zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kĩ thuật Viễn thông

Một phương án thu thông tin giao tiếp chuẩn MIL-STD-1553B trong hệ thống ra đa điều khiển hỏa lực trên tàu hải quân

Chia sẻ: ViDoha2711 ViDoha2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Báo xấu

44
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết này trình bày đánh giá về tiêu chuẩn MIL-STD-1553B và đề xuất thiết kế, thực thi một giải pháp thu tín hiệu MIL-STD-1553B trực tiếp giữa các thành phần chức năng độc lập khi khí tài đang hoạt động.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Một phương án thu thông tin giao tiếp chuẩn MIL-STD-1553B trong hệ thống ra đa điều khiển hỏa lực trên tàu hải quân

Thông tin khoa học công nghệ MỘT PHƯƠNG ÁN THU THÔNG TIN GIAO TIẾP CHUẨN MIL-STD-1553B TRONG HỆ THỐNG RA ĐA ĐIỀU KHIỂN HỎA LỰC TRÊN TÀU HẢI QUÂN Vũ Thị Hân, Hà Huy Dũng*, Đinh Văn Trường, Cao Việt Linh Tóm tắt: MIL-STD-1553B là một tiêu chuẩn quân sự mô tả các đặc tính về điện và giao thức cho kênh dữ liệu. Trong những hệ thống hỏa lực công nghệ cao, thế hệ mới trang bị trên các tàu lớp M của Quân chủng Hải quân, toàn bộ dữ liệu trao đổi giữa các thành phần đều sử dụng đường truyền MIL-STD-1553B. Bài báo này trình bày đánh giá về tiêu chuẩn MIL-STD-1553B và đề xuất thiết kế, thực thi một giải pháp thu tín hiệu MIL-STD-1553B trực tiếp giữa các thành phần chức năng độc lập khi khí tài đang hoạt động. Từ khóa: Tiêu chuẩn; Giao thức; MIL-STD-1553B; Hỏa lực. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tiêu chuẩn MIL-STD-1553B xuất hiện từ năm 1975 [1] và được phát triển như một trong những chuẩn kết nối mạng được quốc tế chấp nhận và là thành phần không thể thiếu cho tàu, vệ tinh, tên lửa và chương trình trạm vũ trụ quốc tế cũng như các ứng dụng quân sự công nghệ cao. Tiêu chuẩn này hoạt động trên bus dữ liệu số đa kênh lệnh/phản hồi phân chia thời gian nội bộ [2]. Và tín hiệu giao tiếp được mã hóa Manchester II kiểu dự phòng kép, hai chiều, điều này cho phép loại bỏ việc sử dụng dây nối điểm đến điểm. Với tốc độ truyền thông nối tiếp 1 Mb/s tiêu chuẩn MIL-STD-1553B đảm bảo phù hợp với các hệ thống hỏa lực trên tàu Hải quân nhờ tốc độ, sự tin cậy cao và tối giản về kết nối [5]. Một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của quá trình khai thác, tiến tới làm chủ các khí tài công nghệ cao nói chung và hệ thống hỏa lực (gồm ra đa – pháo, tên lửa) nói riêng đó là phải giải mã, phân tích và giao tiếp được với các đường truyền tiêu chuẩn MIL- STD-1553B. Trên thực tế, các hệ thống hỏa lực trên tàu Hải quân, những đầu cuối thực hiện giao tiếp MIL-STD-1553B đều được chế tạo dưới dạng các card chuyên dụng như PC104-2-1553, PCI-1-1553. Các thiết bị này được cấu hình chuẩn bởi nhà sản xuất và hoạt động trên một hệ điều hành chuyên dụng được thiết lập chức năng đầu cuối rõ ràng trong hệ thống giao tiếp dữ liệu. Việc ứng dụng các card chuyên dụng vào thu thập tất cả dữ liệu trên đường truyền khi hệ thống đang hoạt động là không hiệu quả do quá trình thiết lập phức tạp và có thể gây lệch giao thức lệnh/phản hồi do yêu cầu thu là hoàn toàn thụ động. Ngoài ra, việc ghép nối thêm đầu cuối còn có thể gây ra lỗi phối hợp trở kháng đường truyền và ảnh hưởng tới độ chính xác của dữ liệu. Để giải quyết vấn đề này, bài báo đề xuất một phương án chế tạo thiết bị thu thụ động bằng công nghệ FPGA, các giải pháp được nghiên cứu thực hiện đảm bảo không gây xung đột hệ thống khi ghép nối. Các giải pháp thực hiện sẽ tập trung phát hiện, thu các khung dữ liệu MIL-STD-1553B, lưu trữ chúng và tính toán phối hợp trở kháng khi ghép vào đường truyền. 2. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG GIẢI PHÁP VÀ THIẾT KẾ Giải pháp thiết kế phần mềm FPGA Tiêu chuẩn MIL-STD-1553B cần 24μs để hoàn thành một khung dữ liệu. Số lượng khung truyền liên tục khi có dữ liệu là rất lớn [4]. Do đó, việc thu thụ động đòi hỏi việc giải mã tức thời và đưa được thông tin thu được vào máy tính. Do tốc độ truyền lên máy tính thường thấp hơn và nhiều thông tin phụ hơn đường truyền MIL-STD-1553B, để tránh mất dữ liệu giải pháp thực hiện trên FPGA cần có thuật toán phù hợp để thu và lưu trữ dữ 208 V. T. Hân, …, C. V. Linh, “ Một phương án thu thông tin … hỏa lực trên tàu Hải quân.”
