ИНТЕГРИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС БОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ С МУЛЬТИПЛЕКСНОЙ СИСТЕМОЙ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА Российский патент 2001 года по МПК B64C30/00 

Изобретение относится к системам управления учебно-тренировочными и учебно-боевыми самолетами и предназначено для обучения летчиков-курсантов и повышения квалификации летчиков вооруженных сил. Возможно непосредственное использование устройства в случае военных действий.

Современный уровень развития электроники, вычислительной техники, бортового оборудования и средств автоматизированной разработки и отладки программного обеспечения позволяет перейти к качественно новому этапу проектирования комплексов бортового радиоэлектронного оборудования, при котором создание отдельных приборов и систем подчинено идее единого (интегрированного) комплекса бортового оборудования (ИКБО), помогающего экипажу выполнять необходимые задачи и защищающего его от информационных и психологических перегрузок.

Известен комплекс бортового оборудования, содержащий бортовую цифровую вычислительную систему управления полетом и учебно-боевыми действиями, связанную с системой информационного обмена, внешнее запоминающее устройство, аппаратуру ввода информации и блок питания и коммутации, связанные с бортовой цифровой вычислительной системой управления полетом и учебно-боевыми действиями, инерциальную систему, радиотехническую систему ближней навигации, связанную с соответствующей антенно-фидерной системой, автоматический радиокомпас, информационную систему высотных параметров, радиовысотомер, включающий в себя приемопередатчик, антенное устройство и указатель высоты, маркерный приемник, установленные в кабине курсанта пульты управления системы автоматического управления, и системы управления оружием, установленные в кабине курсанта и в кабине инструктора пилотажно-навигационные приборы, приборы контроля силовой установки и аварийную сигнализацию, а также пульты системы дистанционного управления, которая содержит вычислитель с блоком питания, датчик линейных ускорений, датчик угловых скоростей, датчики положения органов управления и носков крыла, вычислитель репрограммирования и узел управления закрылками, систему отображения информации, включающую в себя прицельно-пилотажный индикатор, электронный многофункциональный индикатор, многофункциональный пульт управления, нашлемная единая система визуализации и целеуказания, включающая нашлемное визирное устройство, электронный блок и сканирующее устройство, систему спутниковой связи, систему управления оружием, включающую в себя блок управляемых ракет, пульт управления, блок неуправляемого оружия и блок преобразования информации, устройство сбора сигналов общесамолетных систем, систему объективного контроля, бортовое устройство регистрации, включающее в себя блок сбора полетной информации, эксплуатационный бортовой накопитель и защищенный бортовой накопитель, телевизионную систему объективного контроля, включающая в себя пульт управления, телекамеру и блок видеозаписи, связную радиостанцию, модуль самолетного переговорного устройства, алфавитно-цифровое печатающее устройство, систему электроснабжения, внешнее и внутреннее светотехническое оборудование (RU 96123485 A1, 10.02.1999).

Однако существующая техника не может удовлетворить непрерывно возрастающие требования к современным боевым самолетам.

