛物接口承擔(dān)著連通飛機(jī)與運(yùn)載懸掛物、任務(wù)懸掛物的關(guān)鍵作用，只有機(jī)械接口、電氣接口、邏輯接口協(xié)同推進(jìn)，才能實(shí)現(xiàn)武器即插即用的最終目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：武器即插即用；飛機(jī)／懸掛物接口；通用武器接口；開放式系統(tǒng)互聯(lián)

中圖分類號：TJ762.2" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號：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

美軍早在20世紀(jì)80年代就發(fā)布了MIL-STD-1760標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的貫徹極大提高了飛機(jī)與懸掛物間的互操作性，但仍不足以支撐實(shí)現(xiàn)武器即插即用。1998年，北約空軍軍械組（NAFAG）航空2組發(fā)起了一項(xiàng)關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)飛機(jī)、發(fā)射裝置及空空導(dǎo)彈更高水平互操作性的研究。該研究由北約工業(yè)咨詢組（NIAG）具體承擔(dān)，先后經(jīng)歷了ALWI-1、ALWI-2、ALWI-CI三個(gè)研究階段，并與汽車工程師協(xié)會（SAE）AS-1B飛機(jī)懸掛物集成委員會合作發(fā)布了《飛機(jī)、發(fā)射裝置及武器互操作性技術(shù)架構(gòu)（ALWI TA）》（SAE AIR5720）報(bào)告。該報(bào)告為武器即插即用概念的形成奠定了基礎(chǔ)，成為武器即插即用技術(shù)的綱領(lǐng)性文件。

在ALWI-1研究階段，分別從機(jī)械接口、電氣接口、邏輯接口、環(huán)境接口開展了研究。特別針對邏輯接口提出了一個(gè)短期建議，即開發(fā)一種可與未來武器、發(fā)射裝置相兼容的通用接口控制文件（ICD）。通用ICD被視為發(fā)展武器即插即用概念的第一步。另外，還提出了一個(gè)中期建議，即通用ICD應(yīng)該引入一種分層接口框架。該框架的優(yōu)點(diǎn)是可以反映出不同的懸掛物掛載構(gòu)型，其中包括采用智能懸掛投放裝置的掛載構(gòu)型。這一建議最終促成了《通用飛機(jī)—懸掛物接口框架（GASIF）》（SAE AIR5532）報(bào)告的發(fā)布。在ALWI-2研究階段，重點(diǎn)研究內(nèi)容是數(shù)據(jù)、軟件等方面的邏輯互操作性，提出應(yīng)在MIL-STD-1760接口中針對智能運(yùn)載懸掛物增加路由選擇功能。在ALWI-CI研究階段，進(jìn)一步肯定了ALWI-1階段的通用ICD建議，認(rèn)為飛機(jī)應(yīng)消除懸掛物特殊接口，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)和懸掛物之間接口的標(biāo)準(zhǔn)化［1］。

北約空軍軍械組設(shè)想的通用ICD應(yīng)涵蓋現(xiàn)有武器和未來武器所有的能力需求。但是，由于武器技術(shù)在不斷發(fā)展，制定通用ICD面臨許多困難，尤其是在功能和邏輯接口方面。因此，在汽車工程師協(xié)會編制的《飛機(jī)／懸掛物通用接口控制文件格式》（SAE AS5609）標(biāo)準(zhǔn)中，把飛機(jī)／懸掛物接口分為兩卷分別闡述。第一卷內(nèi)容涵蓋相對穩(wěn)定的機(jī)械接口、電氣接口及相關(guān)物理接口，第二卷內(nèi)容主要針對容易變化的邏輯接口。由此可見，邏輯接口是飛機(jī)／懸掛物接口通用化的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

