CN105373136A - 基于vpx架构的综合电子*** - Google Patents

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张艳飞
王欣
戴宗武
刘立朋
张少甫
王少伯
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Abstract

本发明公开了一种基于VPX架构的综合电子***，分别包括通过总线设置在VPX背板上的：接口单元，用于将接收到的控制指令发送至主控单元，将接收到的惯导数据、卫星数据进行格式转换，并将转换后的数据发送至综合数据单元；综合数据单元，用于对接收到的格式转换后的数据进行分类存储，并将所述数据发送至所述综合电子***的其它单元；主控单元，用于根据所接收到的控制指令对综合电子***的对应的单元进行控制；飞行控制单元，用于基于惯导数据及卫星数据，对航空器的飞行进行控制；电源单元，用于为综合电子***提供电力。本发明提供的综合电子***具有较高的***带宽，串行总线速率高；接口单元的对外接口种类较多，具备较高的自动化程度。

Description

基于VPX架构的综合电子***
技术领域
本发明涉及航空技术领域，具体涉及一种用于飞机、导弹等航空器的飞行控制的基于VPX架构的综合电子***。
背景技术
综合电子技术是集成数据链、飞行控制、卫星导航、遥感、通信、电子对抗以及敌我识别等功能于一体的综合性技术。综合电子技术以通信技术和电子技术为基础，采用***工程的方法，在平台物理结构空间中将探测、通信、导航、识别、电子战、任务管理、飞行和火力控制等功能及相应的电子设备，通过总线和软件等技术组合成一个有机的整体，即综合电子***，以实现***资源的高度共享，整体效能的提高，同时期望实现***作战性能、可用性和生命周期的最大化。
在上述综合电子***中，在需要不同控制功能的板卡互联的场合，由于不兼容等原因，会出现***总线资源缺少，通讯速率降低，互联过于复杂等问题。
发明内容
有鉴于此，为克服上述至少一个缺点，并提供下述至少一种优点，本发明公开了一种基于VPX架构的综合电子***。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种基于VPX架构的综合电子***，包括分别通过总线设置在VPX背板上的：
接口单元，用于将接收到的控制指令发送至主控单元，将接收到的惯导数据、卫星数据进行格式转换，并将转换后的数据发送至综合数据单元；
所述综合数据单元，用于对接收到的格式转换后的数据进行分类存储，并将所述数据发送至所述综合电子***的其它单元；
所述主控单元，用于根据所接收到的控制指令对所述综合电子***的对应的单元进行控制；
飞行控制单元，用于基于所述惯导数据及所述卫星数据，对航空器的飞行进行控制；以及
电源单元，用于为所述综合电子***提供电力。
在如上所述的基于VPX架构的综合电子***中，所述接口单元包括：
控制接口，用于接收来自机载设备、地面控制站或中继卫星的控制指令，并将所述控制指令发送至所述主控单元；以及
数据接口，用于接收来自机载设备、地面控制站或中继卫星的卫星数据及惯导数据，对接收到的数据进行格式转换，并将转换后的所述数据发送至所述综合数据单元，
其中，所述卫星数据包括所述航空器的速度信息、位置信息以及图像信息中的一种或多种，所述惯导数据包括所述航空器的俯仰角、滚转角、航向角、三轴角速度、高度、速度及加速度中的一种或多种。
在如上所述的基于VPX架构的综合电子***中，所述数据接口包括RS-422、RS-485、以太网接口、数字格式图像接口、ARINC429、MIL-STD-1553B、AMBA中的一种或多种，以及模拟图像接口、音频接口中的一种或多种。
在如上所述的基于VPX架构的综合电子***中，所述飞行控制单元包括：
卫星导航单元，用于基于所述卫星数据中的所述速度信息和所述位置信息，计算用于控制所述航空器的飞行的第一导航参数；