Задачей, на достижение которой направлено данное изобретение, является возможность удовлетворить непрерывно возрастающие требования к современным боевым самолетам по таким важным характеристикам, как то:
- степень автоматизации полета;
- точность, многорежимность, многоцелевость и автоматизация применения оружия;
- всепогодность и полное суточное применение;
- комфортность работы экипажа;
- высокую эффективность выполнения полетного задания в условиях возможного противодействия;
- высокий уровень надежности;
- высокую степень готовности к вылету;
- низкую трудоемкость и малое время обслуживания при эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в комплексе бортового оборудования, содержащем бортовую цифровую вычислительную систему управления полетом и учебно-боевыми действиями, связанную с системой информационного обмена, внешнее запоминающее устройство, аппаратуру ввода информации и блок питания и коммутации, связанные с бортовой цифровой вычислительной системой управления полетом и учебно-боевыми действиями, инерциальную систему, радиотехническую систему ближней навигации, связанную с соответствующей антенно-фидерной системой, автоматический радиокомпас, информационную систему высотных параметров, радиовысотомер, включающий в себя приемопередатчик, антенное устройство и указатель высоты, маркерный приемник, установленные в кабине курсанта пульты управления системы автоматического управления, и системы управления оружием, установленные в кабине курсанта и в кабине инструктора пилотажно-навигационные приборы, приборы контроля силовой установки и аварийную сигнализацию, а также пульты системы дистанционного управления, которая содержит вычислитель с блоком питания, датчик линейных ускорений, датчик угловых скоростей, датчики положения органов управления и носков крыла, вычислитель репрограммирования и узел управления закрылками, систему отображения информации, включающую в себя прицельно-пилотажный индикатор, электронный многофункциональный индикатор, многофункциональный пульт управления, нашлемная единая система визуализации и целеуказания, включающая нашлемное визирное устройство, электронный блок и сканирующее устройство, систему спутниковой связи, систему управления оружием, включающую в себя блок управляемых ракет, пульт управления, блок неуправляемого оружия и блок преобразования информации, устройство сбора сигналов общесамолетных систем, систему объективного контроля, бортовое устройство регистрации, включающее в себя блок сбора полетной информации, эксплуатационный бортовой накопитель и защищенный бортовой накопитель, телевизионную систему объективного контроля, включающая в себя пульт управления, телекамеру и блок видеозаписи, связную радиостанцию, модуль самолетного переговорного устройства, алфавитно-цифровое печатающее устройство, систему электроснабжения, внешнее и внутреннее светотехническое оборудование, система информационного обмена разделена на три независимых мультиплексных канала информационного обмена, один из которых является каналом системы управления оружием и предназначен для подключения к бортовой вычислительной системе упомянутых узлов системы управления оружием, имитаторов управления боевыми действиями и нашлемной системы визуализации и целеуказания, второй является каналом автоматизированной системы управления самолетом и предназначен для подключения к бортовой вычислительной системе инерциальной системы, радиотехнической системы ближней навигации, информационную систему высотных параметров, радиовысотомера, системы объективного контроля, включающей в себя телевизионную систему объективного контроля и бортовое устройство регистрации, ответчик государственного опознавания и управления воздушным движением, а третий канал является каналом системы отображения информации и предназначен для подключения к бортовой вычислительной системе электронных многофункциональных индикаторов, многофункциональных пультов управления и прицельно-пилотажного индикатора, при этом соответствующие выходы информационной системы высотных параметров, а также выходы системы автоматического управления и датчики линейных и угловых скоростей подключены к входам системы дистанционного управления.

Бортовая цифровая вычислительная система включает в себя две цифровые вычислительные машины, связанные между собой с возможностью резервирования параллельным межмашинным каналом, к которому подключено внешнее запоминающее устройство.

Кроме того, возможно подключение к каналам системы информационного обмена неограниченного количества дополнительных блоков и устройств, назначение которых соответствует назначению каналов.

Каждый из упомянутых независимых каналов системы информационного обмена является подсистемой, связанной с центральным процессором и содержащей контроллер/адаптер связи, связанный одними своими входами и выходами с линией информационного обмена, а другими входами и выходами - с общей шиной вычислителя подсистемы. Последняя связана с оконечным устройством, к которому подключены относящиеся к данному независимому каналу датчиками и исполнительными узлами. Контроллер/адаптер включает в себя адаптер связи линии информационного обмена с локальной шиной, посредством которой он связан с устройством управления, предназначенным для обеспечения режима контроллера. Устройство управления выполнено с возможностью проверки длительности паузы между переданным и принятым ответным сообщениями, контроллера/адаптера, проверки соответствия режима работы контроллера/адаптера типу принимаемого сообщения, выявления ошибок кодирования, а также проверки числа принятых информационных слов - при работе в режиме приема информационных слов и отсутствии ошибок кодирования - и перевода контроллера/адаптера в следующий сеанс связи, если число принятых информационных слов соответствует заданному. В случае невыполнения какого-либо из указанных условий оно осуществляет формирование сообщения центральному процессору и установление признака сбоя. При этом производится запись в соответствующий регистр контроллера/адаптера. Оконечное устройство выполнено с возможностью проверки командного слова, а в случае невыполнения какого-либо из условий - формирования ответного слова и слова состояния с указанием признака ошибки.

