Nghiên cứu giao thức truyền dữ liệu trong tên lửa Accular và Extra

Tên lửa & Thiết bị bay<br /> <br /> NGHIÊN CỨU GIAO THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU<br /> TRONG TÊN LỬA ACCULAR VÀ EXTRA<br /> Lê Kỳ Biên1*, Phạm Thành Công1, Nguyễn Ngọc Thái1, Hoàng Thế Khanh2<br /> Tóm tắt: Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả đối với việc<br /> truyền dữ liệu lên và xuống giữa thiết bị kiểm tra tên lửa với quả đạn tên lửa<br /> Accular và Extra trong quá trình kiểm tra tình trạng kỹ thuật của các loại tên lửa<br /> này. Các dữ liệu được nghiên cứu bao gồm dữ liệu dạng số trên đường truyền RS<br /> 485, RS 422 và dữ liệu logic trên các đường tín hiệu.<br /> Từ khóa: Accular, Extra, RS 485, RS 422.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Tên lửa dẫn đường ACCULAR cùng với tên lửa EXTRA là hai thành phần của tổ hợp<br /> tên lửa phóng loạt LYNX - Sản phẩm của tập đoàn Công nghiệp quốc phòng Israel [1], [2].<br /> Tổ hợp LYNX là một trong những loại tên lửa bảo vệ bờ biển mới nhất, hiện đại nhất. Các<br /> thành phần trong hệ thống LYNX, xét về mặt điều khiển, chủ yếu là các hệ thống tính toán<br /> kỹ thuật số và máy tính chuyên dụng phức tạp. Các dạng dữ liệu trao đổi trong hệ thống này<br /> chủ yếu là dạng số, trong khuôn khổ bài báo này, chúng tôi đi sâu nghiên cứu giao thức<br /> truyền dữ liệu giữa máy kiểm tra tên lửa với tên lửa thật, giản đồ logic của các tín hiệu lên và<br /> xuống đạn tên lửa trong quá trình kiểm tra, đánh giá và xác định tình trạng đạn tên lửa.<br /> 2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIAO THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU<br /> BẰNG THỰC NGHIỆM<br /> Do các tài liệu được phía bạn cung cấp chỉ mang tính chất là hướng dẫn, huấn luyện<br /> vận hành nên để có thể xác định được giao thức truyền dữ liệu giữa thiết bị kiểm tra và<br /> đạn tên lửa, phương pháp duy nhất là phải tiến hành thực nghiệm, kết hợp với phân tích lý<br /> thuyết và quy trình kiểm tra đạn tên lửa. Mô hình thực nghiệm để xác định giao thức<br /> truyền dữ liệu được thể hiện trong hình 1.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Mô hình thực nghiệm xác định giao thức truyền dữ liệu.<br /> Trong đó, thiết bị trích xuất thông tin là thiết bị do nhóm tác giả tự nghiên cứu, thiết kế<br /> và chế tạo, thiết bị này có thể hoạt động ở chế độ “Listen” đối với các giao thức truyền<br /> RS232, RS485 và RS422 ở các tốc độ baud khác nhau cũng như các định dạng khung<br /> truyền khác nhau. Qua nhiều lần thực nghiệm, giao thức truyền dữ liệu giữa thiết bị kiểm<br /> tra và đạn tên lửa đã được xác định và được trình bày trong phần sau.<br /> 3. GIAO THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU GIỮA THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN BẮN<br /> VÀ QUẢ ĐẠN TRONG QUÁ TRÌNH KIỂM TRA<br /> Trong giai đoạn kiểm tra tên lửa, nguồn +30VDC được cấp trong suốt quá trình, từ máy<br /> kiểm tra tới các tên lửa thông qua giắc phóng. Tiếp đó là quá trình kiểm tra các thành phần<br /> <br /> <br /> 12 L. K. Biên, …, H. T. Khanh, “Nghiên cứu giao thức truyền dữ liệu … Accular và Extra.