Thông tin khoa học công nghệ liệu nhận được. Trên hình 1 mô tả sơ đồ chức năng của phần mềm nhúng nạp cho chip FPGA. Trong đó: Mil-P Khung dữ liệu Giải mã theo trạng Mil-N thái dữ liệu Ghép dữ Dữ liệu Có dữ liệu liệu Lấy thời Thời gian thu gian thu RAM Cập Địa chỉ ghi 2 cổng Tăng địa chỉ nhật địa độc lập chỉ ghi So sánh Cập Địa chỉ đọc nhật địa Tăng địa chỉ chỉ đọc Giao tiếp Máy tính máy tính Hình 1. Sơ đồ chức năng phần mềm nhúng. Tín hiệu vi sai MIL-STD-1553B dạng xung TTL sau các linh kiện chuẩn hóa được đưa vào mô đun giải mã theo trạng thái dữ liệu. Tại đây, phần mềm sẽ kiểm tra dấu hiệu đồng bộ của khung MIL-STD-1553B trước khi giải mã Manchester II để thu được các bit dữ liệu của khung. Thời gian thu được khung tính từ thời điểm thực hiện thu được ghép vào dữ liệu khung và ghi vào RAM 2 cổng ghi/đọc độc lập nội bộ của chip FPGA. Hoạt động của RAM này được minh họa trên hình 2 với sự độc lập hoàn toàn về dữ liệu vào/ra, xung nhịp điều khiển vào/ra và địa chỉ vào/ra. Hình 2. Hoạt động ghi/đọc độc lập của RAM 2 cổng. RAM 2 cổng ghi/đọc độc lập có địa chỉ ghi tăng khi thu được khung dữ liệu MIL-STD- 1553B. Việc đọc dữ liệu đưa lên máy tính xảy ra khi địa chỉ ghi lớn hơn địa chỉ đọc và địa chỉ đọc, địa chỉ đọc được tăng khi một khung được truyền lên máy tính. Với thiết kế như đã trình bày chip FPGA hoàn toàn có thể đáp ứng các yêu cầu thu-giải mã dữ liệu trên đường truyền. Số kênh lập trình song song theo sơ đồ hình 1 phụ thuộc vào số kênh MIL- STD-1553B được thu đồng thời. Giải pháp phối hợp đường truyền Cáp truyền dẫn tín hiệu MIL-STD-1553B có dạng xoắn với trở kháng danh định nằm trong khoảng Zo = 70÷85Ω tại tần số điều hòa 1MHz [1]. Để giảm nhiễu và công suất sử dụng tín hiệu tại điểm phát của MIL-STD-1553B thường có VP-P nhở hơn 5V. Hình 3 mô tả tín hiệu MIL-STD-1553B đo tại điểm phát dữ liệu ra đa của pháo AK-176M. Do đường truyền dài tới hàng chục mét với nhiều đầu cuối giao tiếp nên biên độ tín hiệu tại các điểm thu bị suy giảm đáng kể, với VP-P khoảng từ 440mV tới 1V. Như vậy, trong hệ thống giao tiếp MIL-STD-1553B đòi hỏi phải duy trì được sự đồng bộ trở kháng nhằm dung hòa giữa Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 68, 8 - 2020 209