Адаптер связи линии информационного обмена с локальной шиной может включать в себя кодер и декодер, средства контроля и обеспечения форматов сообщений, кодер включает в себя узлы, предназначенные для формирования сигнала в последовательном коде Манчестер II с добавлением синхроимпульса и дополнительного проверочного разряда, а декодер выполнен с возможностью обнаружения ошибки одновременно с записью информации и исправления одиночной ошибки по адресу обнаруженной ошибки и значению проверочного разряда.

В качестве линии информационного обмена могут быть использованы как проводная, так и волоконно-оптическая линия связи.

А устройство управления может включать в себя средства тестового контроля системы.

Таким образом, ИКБО призван объединить функции подсистем и их программно-аппаратные средства с функциями летчика-оператора (экипажа) с учетом его физиологического состояния на единой информационной основе для достижения качественно новых свойств самолета в целом с учетом ограничений на техническую реализуемость и ресурсы бортового оборудования.

Неотъемлемой и существенной частью ИКБО, определяющей его "интеллектуальные" возможности, является автоматизированная система управления (АСУ ИКБО), ядро которой составляет бортовая вычислительная система (БВС).

Основным назначением АСУ ИКБО является повышение эффективности функционирования комплекса за счет улучшения использования имеющихся ресурсов, а основные направления разработки базируются на принципах системо-технического, математического и организационно-технического характера.

Системо-технический подход к проектированию больших систем, к которым относятся ИКБО, включает в себя следующую последовательность действий:
- определение общей структуры ИКБО;
- организацию взаимодействия между системами, подсистемами и датчиками (с учетом влияния внешней среды);
- разработка, анализ и синтез алгоритмов функционирования, и определение интенсивности информационных потоков;
- разработку структур систем, подсистем и датчиков;
- оптимизацию структуры и алгоритмов в целом.

Исследования по определению перечня задач ИКБО перспективного учебно-тренировочного самолета показали, что бортовое радиоэлектронное оборудование должно обеспечивать решение следующих задач:
- непрерывное автоматическое определение и индикацию основных параметров движения самолета (высота, скорость, пространственное положение, текущие координаты и др.);
- выработка сигналов управления самолетом при заходе на посадку и автоматизированную посадку;
- отображение основной пилотажно-навигационной, командной и прицельной информации на лобовом стекле передней кабины и электронно-лучевых индикаторах обеих кабин;
- отработка элементов специальных задач, ведения боевых действий по воздушным, наземным и надводным целям;
- имитация работы бортовых обзорно-прицельных систем самолетов 4 и 5 поколений, подготовки и применения их вооружения;
- имитация использования ракет "воздух-поверхность" и "воздух-воздух" с различными головками и системами наведения, бомбометания и стрельбы;
- имитация применения средств бортовых комплексов обороны;
- имитация обстановки для отработки задач перехвата воздушных целей, применяющих радиопротиводействие в сочетании с различными видами маневра;
- имитация сигналов функционирования типовых средств ПВО противника;
- сигнализация об отказах авиационной техники и выработка рекомендаций по действиям экипажа;
- автоматизированный контроль состояния основных систем самолета, а также поиск неисправностей с глубиной до сменного блока;
- надежная двухсторонняя радиосвязь между членами экипажа, с наземными радиостанциями и документирование переговоров экипажа;
- ответ на запрос наземных или бортовых РЛС о государственной принадлежности;
- объективный контроль действий экипажа при выполнении учебных задач;
- обеспечение электропитанием систем и оборудования самолета;
- применение подвесного вооружения.

Анализ задач, решаемых БРЭО учебно-тренировочного самолета типа Як-130, позволяет выявить определенные функциональные особенности комплекса:
- пилотажно-навигационные задачи, задачи радиосвязи, контроля и отображения информации обладают непосредственной физической базой реализации в навигационно-пилотажных системах, радиосвязном оборудовании, оборудовании контроля и информационно-управляющего поля кабины, в то время как для задач учебно-боевых действий, имитации тактической обстановки и имитации ракетного оружия необходима лишь программная среда реализации;
- объемы задач учебно-боевых действий, имитации тактической обстановки и имитации ракетного оружия существенны и сопоставимы с объемом боевых задач современного маневренного истребителя, а для их реализации потребуется значительный потенциал, которым обладают БЦВМ верхнего уровня бортовых комплексов современных истребителей.