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> chức năng trên tên lửa như: Khối dẫn đường quán tính, khối máy tính trên khoang, khối<br /> động cơ điều khiển cánh lái, ngòi nổ, khối định vị vệ tinh, nguồn pin nhiệt. Quá trình kiểm<br /> tra được tiến hành bằng bộ dữ liệu trên đường RS 485 (ở tên lửa Accular), RS422 (ở tên lửa<br /> Extra) và một loạt các tín hiệu dạng xung, kết quả kiểm tra chỉ ra trạng thái của khối này;<br /> Trạng thái dòng ngắn mạch, dòng hở mạch, RAM của máy tính trên tên lửa, bộ nhớ tạm của<br /> máy tính (trên khoang), cảm biến tiệm cận, trạng thái ngòi nổ, đường truyền thông giữa Card<br /> điều khiển xung với máy tính bay, nguồn ngoài, pin nhiệt, kiểm tra xung tín hiệu, Anten<br /> trước mũi, Anten bên sườn và việc đồng bộ đồng hồ của khối định vị vệ tinh trên tên lửa<br /> Accular. Các kết quả này sẽ được đóng gói dữ liệu và truyền về thiết bị kiểm tra trên đường<br /> truyền vi sai RS 485 (ở tên lửa Accular), RS422 (ở tên lửa Extra). Tất cả những tham số trên<br /> các giao thức truyền thông gồm tốc độ và định dạng khung dữ liệu là chưa biết.<br /> Qua nghiên cứu đo đạc kiểm tra phần cứng của các máy kiểm tra ACT (cho tên lửa<br /> Accular) và ERT (cho tên lửa Extra), có thể nhận thấy rằng các thành phần trong máy<br /> kiểm tra đều là các sản phẩm thương mại; bộ chuyển đổi giao thức từ cổng USB của máy<br /> tính chuyên dụng sang chuẩn RS422 hay RS485 là các bộ chuyển đổi cách ly quang học<br /> USR402 và miRS485.<br /> Từ các thông số căn bản của các bộ chuyển đổi giao thức trên, có thể thấy rằng: cấu<br /> trúc khung dữ liệu là dạng cấu trúc phổ dụng, việc trích xuất và phân tích cấu trúc này là<br /> không quá phức tạp và có thể thực hiện được bằng các thiết bị thông thường cũng như ứng<br /> dụng các phương pháp toán học và suy luận logic. Qua quá trình thu bắt dữ liệu ở tất cả<br /> các tốc độ, sử dụng phương pháp suy luận loại trừ và toán xác suất thống kê, kết hợp tạo<br /> giả dữ liệu của tên lửa phản hồi về máy kiểm tra, chúng tôi đã xác định được cấu trúc<br /> khung dữ liệu dùng để giao tiếp như sau:<br /> - Cấu trúc khung dữ liệu: Cấu trúc của khung truyền dữ liệu trên đường truyền RS 485<br /> và RS422 được cho trong hình 2.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Cấu trúc khung truyền dữ liệu.<br /> Trong đó: Start: Bit khởi động; 8 bit Data từ D0 đến D7; Parity: Bit chẵn/lẻ ở tên lửa<br /> Extra sử dụng cờ Odd, tên lửa Accular sử dụng cờ Even; Stop: Bit dừng.<br /> - Tốc độ trên đường truyền RS 485, RS422: Do dải tốc độ dữ liệu trên đường truyền có<br /> thể nằm trong dải từ vài Kbps đến 10 Mbps [3] nên việc xác định thiết bị kiểm tra và tên<br /> lửa trao đổi với tốc độ bao nhiêu là rất khó nếu chỉ dựa trên dạng vật lý của tín hiệu. Sử<br /> dụng phương pháp loại trừ dựa trên bộ số liệu thu được ở các tốc độ, độ dài đường dây cáp<br /> (15 mét), độ hợp lý về cấu trúc bộ dữ liệu ở các tốc độ... nhận thấy rằng, xác suất tốc độ<br /> sử dụng 90% rơi vào 3 tốc độ: 115200, 14400, 19200. Để xác định bộ dữ liệu nào là chính<br /> xác, cần phải thử từng bộ số liệu một. Qua quá trình thử nghiệm có thể nhận thấy rằng<br /> máy kiểm tra đã phản ứng tốt với các bộ số liệu ở tốc độ 115200 Kbps.