為了解決武器即插即用問題，美國接受ALWI關(guān)于通用ICD的短期建議，開發(fā)出了通用武器接口（UAI）。UAI是武器即插即用技術(shù)的成功實(shí)踐。UAI中的飛機(jī)／懸掛物邏輯接口被稱為UAI-PSICD.UAI-PSICD加強(qiáng)了飛機(jī)／懸掛物邏輯接口定義，形成了完整的標(biāo)準(zhǔn)消息集，只保留少量的用戶自定義消息。UAI-PSICD提供了飛機(jī)/懸掛物相互識別、傳遞對準(zhǔn)、GPS初始化等邏輯功能。飛機(jī)實(shí)現(xiàn)完整的UAI-PSICD消息集，懸掛物只實(shí)現(xiàn)UAI-PSICD消息集的子集。UAI-PSICD已經(jīng)在F-15E飛機(jī)、JDAM制導(dǎo)炸彈、SDB制導(dǎo)炸彈、AGM-158系列空地導(dǎo)彈上得到應(yīng)用。

1 接口需求分析

1.1 機(jī)械接口需求

機(jī)械接口需求包括懸掛物的吊耳位置和尺寸等。飛機(jī)、懸掛投放裝置、武器應(yīng)遵守統(tǒng)一的機(jī)械接口標(biāo)準(zhǔn)。我國用于規(guī)范機(jī)械接口的最新標(biāo)準(zhǔn)是《機(jī)載懸掛物和懸掛裝置接合部位的通用設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》（GJB 1C—2006）。該標(biāo)準(zhǔn)主要適用于常規(guī)重量的懸掛物，對于超過1 600 kg的懸掛物和重量較輕的懸掛物沒有明確要求［2］。隨著武器種類的多樣化發(fā)展，需要針對重型武器及小型、微型武器擴(kuò)展相應(yīng)的機(jī)械接口要求。

1.2 電氣接口需求

電氣接口需求包括連接器尺寸、接插件排列及信號種類、特性等。飛機(jī)、懸掛投放裝置、武器應(yīng)遵守統(tǒng)一的電氣接口標(biāo)準(zhǔn)。目前國內(nèi)廣泛采用的電氣接口標(biāo)準(zhǔn)是《飛機(jī)／懸掛物電氣連接系統(tǒng)接口要求》（GJB 1188A—1999）。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連接器尺寸較大，不適用于直徑較小的小型、微型懸掛物。因此，電氣接口還應(yīng)參考國外標(biāo)準(zhǔn)《小型任務(wù)懸掛物接口》（SAE AS5725）和《微型彈藥接口》（SAE AS5726）補(bǔ)充相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，形成系列化的電氣接口標(biāo)準(zhǔn)，以滿足不同重量級武器的電氣接口連接需求。在電氣接口系列化的同時(shí)，數(shù)字總線接口的提速是特別重要。目前常用的GJB 289A總線速率只有1 Mbps，已經(jīng)難以滿足飛機(jī)對懸掛物的大數(shù)據(jù)量傳輸需求。建議參考《10 Mb/s網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路數(shù)據(jù)總線》（SAE AS5 652）開展10 Mbps速率總線技術(shù)應(yīng)用研究［3］，參考《MIL-STD-1760用高速網(wǎng)絡(luò)》（SAE AS5 653），開展1.062 5 Gbps速率總線技術(shù)應(yīng)用研究［4］。

1.3 邏輯接口需求

邏輯接口是指飛機(jī)和運(yùn)載懸掛物及任務(wù)懸掛物間的通信協(xié)議及基于通信協(xié)議的互操作邏輯。目前，國內(nèi)尚未發(fā)布專門針對飛機(jī)／懸掛物邏輯接口的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。由于缺少對邏輯接口的約束，運(yùn)載懸掛物和任務(wù)懸掛物采用了大量自定義的邏輯接口。因此，我國亟須制定一套可兼容不同懸掛構(gòu)型、不同類型數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪壿嫿涌跇?biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

1.4 分析結(jié)論

武器即插即用的最終目標(biāo)是在不更改飛機(jī)軟硬件的情況下，將任何武器快速集成到任何飛機(jī)上。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，飛機(jī)／懸掛物接口的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是首要任務(wù)。當(dāng)前，機(jī)械接口、電氣接口均已具備一定的應(yīng)用基礎(chǔ)，邏輯接口卻成為限制武器實(shí)現(xiàn)即插即用目標(biāo)的瓶頸，應(yīng)作為重點(diǎn)開展研究。