惯导单元，用于基于所述惯导数据，计算用于控制所述航空器的飞行的第二导航参数；以及
组合单元，用于基于所述第一导航参数和第二导航参数，得出用于控制所述航空器的飞行的最终导航参数。
在如上所述的基于VPX架构的综合电子***中，所述飞行控制单元还用于基于所述最终导航参数，控制所述航空器的飞行姿态、航向、高度以及航线。
在如上所述的基于VPX架构的综合电子***中，还包括：遥控遥感单元，用于将遥感卫星得到的遥感数据发送至所述地面控制站，并将来自所述地面控制站的遥控指令发送至所述主控单元。
在如上所述的基于VPX架构的综合电子***中，所述遥控遥感单元包括：
遥感模块，用于将遥感到的遥感数据进行编码调制处理，并将处理后的遥感数据通过所述中继卫星发送至地面控制站；以及
遥控模块，用于接收地面控制站基于所述遥感数据所生成的遥控指令，并将所述遥控指令通过所述中继卫星发送至所述主控单元。
在如上所述的基于VPX架构的综合电子***中，所述主控单元还用于监测所述综合电子***的各个单元的温度和电压信息，并将监测到的信息发送给机载设备或地面控制站。
通过采用上述技术方案，本发明的所达到的有益效果为：由于本发明提供的综合电子***采用VPX***架构，因而具有较高的***带宽，模块之间可采用多种总线进行互联，串行总线速率高；而且，接口单元的对外接口种类较多，且兼容军用航空总线和民用航空总线，具备较高的自动化程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例提供的基于VPX架构的综合电子***的结构示意图；
图2为本发明另一个实施例提供的基于VPX架构的综合电子***的结构示意图；
图3为本发明一个实施例提供的遥控遥感单元的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
VPX是一种基于VME(VersaModuleEurocard)改进的***架构，其总带宽可以达到100GB/s。VPX总线在保留VME总线某些特性的同时，还引入了高速串行总线来替代并行总线。VPX模块之间的互联可以通过SerialRapidIO、PCIExpressFibreChannel、InfiniBand、Hypertransport、10GB以太网等高速串行总线来实现，如RapidIO其运行速度可达3.125Gb/s。采用串行互联架构，在显著增加带宽的同时，其总带宽可以达到100GB/s，并且可以应用于震动、高温及潮湿等苛刻的环境下。本发明人在改进综合电子***的过程中，创新地将VPX架构应用到综合电子***中来，提出了一种基于VPX架构的综合电子***。
实施例1
如图1所示，为本发明一个实施例提供的基于VPX架构的综合电子***的结构示意图；该综合电子***100包括：接口单元11、综合数据单元12、主控单元13、飞行控制单元以及电源单元16，上述单元均通过数据总线或控制总线与VPX背板17连接。
其中，接口单元11用于将接收到的控制指令发送至主控单元13，还用于将接收到的惯导数据和卫星数据转换为符合综合电子***100内部协议的标准数据格式，例如模拟信号的数字化，并将转换后的数据通过VPX背板17发送给综合数据单元12。
具体而言，接口单元11包括控制接口111和数据接口112，其中控制接口111用于接收来自机载设备或地面控制站或中继卫星等的控制指令(例如，飞机的航向角控制指令)，并将其传输给主控单元14。本实施例中，控制接口111主要为数字类接口。数据接口112用于接收惯导数据和卫星数据，对接收到的数据进行数据格式转换，并将转换后的数据发送至综合数据单元12。本实施例中，数据接口112包括数字数据接口和模拟数据接口两类，数字数据接口主要包括RS-422、RS-485、以太网、数字格式图像接口及ARINC429、MIL-STD-1553B、AMBA等总线接口；模拟数据接口主要包括模拟图像接口、音频接口等。其中ARINC429总线接口为民用航空总线接口，MIL-STD-1553B和AMBA总线接口为军用航空总线接口。上述卫星数据包括航空器的速度信息、位置信息以及图像信息中的一种或多种，上述惯导数据包括航空器的俯仰角、滚转角、航向角、三轴角速度、高度、速度及加速度中的一种或多种。