<br /> Byte Byte Byte Byte Byte Byte Byte<br /> Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4<br /> 5 6 7 8 9 10 11<br /> Hướng Thứ tự Số hiệu bộ phận trên tên Nội dung câu hỏi kiểm tra CK<br /> truyền khung lửa được hỏi kiểm tra<br /> Hình 3. Cấu trúc câu hỏi từ máy ACT.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 53, 02 - 2018 13<br />  Tên lửa & Thiết bị bay<br /> <br /> Dựa trên bộ dữ liệu nhận về và các thông số đã xác định được ở trên, có thể xác định<br /> được cấu trúc bộ dữ liệu ở máy kiểm tra ACT và tên lửa Accular gồm 20 khung dữ liệu,<br /> khung đầu tiên và khung kết thúc đều là 0x41 0x42 0x43 theo mã ASCII là ABC đánh dấu<br /> và thông báo cho tên lửa biết khi bắt đầu và kết thúc quá trình kiểm tra. Cấu trúc các<br /> khung hỏi tiếp theo là khung lệnh gồm 11 Byte như trong hình 3.<br /> Dựa trên cấu trúc dữ liệu nêu trên và quy trình kiểm tra đạn tên lửa, có thể xây dựng lại<br /> lưu đồ thuật toán cho toàn bộ quá trình kiểm tra của máy kiểm tra ACT như sau:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Thuật toán truyền dữ liệu của máy ACT.<br /> Câu trả lời từ tên lửa Accular có cấu trúc (hình 5) là một bảng 3 hàng 14 cột với tổng<br /> khung dữ liệu là 42 Byte, Byte đầu tiên của cột đầu tiên chỉ hướng truyền, Byte tiếp theo<br /> là số thứ tự khung kể từ câu trả lời đầu tiên của phiên làm việc đầu tiên cho tới khi tắt máy<br /> kiểm tra, 4 Byte tiếp theo của mang thông tin về định danh các bộ phận trong tên lửa<br /> tương ứng với câu hỏi từ máy kiểm tra.<br /> Hướng Số thứ tự 4 byte định danh bộ 35 byte thông tin về trạng CK<br /> truyền khung phận trong tên lửa trả thái từng bộ phận cấu thành<br /> lời máy kiểm tra<br /> Hình 5. Cấu trúc câu trả lời từ tên lửa Accular.<br /> <br /> <br /> 14 L. K. Biên, …, H. T. Khanh, “Nghiên cứu giao thức truyền dữ liệu … Accular và Extra.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Tương tự như vậy, phân tích câu trả lời từ tên lửa Accular có thể xây dựng lại lưu đồ<br /> thuật toán cho toàn bộ quá trình trả lời của tên lửa Accular như sau:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Thuật toán truyền dữ liệu của tên lửa Accular.<br /> <br /> Các bước phân tích và khảo sát đối với máy kiểm tra ERT với đạn tên lửa Extra cũng<br /> được thực hiện tương tự như trên. Cấu trúc bộ dữ liệu câu hỏi từ máy kiểm tra ERT được<br /> chỉ ra trên hình 6 dưới đây:<br /> <br /> Byte 1 Byte Byte 3 Byte 4 Byte Byte Byte Byte Byte<br /> 2 5 6 7 8 9<br /> Hướng truyền Số hiệu bộ phận trên tên Nội dung câu hỏi kiểm tra<br /> lửa được hỏi kiểm tra<br /> Hình 7. Cấu trúc câu hỏi từ máy ERT.<br /> <br /> Dựa trên cấu trúc dữ liệu nêu trên và quy trình kiểm tra đạn tên lửa, có thể xây dựng lại<br /> lưu đồ thuật toán cho toàn bộ quá trình kiểm tra của máy kiểm tra ERT như hình 8:<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 53, 02 - 2018 15<br />  Tên lửa & Thiết bị bay<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 8. Thuật toán truyền dữ liệu của máy ERT.