Повышение требований к комплексам БРЭО привело к существенному возрастанию роли обмена цифровой информацией на борту воздушного судна (ВС). В свою очередь системы информационного обмена оказывают большое влияние на состав и структуру БРЭО, на его технические, эксплуатационные и стоимостные характеристики.

Для обмена информацией в БРЭО современных самолетов применяются шины, выполненные в соответствии:
- ГОСТ 18977-79 (аналог ARINC 429) для межсистемных и внутрисистемных связей в гражданской авиации;
- ГОСТ 26765.52-87 (аналог MIL STD-1553) для межсистемных и внутрисистемных связей военной авиации.

Система информационного обмена, построенная на базе мультиплексного канала, отвечает основным требованиям и обеспечивает:
- двунаправленный обмен информацией для сокращения до минимума массы и объема аппаратуры и соединительных проводов;
- высокую скорость передачи цифровой информации для сокращения временных задержек и возможности передачи больших блоков данных;
- высокую надежность всей системы цифровых связей;
- гибкость реконфигурации схемы связей, возможность добавления или исключения из системы отдельных абонентов без существенных аппаратурных изменений;
- высокую устойчивость к отказам и достаточно надежную защиту от ошибок;
- возможность дублирования шины и контроллера для повышения устойчивости системы к отказам.

Учитывая, что в отечественной военной авиации для построения комплексов БО используются иерархические структуры вычислительных систем и применяются методы комплексирования оборудования на базе мультиплексных каналов по ГОСТ 2676552-87, а также что эти методы поддержаны технически и технологически и дают положительные результаты по сокращению массо-габаритных характеристик комплексов и позволяют легко наращивать структуру БРЭО, подобный подход был использован для формирования архитектуры комплекса бортового оборудования УТС Як-130.

Комплексирование БРЭО УТС Як-130 выполняется на основе автоматизированной системы управления полетом и учебно-боевыми действиями (АСУ П-УБД). Ядром АСУ П-УБД является БЦВС АСУ П-УБД, построенная в виде двухмашинного контура, вычислители которого БЦВМ 1 и БЦВМ 2 связаны параллельным межмашинным каналом по ГОСТ 2676551-86 для функций резервирования.

Объединение бортового оборудования в единый интегрированный комплекс осуществляется посредством мультиплексной системы информационного обмена (МСИО), состоящей из трех мультиплексных каналов информационного обмена (МКИО СОИ, МКИО-АСУ, МКИО-СУО).

Оборудованная таким образом бортовая вычислительная сеть работает под управлением БЦВС АСУ и обеспечивает централизацию управления режимами, вычислительными процессами и потоками информации, доступ к информации, передаваемой по МСИО, контроль правильности функционирования БО и возможность реконфигурации при отказах.

Структурная схема интегрированного комплекса бортового оборудования учебно-тренировочного самолета представлена на фиг. 1. В качестве примера может быть рассмотрена представленная на фиг. 2 модификация ИКБО для учебно-боевого самолета, выполненного на базе УТС Як-130.

Состав базового комплекта бортового оборудования представлен в таблице 1.

Что касается построения системы информационного обмена, то, как уже было упомянуто выше, она разделена на три независимых канала. Каждый из упомянутых независимых каналов системы информационного обмена является подсистемой, связанной с центральным процессором и содержащей контроллер/адаптер связи, связанный одними своими входами и выходами с линией информационного обмена, а другими входами и выходами - с общей шиной вычислителя подсистемы. Последняя связана с оконечным устройством, к которому подключены относящиеся к данному независимому каналу датчиками и исполнительными узлами. Контроллер/адаптер включает в себя адаптер связи линии информационного обмена с локальной шиной, посредством которой он связан с устройством управления, предназначенным для обеспечения режима контроллера. Устройство управления выполнено с возможностью проверки длительности паузы между переданным и принятым ответным сообщениями, контроллера/адаптера, проверки соответствия режима работы контроллера/адаптера типу принимаемого сообщения, выявления ошибок кодирования, а также проверки числа принятых информационных слов - при работе в режиме приема информационных слов и отсутствии ошибок кодирования - и перевода контроллера/адаптера в следующий сеанс связи, если число принятых информационных слов соответствует заданному. В случае невыполнения какого-либо из указанных условий оно осуществляет формирование сообщения центральному процессору и установление признака сбоя. При этом производится запись в соответствующий регистр контроллера/адаптера. Оконечное устройство выполнено с возможностью проверки командного слова, а в случае невыполнения какого-либо из условий - формирования ответного слова и слова состояния с указанием признака ошибки.