进一步地，接口单元11还用于实现电源接口的EMI(ElectricMagneticInterference，电磁干扰)滤波等功能，并将滤波后的电力通过VPX背板18输出至电源单元17。
综合数据单元12用于将从接口单元11接收的数据进行存储，如果接收到的数据为加密的数据则在对数据进行解密之后再进行存储。并且优选地，综合数据单元12还用于在主控单元14的控制下对数据进行分类存储，然后将存储的数据根据各个单元的实际需要分别发送至各个单元。进一步地，综合数据单元12存储的数据还包括***无法及时处理的数据以及***的共享数据。其中，数据的分类存储方式有多种，例如可以根据协议的不同来进行存储，也可以根据用途的不同进行存储。
主控单元13用于根据接收到的控制指令控制综合电子***100的总体资源的配置，以及控制各单元的运行。优选地，主控单元13还用于对综合电子***100的各单元的温度、电压等信息进行监测，并通过接口单元11将监测到的信息上报给地面控制站或机载设备等飞机控制机构。
飞行控制单元用于基于接口单元11接收到的惯导数据及卫星数据，对飞机的飞行进行控制。本实施例中，飞行控制单元可以包括卫星导航单元14和惯导单元15。
具体而言，卫星导航单元14用于通过接口单元11接收卫星的速度信息和位置信息，并基于该速度信息和位置信息计算出用于控制飞机等航空器的飞行的第一导航参数。惯导单元15用于通过接口单元11接收惯导数据，并基于惯导数据计算用于控制飞机等航空器的飞行的第二导航参数。由于在很多情况下GPS信号并不好，仅基于卫星的速度信息和位置信息计算出的第一导航参数不够精确，仅基于惯导数据得出的第二导航参数也不够精确。因此，优选地，在卫星导航单元14或惯导单元15中，还设置有组合单元，用于将第一导航参数和第二导航参数进行组合来得到最终用于控制飞机的飞行的导航参数。
具体地，惯导数据包括飞机的陀螺平台输出的俯仰角和滚转角，航向传感器输出的航向角以及角速率陀螺输出的三轴角速率等信息，还包括高度速度传感器输出的高度信息与速度信息；卫星的速度和位置信息包括GPS惯导组合输出的经度、纬度、高度以及航迹角等信息。飞行控制单元基于组合单元所计算出的最终导航参数，通过飞机的飞控内回路操纵飞机的相关舵面，实现飞机的增稳与飞行姿态及航向的控制；通过高度稳定回路操纵升降舵，实现飞行高度的稳定与操纵；基于航路规划设置的航路进行自主飞行控制，实现飞行剖面内飞行姿态和飞行高度的稳定与操纵。在一种可能的实现方式中，卫星导航单元14可以采用模块化的设计方案，例如可以包括处理器模块、存储器模块、信号采集模块、驱动控制模块、多通道串口通信模块及无线通信模块等硬件扩展资源。
电源单元16通过VPX背板17和接口单元11的接收电源轨道互联，并通过隔离电源模块实现外部电源与内部电源的隔离，向整个综合电子***100提供+5V和+3.3V电源轨道。此外，电源单元16的电源板上还有可以设有***管理电路，用于监测电压、电流和温度等信息，以保证***的安全正常运行。
实施例2
如图2所示，为本发明另一个实施例提供的基于VPX架构的综合电子***的结构示意图；该综合电子***200与实施例1中的综合电子***100的主要区别在于：当需要在地面上控制飞机的情况下，该综合电子***200还包括遥控遥感单元18，用于将遥感到的卫星数据发送至地面控制站，接收地面控制站发送的遥控指令，并将该遥控指令发送至主控单元13。