<br /> Câu trả lời từ tên lửa Extra có cấu trúc là một bảng 10 hàng 14 cột với tổng khung dữ<br /> liệu là 140 Byte, 2 Byte đầu tiên của cột đầu tiên chỉ hướng truyền (từ tên lửa về máy kiểm<br /> tra), 6 Byte tiếp theo của dòng thứ nhất mang thông tin về định danh các bộ phần trong tên<br /> lửa tương ứng với câu hỏi từ máy kiểm tra, 2 Byte cuối cùng là Byte checksum kiểm tra<br /> lỗi bit trên đường truyền. Cấu trúc cụ thể được chỉ ra trên hình 9 dưới đây:<br /> 2 byte hướng 6 byte định danh bộ phận trong 130 byte mang thông tin về 2 byte<br /> truyền tên lửa trả lời máy kiểm tra trạng thái từng bộ phận cấu CK<br /> thành<br /> Hình 9. Cấu trúc câu trả lời từ tên lửa Extra.<br /> Đối với tên lửa Extra, logic làm việc như sau: Sau khi được cấp nguồn từ máy kiểm tra,<br /> các bộ phận trong tên lửa khởi động và tự kiểm tra các tham số, sau đó báo về máy tính<br /> hàng không (FCA) trên tên lửa, sau khi có đủ tham số của các thành phần, FCA mới gửi<br /> khung dữ liệu về máy kiểm tra trước, máy kiểm tra xác nhận khung đúng và các giá trị<br /> trong khung tốt, lúc đó, quá trình hỏi đáp mới bắt đầu theo tiến trình máy kiểm tra hỏi, tên<br /> lửa trả lời. Dựa trên cấu trúc dữ liệu nêu trên và quy trình kiểm tra đạn tên lửa, có thể xây<br /> dựng lại lưu đồ thuật toán cho toàn bộ quá trình trả lời của tên lửa Extra như hình 10.<br /> Ngoài bộ dữ liệu trên, quá trình kiểm tra đạn tên lửa còn sử dụng một số loại tín hiệu<br /> logic và được phân nhóm như sau:<br /> - Nhóm tín hiệu từ tên lửa về máy kiểm tra: mức +30V (Dấu hiệu tên lửa, Dấu hiệu ngắn<br /> mạch, hở mạch trong tên lửa), mức 3.3V (tín hiệu đồng bộ đồng hồ thời gian trong khối định<br /> vị vệ tinh GPS (Extra), GNSS (Accular); tín hiệu đồng bộ dữ liệu định vị vệ tinh)<br /> - Nhóm tín hiệu từ thiết bị kiểm tra tới tên lửa: mức +30V (tín hiệu nguồn cho từng bộ<br /> phận), mức 3.3V tín hiệu đồng bộ đồng hồ định vị vệ tinh trong máy kiểm tra.<br /> <br /> <br /> 16 L. K. Biên, …, H. T. Khanh, “Nghiên cứu giao thức truyền dữ liệu … Accular và Extra.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 10. Thuật toán truyền dữ liệu của tên lửa Extra.<br /> Qua khảo sát nhận thấy các tín hiệu +30 VDC là nguồn cấp từ thiết bị kiểm tra tới tên<br /> lửa, hay các thành phần riêng lẻ trong tên lửa; Ở hướng ngược lại, tên lửa cũng tạo ra các tín<br /> hiệu để thể hiện: sự có mặt của tên lửa, sự ngắn hay hở mạch của các bộ phận trong tên lửa.<br /> Qua khảo sát đo đạc, nhận thấy rằng, khi toàn bộ tên lửa khởi động trong suốt quá trình<br /> kiểm kiểm tra, tên lửa tiêu hao dòng từ 0,8 - 1,2 Ampe. Nếu ngoài dải này, lập tức máy<br /> kiểm tra sẽ báo lỗi Check Current. Đối với các tín hiệu đồng bộ đồng hồ thời gian trên bộ<br /> định vị vệ tinh, xung vuông mức 3.3V xuất hiện trên các chân với xung vuông độ rộng<br /> 1ms, chu kỳ 1s, hoặc xung vuông độ rộng 999 ms chu kỳ 1ms.