Đang tải... (xem toàn văn)
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.
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 tiêu chuẩn quân mơ tả đặc tính điện giao thức cho kênh liệu Trong hệ thống hỏa lực công nghệ cao, hệ trang bị tàu lớp M Quân chủng Hải quân, toàn liệu trao đổi thành phần sử dụng đường truyền MIL-STD-1553B Bài báo trình bày đánh giá tiêu chuẩn MIL-STD-1553B đề xuất thiết kế, thực thi giải pháp thu tín hiệu MIL-STD-1553B trực tiếp thành phần chức độc lập khí tài hoạt động Từ khóa: Tiêu chuẩn; Giao thức; MIL-STD-1553B; Hỏa lực ĐẶT VẤN ĐỀ Tiêu chuẩn MIL-STD-1553B xuất từ năm 1975 [1] phát triển chuẩn kết nối mạng quốc tế chấp nhận thành phần thiếu cho tàu, vệ tinh, tên lửa chương trình trạm vũ trụ quốc tế ứng dụng quân công nghệ cao Tiêu chuẩn hoạt động bus liệu số đa kênh lệnh/phản hồi phân chia thời gian nội [2] Và tín hiệu giao tiếp mã hóa Manchester II kiểu dự phịng kép, hai chiều, điều cho phép loại bỏ việc sử dụng dây nối điểm đến điểm Với tốc độ truyền thông nối tiếp Mb/s tiêu chuẩn MIL-STD-1553B đảm bảo phù hợp với hệ thống hỏa lực tàu Hải quân nhờ tốc độ, tin cậy cao tối giản kết nối [5] Một nhiệm vụ quan trọng trình khai thác, tiến tới làm chủ khí tài cơng nghệ cao nói chung hệ thống hỏa lực (gồm đa – pháo, tên lửa) nói riêng phải giải mã, phân tích giao tiếp với đường truyền tiêu chuẩn MILSTD-1553B Trên thực tế, hệ thống hỏa lực tàu Hải quân, đầu cuối thực giao tiếp MIL-STD-1553B chế tạo dạng card chuyên dụng PC104-2-1553, PCI-1-1553 Các thiết bị cấu hình chuẩn nhà sản xuất hoạt động hệ điều hành chuyên dụng thiết lập chức đầu cuối rõ ràng hệ thống giao tiếp liệu Việc ứng dụng card chuyên dụng vào thu thập tất liệu đường truyền hệ thống hoạt động không hiệu q trình thiết lập phức tạp gây lệch giao thức lệnh/phản hồi yêu cầu thu hoàn toàn thụ động Ngoài ra, việc ghép nối thêm đầu cuối cịn gây lỗi phối hợp trở kháng đường truyền ảnh hưởng tới độ xác liệu Để giải vấn đề này, báo đề xuất phương án chế tạo thiết bị thu thụ động công nghệ FPGA, giải pháp nghiên cứu thực đảm bảo không gây xung đột hệ thống ghép nối Các giải pháp thực tập trung phát hiện, thu khung liệu MIL-STD-1553B, lưu trữ chúng tính toán phối hợp trở kháng ghép vào đường truyền 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 khung liệu Số lượng khung truyền liên tục có liệu lớn [4] Do đó, việc thu thụ động địi hỏi việc giải mã tức thời đưa thông tin thu vào máy tính Do tốc độ truyền lên máy tính thường thấp nhiều thơng tin phụ đường truyền MIL-STD-1553B, để tránh liệu giải pháp thực FPGA cần có thuật tốn phù hợp để thu lưu trữ 208 V T Hân, …, C V Linh, “ Một phương án thu thông tin … hỏa lực tàu Hải quân.” Thông tin khoa học công nghệ liệu nhận Trên hình mơ tả sơ đồ chức phần mềm nhúng nạp cho chip FPGA Trong đó: Mil-P Giải mã theo trạng thái liệu Có liệu Mil-N Tăng địa So sánh Tăng địa Máy tính Khung liệu Ghép Dữ liệu liệu Lấy thời Thời gian thu gian thu Cập