Адаптер связи линии информационного обмена с локальной шиной включает в себя кодер и декодер, средства контроля и обеспечения форматов сообщений, кодер включает в себя узлы, предназначенные для формирования сигнала в последовательном коде Манчестер II с добавлением синхроимпульса и дополнительного проверочного разряда, а декодер выполнен с возможностью обнаружения ошибки одновременно с записью информации и исправления одиночной ошибки по адресу обнаруженной ошибки и значению проверочного разряда.

А устройство управления включает в себя средства тестового контроля системы.

Предложенная архитектура ИКБО УТС Як-130 является открытой. Она позволяет наращивать состав бортового оборудования, состав вооружения и варьировать комплектацией прицельной системы с минимальными доработками аппаратурной части и соответствующими доработками модульной структуры программного обеспечения БЦВС и СУО.

Предлагаемая открытая архитектура интегрированного комплекса бортового оборудования позволит реализовывать в сжатые сроки создание комплексов бортового оборудования перспективных воздушных судов с приемлемыми массо-габаритными характеристиками при современных достижениях отечественной промышленности.

Изобретение относится к системам управления учебно-тренировочными и учебно-боевыми самолетами и предназначено для обучения летчиков-курсантов и повышения квалификации летчиков Вооруженных сил. Возможно непосредственное использование устройства в случае военных действий. Бортовое оборудование объединено в единый интегрированный комплекс посредством мультиплексной системы информационного обмена, состоящей из трех мультиплексных каналов информационного обмена. Первый является каналом системы управления оружием, второй - каналом автоматизированной системы управления самолетом, третий - каналом системы отображения информации. Оборудованная таким образом бортовая вычислительная сеть работает под управлением вычислительной системы и обеспечивает централизацию управления режимами, вычислительными процессами и потоками информации, доступ к информации, передаваемой по системе информационного обмена. Технический результат - повышение надежности, снижение трудоемкости и уменьшение времени обслуживания, а также возможность реконфигурации при отказах. 7 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Интегрированный комплекс бортового оборудования с мультиплексной системой информационного обмена, содержащий бортовую цифровую вычислительную систему управления полетом и учебно-боевыми действиями, связанную с системой информационного обмена, внешнее запоминающее устройство, аппаратуру ввода информации и блок питания и коммутации, связанные с бортовой цифровой вычислительной системой управления полетом и учебно-боевыми действиями, инерциальную систему, радиотехническую систему ближней навигации, связанную с соответствующей антенно-фидерной системой, автоматический радиокомпас, информационную систему высотных параметров, радиовысотомер, включающий в себя приемопередатчик, антенное устройство и указатель высоты, маркерный приемник, установленные в кабине курсанта пульты управления системы автоматического управления, и системы управления оружием, установленные в кабине курсанта и в кабине инструктора пилотажно-навигационные приборы, приборы контроля силовой установки и аварийную сигнализацию, а также пульты системы дистанционного управления, которая содержит вычислитель с блоком питания, датчик линейных ускорений, датчик угловых скоростей, датчики положения органов управления и носков крыла, вычислитель репрограммирования и узел управления закрылками, систему отображения информации, включающую в себя прицельно-пилотажный индикатор, электронный многофункциональный индикатор, многофункциональный пульт управления, нашлемную единую систему визуализации и целеуказания, включающую нашлемное визирное устройство, электронный блок и сканирующее устройство, систему спутниковой связи, систему управления оружием, включающую в себя блок управляемых ракет, пульт управления, блок неуправляемого оружия и блок преобразования информации, устройство сбора сигналов общесамолетных систем, систему объективного контроля, бортовое устройство регистрации, включающее в себя блок сбора полетной информации, эксплуатационный бортовой накопитель и защищенный бортовой накопитель, телевизионную систему объективного контроля, включающую в себя пульт управления, телекамеру и блок видеозаписи, связную радиостанцию, модуль самолетного переговорного устройства, алфавитно-цифровое печатающее устройство, систему электроснабжения, внешнее и