<br /> Các tín hiệu đồng bộ dữ liệu định vị vệ tinh xuất hiện trên chân R và T giắc J1 mức 3.3<br /> V có dạng xung vuông, bắt đầu khi xác nhận xong câu hỏi và kết thúc khi kết thúc câu trả<br /> lời, hình ảnh tín hiệu này thu dược như sau:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 11. Dạng và thực tế đo được tín hiệu đồng bộ dữ liệu định vị vệ tinh<br /> của máy kiểm tra và tên lửa.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 53, 02 - 2018 17<br />  Tên lửa & Thiết bị bay<br /> <br /> Các tín hiệu này về thời gian đồng bộ với các khung dữ liệu xuất hiện trên đường<br /> truyền, tuy nhiên trong khuôn khổ bài báo này chúng tôi chỉ tập trung vào giao thức và cấu<br /> trúc dữ liệu trao đổi giữa máy kiểm tra ACT với tên lửa Accular, máy kiểm tra ERT với<br /> tên lửa Extra.<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Qua các kết quả nghiên cứu và khảo sát trên đây có thể nhận thấy rằng, trong các hệ<br /> thống vũ khí hiện đại ngày nay, đa số các thiết bị thành phần đã được số hóa. Việc truyền<br /> các số liệu giữa các thiết bị đó luôn được thực hiện theo các chuẩn quốc tế thông dụng, tuy<br /> nhiên, trong các trường hợp cụ thể thì việc áp dụng thực tế luôn có sự khác biệt nhất định,<br /> việc nghiên cứu, xác định cụ thể các đặc điểm đó giúp nắm bắt được các thuật toán điều<br /> khiển trong hệ thống và nâng cao khả năng tự sửa chữa, đảm bảo kỹ thuật cho các hệ<br /> thống vũ khí này, giảm sự phụ thuộc vào các chuyên gia nước ngoài. Đồng thời, việc nắm<br /> bắt được hoạt động cụ thể của từng thành phần trong hệ thống cũng là một trong các điều<br /> kiện thuận lợi cho việc cải tiến, thay thế các thành phần trong hệ thống.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Israel Military Industries. “Accular Missile Tester Operational and Maintenance<br /> Manual”. 2013.<br /> [2]. Israel Military Industries. “Accular Missile Tester Operational and Maintenance<br /> Manual”. 2013.<br /> [3]. American Dynamics, “RS-422/RS-485 Communications Protocol”.<br /> [4]. Боевая машина 9А34МЛ - ПРОТОКОЛ №7 - Стыковка блока электроники<br /> изделия 9М340 с ЦВМ изделия 9А34МЛ.<br /> [5]. Quân chủng Hải Quân. “Quy trình kỹ thuật kiểm tra tên lửa Accular” . 2013.<br /> [6]. Quân chủng Hải Quân. “Quy trình kỹ thuật kiểm tra tên lửa Extra” . 2013.<br /> ABSTRACT<br /> STUDYING THE DATA PROTOCOL IN PALMA ANTI-AIR CRAFT MISSILE<br /> AND ARTILLERY SYSTEM<br /> In the paper, the results on the data exchange protocol between the tester<br /> equipment and the missile Accular and Extra missile system during a test process<br /> are presented. Studied data include digital data on RS485, RS422 communication<br /> lines and logic data on signal lines.<br /> Keywords: Missile, Accular, Extra, RS 485, RS 422.<br /> <br /> Nhận bài ngày 31 tháng 5 năm 2017<br /> Hoàn thiện ngày 19 tháng 6 năm 2017<br /> Chấp nhận đăng ngày 26 tháng 02 năm 2018<br /> <br /> <br /> <br /> Địa chỉ: 1 Viện Điện tử, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự;<br /> 2<br /> Viện Tên lửa, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự.<br /> *<br /> Email: lekybien@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 18 L. K. Biên, …, H. T. Khanh, “Nghiên cứu giao thức truyền dữ liệu … Accular và Extra.”<br />