Thông tin khoa học công nghệ công suất và độ méo. Mức độ mất đồng bộ và méo tín hiệu gây ra bởi sự phản xạ tín hiệu, là một hàm của trở kháng cáp nối đầu cuối (cáp phụ) và trở kháng đầu vào của thiết bị đầu cuối. Để giảm thiểu độ méo tín hiệu, điều mong muốn là cáp phụ duy trì trở kháng cao. Đồng thời trở kháng cần được giữ ở mức thấp để công suất tín hiệu được đảm bảo khi truyền đến đầu vào. Việc nghiên cứu giải pháp thực hiện thiết bị cần dung hòa được những mục tiêu vừa nêu. Hình 3. Tín hiệu MIL-STD-1553B tại điểm phát. Thiết bị thu thụ động dữ liệu khi thiết kế để phối ghép với đường truyền khi hệ thống đang hoạt động cần đảm bảo không làm thay đổi đồng bộ trở kháng của đường truyền. Bộ phận ghép nối cần phối hợp trở kháng (trở kháng tương đương cáp đường truyền), cách ly dữ liệu và khuếch đại được tín hiệu có biên độ suy giảm. Yêu cầu cụ thể: - Cách ly và khuếch đại tín hiệu: Sử dụng biến áp xung tốc độ cao có tỉ lệ 1:N với N lớn hơn 1 để đảm bảo tăng biên độ tín hiệu nhận được. Giá trị N phụ thuộc vào thiết kế biên độ tín hiệu tại điểm phát của hệ thống. Với biên độ từ 3,3V đến 5V của tín hiệu phát trên các tàu Hải quân lớp M, N được chọn bằng 3,75. - Điện trở phối hợp: Là điện trở nối với cáp truyền MIL-STD-1553B có nhiệm vụ tránh chập tín hiệu và kết hợp với trở kháng biến áp tạo ra trở kháng giao tiếp phối hợp. Sơ đồ kết nối với cặp dây truyền dẫn được mô tả tại hình 4. Theo sơ đồ, biến áp cách ly có cuộn phía kết nối được lựa chọn có trở kháng Z0/2. Ta thu được trở kháng của cụm phối ghép theo (1) [3]: Z0 ZB   2R (1) 2 Để trở kháng phối ghép bằng với trở kháng đường truyền, lựa chọn R = 0,75Z0, chúng ta thu được ZB = 0,5 Z0 + 1,5Z0 = 2Z0. Trở kháng phản xạ lại đường truyền là: Z 2Z Z R  B  o  Zo (2) 2 2 Từ (2) xác nhận sự phối hợp trong phương án kết nối, đảm bảo cung cấp các đặc tính mong muốn để triệt tiêu sự phản xạ và duy trì công suất tín hiệu trong hệ thống. Để đánh giá khả năng duy trì đồng bộ trở kháng, cần có những tiêu chuẩn đánh giá tiêu chuẩn. Đó là [2]: - Độ trễ sườn xung phải nhỏ hơn 100ns. - Độ méo xung không quá 20%. Ở đây, độ méo xung được xác định là tỉ số giữa biên độ nhỏ nhất và biên độ lớn nhất trong một độ rộng xung mã theo Manchester II. Chất lượng của giải pháp sẽ được thực hiện bằng kết quả các phép đo tại phần tiếp theo của bài báo. 210 V. T. Hân, …, C. V. Linh, “ Một phương án thu thông tin … hỏa lực trên tàu Hải quân.”