2 邏輯接口模型

2.1 邏輯接口功能架構(gòu)

飛機(jī)／懸掛物邏輯接口面向功能集成，其功能架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，包括以下主要功能。

①識別功能。完成飛機(jī)與智能懸掛投放裝置、武器的相互發(fā)現(xiàn)。

②運(yùn)載懸掛物功能。完成智能懸掛投放裝置各掛位的供電、投放等控制，以及上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)的路由。

③任務(wù)懸掛物功能。完成武器的準(zhǔn)備、任務(wù)參數(shù)裝訂等。

④基礎(chǔ)功能。完成飛機(jī)與懸掛物間的文件傳輸、授時(shí)等。

2.2 邏輯接口框架

在汽車工程師協(xié)會的SAE AIR5532報(bào)告中提出的GASIF模型為飛機(jī)／懸掛物邏輯接口開發(fā)提供了參考。GASIF是一種分層的邏輯接口框架［5］如圖2所示。

GASIF分層邏輯接口框架中包括3種邏輯接口，分別是應(yīng)用進(jìn)程邏輯接口、面向應(yīng)用協(xié)議的邏輯接口、面向網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的邏輯接口。面向應(yīng)用協(xié)議的邏輯接口和面向網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的邏輯接口可統(tǒng)稱為開放式系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）邏輯接口。應(yīng)用進(jìn)程實(shí)現(xiàn)飛機(jī)與懸掛物之間的功能相互操作；面向應(yīng)用的協(xié)議為應(yīng)用進(jìn)程提供開放式系統(tǒng)互聯(lián)接口；面向網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議對應(yīng)底層的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，為面向應(yīng)用的協(xié)議提供數(shù)據(jù)收發(fā)支持。

3 邏輯接口設(shè)計(jì)

3.1 應(yīng)用進(jìn)程邏輯接口

應(yīng)用進(jìn)程邏輯接口是指飛機(jī)與懸掛投放裝置和武器之間，建立在OSI邏輯接口基礎(chǔ)上的互操作邏輯。應(yīng)用進(jìn)程邏輯接口規(guī)定了命令、狀態(tài)、裝訂參數(shù)間的時(shí)序關(guān)系和響應(yīng)時(shí)間等內(nèi)容。飛機(jī)通過應(yīng)用進(jìn)程邏輯接口與懸掛投放裝置、武器交互，完成武器識別、準(zhǔn)備、投放等功能。典型應(yīng)用進(jìn)程的工作流程如圖3所示。

3.2 開放式系統(tǒng)互聯(lián)邏輯接口

3.2.1 數(shù)據(jù)信息分類。按照數(shù)據(jù)用途和數(shù)據(jù)間的交互關(guān)系，飛機(jī)與懸掛物間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息可分為以下類型。

①控制指令及響應(yīng)信息。用于上位機(jī)發(fā)出控制指令，懸掛物回復(fù)指令接收狀態(tài)及指令執(zhí)行狀態(tài)。

②查詢指令及響應(yīng)信息。用于上位機(jī)發(fā)出查詢指令，懸掛物回復(fù)指令接收狀態(tài)，并上報(bào)被查詢的信息。

③請求及回復(fù)信息。用于懸掛物向上位機(jī)發(fā)出請求，上位機(jī)對懸掛物請求作出響應(yīng)。

④異步狀態(tài)信息。用于懸掛物主動向上位機(jī)發(fā)送自身工作狀態(tài)或故障狀態(tài)，上位機(jī)監(jiān)視懸掛物狀態(tài)，并進(jìn)行故障處置。

⑤參數(shù)及文件信息。用于飛機(jī)向懸掛物裝訂任務(wù)參數(shù)或文件數(shù)據(jù)。

⑥路由數(shù)據(jù)信息。用于智能運(yùn)載懸掛物在上位機(jī)與下位機(jī)之間傳遞數(shù)據(jù)。

3.2.2 消息接口擴(kuò)展。在最新發(fā)布的《飛機(jī)／懸掛物電氣連接系統(tǒng)接口要求》（GJB 1188B—2022）標(biāo)準(zhǔn)中，只定義了飛機(jī)描述、懸掛物描述、懸掛物控制、懸掛物監(jiān)視等少量的標(biāo)準(zhǔn)消息接口，不能完全覆蓋飛機(jī)與懸掛物間的接口信息需求。因此，應(yīng)增加以下消息接口，并分配相應(yīng)的子地址。