внутреннее светотехническое оборудование, отличающийся тем, что система информационного обмена разделена на три независимых мультиплексных канала информационного обмена, один из которых является каналом системы управления оружием и предназначен для подключения к бортовой вычислительной системе упомянутых узлов системы управления оружием, имитаторов управления боевыми действиями и нашлемной системы визуализации и целеуказания, второй является каналом автоматизированной системы управления самолетом и предназначен для подключения к бортовой вычислительной системе инерциальной системы, радиотехнической системы ближней навигации, информационной системы высотных параметров, радиовысотомера, системы объективного контроля, включающей в себя, телевизионную систему объективного контроля и бортовое устройство регистрации, ответчик государственного опознавания и управления воздушным движением, а третий канал является каналом системы отображения информации и предназначен для подключения к бортовой вычислительной системе электронных многофункциональных индикаторов, многофункциональных пультов управления и прицельно-пилотажного индикатора, при этом соответствующие выходы информационной системы высотных параметров, а также выходы системы автоматического управления и датчики линейных и угловых скоростей подключены к входам системы дистанционного управления. 2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что бортовая цифровая вычислительная система включает в себя две цифровые вычислительные машины, связанные между собой с возможностью резервирования параллельным межмашинным каналом, к которому подключено внешнее запоминающее устройство. 3. Комплекс по п.1 или 2, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью подключения к каналам системы информационного обмена неограниченного количества дополнительных блоков и устройств, назначение которых соответствует назначению каналов. 4. Комплекс по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что каждый из упомянутых независимых каналов системы информационного обмена является подсистемой, связанной с центральным процессором бортовой цифровой вычислительной системы и содержащей контроллер/адаптер связи, связанный одними своими входами и выходами с линией информационного обмена, а другими входами и выходами - с общей шиной вычислителя подсистемы, которая связана с оконечным устройством, связанным с относящимися к данному независимому каналу датчиками и исполнительными узлами, при этом упомянутый контроллер/адаптер включает в себя адаптер связи линии информационного обмена с локальной шиной, посредством которой он связан с устройством управления, предназначенным для обеспечения режима контроллера и выполненным с возможностью проверки длительности паузы между переданным и принятым ответным сообщениями контроллера/адаптера, проверки соответствия режима работы контроллера/адаптера типу принимаемого сообщения, выявления ошибок кодирования, а также проверки числа принятых информационных слов - при работе в режиме приема информационных слов и отсутствии ошибок кодирования - и перевода контроллера/адаптера в следующий сеанс связи, если число принятых информационных слов соответствует заданному, а в случае невыполнения какого-либо из указанных условий - формирования сообщения центральному процессору и установления признака сбоя и записи его в соответствующий регистр контроллера/адаптера, оконечное устройство выполнено с возможностью проверки командного слова, а в случае невыполнения какого-либо из условий - формирования ответного слова и слова состояния с указанием признака ошибки. 5. Комплекс по п.4, отличающийся тем, что адаптер связи линии информационного обмена с локальной шиной включает в себя кодер и декодер, средства контроля и обеспечения форматов сообщений, кодер включает в себя узлы, предназначенные для формирования сигнала в последовательном коде Манчестер II с добавлением синхроимпульса и дополнительного проверочного разряда, а декодер выполнен с возможностью обнаружения ошибки одновременно с записью информации и исправления одиночной ошибки по адресу обнаруженной ошибки и значению проверочного разряда. 6. Комплекс по п.5, отличающийся тем, что в качестве линии информационного обмена использована проводная линия связи. 7. Комплекс по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что в качестве линии информационного обмена использована волоконно-оптическая линия связи. 8. Комплекс по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что устройство управления включает в себя средства тестового контроля системы.