精准操控，稳如磐石：飞控+综控系统仿真揭秘

​1.背景

现代飞行器系统中，飞行控制系统和综合控制系统的协同工作是实现精准打击和高度可靠性的关键。

飞行控制系统简称飞控系统，负责飞行器的飞行控制和姿态调整，确保飞行器在飞行过程中维持稳定和精确的轨迹。其主要进行姿态控制、轨迹调整、机动控制、状态检测等操作。

综合控制系统简称综控系统，是飞行器的核心控制模块，负责飞行器整体的任务管理和控制策略执行。其主要进行任务规划、导航与跟踪、数据决策、指令下发等操作。

飞控与综控计算机分别使用不同架构处理器，两个系统之间要进行大量的数据交互：

• 飞控系统需向综控系统发送飞行器状态、飞行器健康状况、飞行模式、故障报告等数据；
• 综控系统需向飞控系统下发指令，如控制指令、参数设置、环境数据、任务更新等。

 

因此，飞控系统和综控系统之间的总线交互无疑是实现系统协同的关键环节，用于确保飞行器的飞行稳定性、目标跟踪精度和实现效果。总线通常采用高速数字数据总线，确保数据的高效传输和实时性。

 

2.1553B总线与它的升级版

(1) 1553B总线

传统的飞行器控制系统总线主要使用的是20世纪70年代初期美国空军莱特实验室提出的飞机内部时分指令/响应式多路传输数据总线—— MIL-STD-1553B（Military Standard，编号1553B），简称“1553B总线”。

▲MIL-STD-1553B网络结构

 

上图为一个标准的1553B网络，主要由总线控制器（Bus Controller，BC）、远程终端（Remote Terminal，RT）、总线监视器（Bus Monitor，BM）、数据总线（Data Bus）四部分组成，最多可以互连31个RT，采用双绞屏蔽线传递电信号。

自打推出后，1553B总线网络在航天领域得到了很大的应用与发展，且均取得了巨大成功。然而，1553B总线的传输速率只有1Mbit/s，已无法满足航天、机载等领域高速发展的电子系统传输需求。为了配合更高可靠性、高带宽、高实时性的发展方向，FC-AE-1553总线应运而生。

 

(2) 升级版：FC-AE-1553总线

FC-AE-1553总线可以理解为MIL-STD-1553B的现代化升级版，FC-AE指Fiber Channel-Avionics Environment，针对航空环境应用的光纤通道协议。总线采用光纤通道作为传输介质，继承了光纤通道技术的优良特性，传输速率高至1Gbit/s，具备高可靠、高稳定、抗强电磁干扰、工程应用简单快捷的优点。

FC-AE-1553总线能够实现1553B的无缝兼容与平滑升级，主要用于严苛环境电子设备间的通信互联、数据传输、指挥控制。

▲FC-AE-1553网络拓扑结构

 

FC-AE-1553 光纤总线支持总线型、交换型、仲裁环型拓扑结构，NC（Network Controller）指网络控制器，NT（Network Terminal）指网络终端，NM（Network Monitor）指网络监控器。

a. 总线型拓扑结构由分光器、光反射器及端节点设备组成，相对易于实现，但是由于分光器分光比和光缆传输衰减等因素，可靠通信需要严格的光功率计算和特殊设计才能实现，不利于系统扩展升级。

b. 仲裁环拓扑结构中，若NT或NM端节点单点故障，则会导致环路通信中断。

c. 交换型拓扑结构采用双冗余的交换机设备实现网络级联和设备扩展，能够更好支撑大规模网络建设，可对故障节点设备进行屏蔽，不会出现总线、仲裁环的全局故障形式。

 

3.飞控+综控硬件框架

当前的飞行器控制系统存在多总线并存、数据传输错综复杂等特点，导致其故障诊断难度极大，比任何时候都更依赖高带宽、强实时、开放式的数据通信来进行多方数据综合处理，从而提高其控制性能。

为应对上述情形，可同时采用某国产自研FC-AE-1553总线与1553B总线，实现飞控系统与综控系统的双冗余总线通信。该FC-AE-1553自研总线（下文简称FC-AE-1553总线）是一套满足多余度、多设备交互等功能的现代国产总线，具备极高的应用灵活性和低功耗结构特性，满足飞行器系统对实时性和可靠性的高要求。

▲飞控与综控系统硬件拓扑图

 

如上图所示，飞控+综控系统通过总线通信，完成系统间数据共享、指令下发、状态检测等功能。

 

4.基于SkyEye的飞控+综控系统仿真方案

仿真能够有效降低飞行器真实测试的风险，降低物理原型等研发成本投入，允许快速调整和优化设计，是应对飞行器快速迭代和蓬勃发展的市场需求的必要手段，选择合适的仿真工具能使飞行器研发降本增效、事半功倍。

天目全数字实时仿真软件SkyEye是一款国产自主可控的基于可视化建模的硬件行为级仿真平台，能够对飞控系统、综控系统及FC-AE-1553总线、1553B总线进行仿真建模：

▲基于SkyEye的飞控+综控系统仿真案例

 

(1) 飞控+综控系统建模

FC-AE-1553仿真总线可通过SkyEye快速搭建，并按照总线手册、驱动逻辑详细实现各项功能，完成NC、NT、NM等多种模式的自由切换，搭配同样基于SkyEye搭建的1553B仿真总线及其他仿真设备，即可实现虚拟的飞控+综控系统仿真板卡模型。

仿真模型搭建完成后，用户可通过实际总线驱动验证总线功能，并使用总线开发激励工具模拟NC、NT等多种角色，对板卡上其他仿真设备进行数据激励。

飞控+综控系统仿真板卡还可实现多板卡异构搭建，同时具备分布式同步功能，可由多机分布式部署多块飞控、综控等板卡并进行数据互通，满足多种环境测试需求，为飞行器研发提供极大便利。

 

(2) 上位机数据激励与监视

SkyEye可以与上位机配合进行飞行器的数据激励与监视。使用上位机对基于SkyEye的飞控+综控系统仿真板卡进行数据激励，可实现数据注入、数据监视等功能，将真实数据或根据总线协议编写的测试数据进行注入测试，实时查看总线数据流，实现各功能分支的验证、测试。

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