①向任務(wù)懸掛物傳輸控制指令、查詢指令的消息接口。

②向任務(wù)懸掛物傳輸任務(wù)參數(shù)、文件數(shù)據(jù)的消息接口。

③任務(wù)懸掛物上報(bào)請求、狀態(tài)、應(yīng)答的消息接口。

④運(yùn)載懸掛物傳輸路由數(shù)據(jù)的消息接口。

3.2.3 批數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。采用GJB 1188B標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的批數(shù)據(jù)傳輸（MDT）協(xié)議實(shí)現(xiàn)飛機(jī)與懸掛物間的文件傳輸。MDT協(xié)議使用了3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的消息：傳輸控制（TC）、傳輸監(jiān)視（TM）和傳輸數(shù)據(jù)（TD）。TC消息用于飛機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸模式；TM消息用于懸掛物報(bào)告批數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)；TD消息用于傳輸最多30字的文件數(shù)據(jù)。

3.2.4 數(shù)據(jù)路由協(xié)議。智能運(yùn)載懸掛物應(yīng)具備運(yùn)載懸掛物接口（CSI）與運(yùn)載懸掛物掛點(diǎn)接口（CSSI）之間消息路由能力。在GJB 289A總線協(xié)議和GJB 1188B標(biāo)準(zhǔn)中均未定義數(shù)據(jù)路由的方法。在汽車工程師協(xié)會發(fā)布的《1760路由協(xié)議要求》（SAE ARD5668）報(bào)告中雖然提出了基于MIL-STD-1760接口的智能運(yùn)載懸掛物路由協(xié)議要求，但是卻沒有給出具體的實(shí)現(xiàn)方法。數(shù)據(jù)路由協(xié)議的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要素。

①支持單級運(yùn)載懸掛物掛載構(gòu)型下的數(shù)據(jù)路由。

②支持多級運(yùn)載懸掛物級聯(lián)掛載構(gòu)型下的數(shù)據(jù)路由。

③支持飛機(jī)到懸掛物的下行數(shù)據(jù)路由。

④支持懸掛物到飛機(jī)的上行數(shù)據(jù)路由。

⑤規(guī)定用于上行和下行數(shù)據(jù)路由的子地址集合。

3.2.5 任務(wù)數(shù)據(jù)交換格式。采用《任務(wù)數(shù)據(jù)交換格式（MiDEF）》（MIL-STD-3014）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的格式，以文件形式存儲大量的任務(wù)數(shù)據(jù)。MiDEF文件的數(shù)據(jù)內(nèi)容基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)實(shí)體的類型，具有很強(qiáng)的適用性和擴(kuò)展性。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)實(shí)體包括基本數(shù)據(jù)實(shí)體、組合數(shù)據(jù)實(shí)體及模塊數(shù)據(jù)實(shí)體?；緮?shù)據(jù)實(shí)體主要來源于GJB 1188B標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)實(shí)體。若懸掛物所需的任務(wù)數(shù)據(jù)不在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)實(shí)體范圍內(nèi)，則可補(bǔ)充定義新的數(shù)據(jù)實(shí)體。

4 結(jié)語

飛機(jī)／懸掛物接口起著連通飛機(jī)與運(yùn)載懸掛物、任務(wù)懸掛物的作用，直接影響武器即插即用的實(shí)現(xiàn)。只有機(jī)械接口、電氣接口、邏輯接口協(xié)同推進(jìn)，才能實(shí)現(xiàn)武器即插即用的最終目標(biāo)。當(dāng)前，邏輯接口在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定和應(yīng)用方面已明顯滯后于機(jī)械接口和電氣接口。而本研究提出的邏輯接口設(shè)計(jì)方法，綜合考慮了國內(nèi)工程實(shí)際和國外研究成果，可為飛機(jī)／懸掛物通用邏輯接口開發(fā)提供參考。

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