如图3所示，遥控遥感单元18具体包括遥感模块181和遥控模块182。遥感模块181通过外部通信链路将遥感到的卫星数据进行编码调制处理，并将处理后的数据经主控单元11、综合数据12和接口单元11发送至中继卫星，中继卫星将接收到的遥感数据发送至地面控制站。地面控制站根据遥感数据将飞行任务打包生成遥控指令，通过中继卫星将遥控指令转发至飞机或导弹，并通过接收天线下变频到中频信号，发送给综合电子***200的接口单元11，经综合数据单元12最终到达遥控模块182，遥控模块182解析出遥控指令，并发送到主控单元14执行。主控单元13接收遥控遥感单元16的遥控指令，根据控制的对象，将该遥控指令发送至对应的单元。
以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、光盘或软盘。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种基于VPX架构的综合电子***，其特征在于，包括分别通过总线设置在VPX背板上的：
接口单元，用于将接收到的控制指令发送至主控单元，将接收到的惯导数据、卫星数据进行格式转换，并将转换后的数据发送至综合数据单元；
所述综合数据单元，用于对接收到的格式转换后的数据进行分类存储，并将所述数据发送至所述综合电子***的其它单元；
所述主控单元，用于根据所接收到的控制指令对所述综合电子***的对应的单元进行控制；
飞行控制单元，用于基于所述惯导数据及所述卫星数据，对航空器的飞行进行控制；以及
电源单元，用于为所述综合电子***提供电力。
2.如权利要求1所述的基于VPX架构的综合电子***，其特征在于，所述接口单元包括：
控制接口，用于接收来自机载设备、地面控制站或中继卫星的控制指令，并将所述控制指令发送至所述主控单元；以及
数据接口，用于接收来自机载设备、地面控制站或中继卫星的卫星数据及惯导数据，对接收到的数据进行格式转换，并将转换后的所述数据发送至所述综合数据单元，
其中，所述卫星数据包括所述航空器的速度信息、位置信息以及图像信息中的一种或多种，所述惯导数据包括所述航空器的俯仰角、滚转角、航向角、三轴角速度、高度、速度及加速度中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的基于VPX架构的综合电子***，其特征在于，所述数据接口包括RS-422、RS-485、以太网接口、数字格式图像接口、ARINC429、MIL-STD-1553B、AMBA中的一种或多种，以及模拟图像接口、音频接口中的一种或多种。
4.如权利要求2所述的基于VPX架构的综合电子***，其特征在于，所述飞行控制单元包括：
卫星导航单元，用于基于所述卫星数据中的所述速度信息和所述位置信息，计算用于控制所述航空器的飞行的第一导航参数；
惯导单元，用于基于所述惯导数据，计算用于控制所述航空器的飞行的第二导航参数；以及
组合单元，用于基于所述第一导航参数和第二导航参数，得出用于控制所述航空器的飞行的最终导航参数。
5.如权利要求4所述的基于VPX架构的综合电子***，其特征在于，所述飞行控制单元还用于基于所述最终导航参数，控制所述航空器的飞行姿态、航向、高度以及航线。
6.如权利要求1所述的基于VPX架构的综合电子***，其特征在于，还包括：
遥控遥感单元，用于将遥感卫星得到的遥感数据发送至所述地面控制站，并将来自所述地面控制站的遥控指令发送至所述主控单元。
7.如权利要求6所述的基于VPX架构的综合电子***，其特征在于，所述遥控遥感单元包括：
遥感模块，用于将遥感到的数据进行编码调制处理，并将处理后的遥感数据通过所述中继卫星发送至地面控制站；以及
遥控模块，用于接收地面控制站基于所述遥感数据所生成的遥控指令，并将所述遥控指令通过所述中继卫星发送至所述主控单元。
8.如权利要求1所述的基于VPX架构的综合电子***，其特征在于，所述主控单元还用于监测所述综合电子***的各个单元的温度和电压信息，并将监测到的信息发送给机载设备或地面控制站。
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