Thông tin khoa học công nghệ Bọc kim Cặp dây tín hiệu Điện trở phối hợp Mô đun phối ghép Biến áp cách ly, phối hợp Hình 4. Giải pháp kết nối vào đường dữ liệu MIL-STD-1553B. 3. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐÁNH GIÁ Giải pháp thiết kế thiết bị thu thụ động tín hiệu MIL-STD-1553B dựa trên công nghệ FPGA và các tính toán phối hợp bảo tồn sự cân bằng trở kháng được cụ thể hóa như sơ đồ hình 5, tín hiệu trên đường truyền sẽ được kết nối với thiết bị thu qua tầng phối hợp gồm điện trở, biến áp như tính toán tại mục 2. Tín hiệu sau đó được chuẩn hóa TTL để đưa vào xử lý chuỗi mã trên FPGA. Thiết bị với giá trị Z0 cụ thể 73 Ω [5], giá trị R = 0,75 x 73 = 55 Ω và tỉ lệ khuếch đại 1:3,75, có kết quả đo tín hiệu trên đường truyền và tín hiệu sau khi kết nối phối hợp trở kháng như thể hiện tại hình 6. Đường dữ liệu Phối hợp trở Phối hợp trở kháng kháng NGUỒN Biến áp Biến áp cách ly cách ly Chuẩn hóa tín Chuẩn hóa tín Dao động Bộ nhớ hiệu vật lý hiệu vật lý 50Mhz chương trình Tới máy tính FPGA Chuẩn hóa UART Hình 5. Sơ đồ chức năng thiết bị thu thụ động MIL-STD-1553B. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 68, 8 - 2020 211
Thông tin khoa học công nghệ Kết quả trên hình 6 cho thấy, độ méo D lớn nhất của tín hiệu xấp xỉ 15% và các độ trễ sườn trước (t1), sườn sau (t2) đều nhỏ hơn 50ns. Những giá trị này thỏa mãn các tiêu chuẩn duy trì đồng bộ trở kháng đã trình bày ở phần trên. Tín hiệu sau phối hợp của thiết bị thu t1 t2 D Tín hiệu trên đường truyền Hình 6. Kết quả tín hiệu khi kết nối thiết bị vào đường truyền. 4. KẾT LUẬN Với vai trò quan trọng của tiêu chuẩn MIL-STD-1553B trong các hệ thống hỏa lực công nghệ cao được trong bị trong Quân đội, việc nghiên cứu chế tạo thành công thiết bị thu tín hiệu MIL-STD-1553B thụ động không chạy trên hệ điều hành là tiền đề cho khả năng làm chủ trong chế tạo các card giao tiếp trên khí tài và các tổ hợp chức năng độc lập trong hệ thống hỏa lực. Hướng phát triển tiếp theo sẽ tập trung vào các thuật toán giải mã định dạng nhóm khung giao tiếp và vị trí các dữ liệu được mã hóa trên các đường truyền MIL-STD-1553B được sử dụng tại các hệ thống hỏa lực thực tế trên các tàu lớp M của Quân chủng Hải quân. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Glass and Mike, “MIL-STD-1553 Physical Layer for Time- Triggered Networks,” Digital Avionics Systems Conference (DASC), 2011, trang 7-17, 2006. [2]. Online].Available:http://www.altadt.com/support/tutorials/mil-std-1553-tutorial-and- reference. [3]. [Online].Available: http://www.milstd1553.com/Review and Rationable of Mil- Std_1553 A and B. [4]. Yunfeng Bai and Zucheng Zhou and Junbi Chen “The implementation of MIL- STD-1553B processor,” Emerging Technologies (ICET), 2012 International Conference on, trang 1–6, Oct 2012. [5]. Quân chủng Hải quân “Thuyết minh kỹ thuật pháo AK-176M”. 212 V. T. Hân, …, C. V. Linh, “ Một phương án thu thông tin … hỏa lực trên tàu Hải quân.”
Thông tin khoa học công nghệ ABSTRACT AN FPGA APPLICATION FOR DATA COLLECTION IN MIL-STD-1553B STANDARD USED IN FIRE-CONTROL RADAR SYSTEMS OF NAVAL SHIPS MIL-STD-1553B is a military standard describing electrical and protocol characteristics for data channels. In new generation fire-control systems equipped on the Navy’s ships, all information transfer between modules is implemented using MIL-STD-1553B standard. This paper presents the evaluation of MIL-STD-1553B standard and a design proposal to implement direct signal capturing for decoding and analyzing while the system is operating using FPGA technology. Keywords: Standard; Protocol; MIL-STD-1553B; Fire-control. Nhận bài ngày 12 tháng 3 năm 2020 Hoàn thiện ngày 15 tháng 6 năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 03 tháng 8 năm 2020 Địa chỉ: Viện Ra đa, Viện KH – CN quân sự. * Email: dungsystemdesigner@gmail.com. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 68, 8 - 2020 213

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2428 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.