nhật địa ghi Địa ghi Cập nhật địa đọc Địa đọc RAM cổng độc lập Giao tiếp máy tính Hình Sơ đồ chức phần mềm nhúng Tín hiệu vi sai MIL-STD-1553B dạng xung TTL sau linh kiện chuẩn hóa đưa vào mơ đun giải mã theo trạng thái liệu Tại đây, phần mềm kiểm tra dấu hiệu đồng khung MIL-STD-1553B trước giải mã Manchester II để thu bit liệu khung Thời gian thu khung tính từ thời điểm thực thu ghép vào liệu khung ghi vào RAM cổng ghi/đọc độc lập nội chip FPGA Hoạt động RAM minh họa hình với độc lập hoàn toàn liệu vào/ra, xung nhịp điều khiển vào/ra địa vào/ra Hình Hoạt động ghi/đọc độc lập RAM cổng RAM cổng ghi/đọc độc lập có địa ghi tăng thu khung liệu MIL-STD1553B Việc đọc liệu đưa lên máy tính xảy địa ghi lớn địa đọc địa đọc, địa đọc tăng khung truyền lên máy tính Với thiết kế trình bày chip FPGA hồn tồn đáp ứng u cầu thu-giải mã liệu đường truyền Số kênh lập trình song song theo sơ đồ hình phụ thuộc vào số kênh MILSTD-1553B 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 khoảng Zo = 70÷85Ω tần số điều hịa 1MHz [1] Để giảm nhiễu cơng suất sử dụng tín hiệu điểm phát MIL-STD-1553B thường có VP-P nhở 5V Hình mơ tả tín hiệu MIL-STD-1553B đo điểm phát liệu đa pháo AK-176M Do đường truyền dài tới hàng chục mét với nhiều đầu cuối giao tiếp nên biên độ tín hiệu điểm thu bị suy giảm đáng kể, với VP-P khoảng từ 440mV tới 1V Như vậy, hệ thống giao tiếp MIL-STD-1553B địi hỏi phải trì đồng trở kháng nhằm dung hịa Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 68, - 2020 209 Thông tin khoa học công nghệ công suất độ méo Mức độ đồng méo tín hiệu gây phản xạ tín hiệu, hàm trở kháng cáp nối đầu cuối (cáp phụ) trở kháng đầu vào thiết bị đầu cuối Để giảm thiểu độ méo tín hiệu, điều mong muốn cáp phụ trì trở kháng cao Đồng thời trở kháng cần giữ mức thấp để công suất tín hiệu đảm bảo truyền đến đầu vào Việc nghiên cứu giải pháp thực thiết bị cần dung hịa mục tiêu vừa nêu Hình Tín hiệu MIL-STD-1553B điểm phát Thiết bị thu thụ động liệu thiết kế để phối ghép với đường truyền hệ thống hoạt động cần đảm bảo không làm thay đổi đồng trở kháng đường truyền Bộ phận ghép nối cần phối hợp trở kháng (trở kháng tương đương cáp đường truyền), cách ly liệu khuếch đại tín hiệu có biên độ suy giảm Yêu cầu cụ thể: - Cách ly khuếch đại tín hiệu: Sử dụng biến áp xung tốc độ cao có tỉ lệ 1:N với N lớn để đảm bảo tăng biên độ tín hiệu nhận Giá trị N phụ thuộc vào thiết kế biên độ tín hiệu điểm phát hệ thống Với biên độ từ 3,3V đến 5V tín hiệu phát tàu Hải quân lớp M, N chọn 3,75 - Điện trở phối hợp: Là điện trở nối với cáp truyền MIL-STD-1553B có nhiệm vụ tránh chập tín hiệu kết hợp với trở kháng biến áp tạo trở kháng giao tiếp phối hợp Sơ đồ kết nối với cặp dây truyền dẫn mơ tả hình Theo sơ đồ, biến áp cách ly có cuộn phía kết nối lựa chọn có trở kháng Z0/2 Ta thu trở kháng cụm phối ghép theo (1) [3]: Z0 2R (1) Để trở kháng phối ghép với trở kháng đường truyền, lựa chọn R = 0,75Z0, thu ZB = 0,5 Z0 + 1,5Z0 = 2Z0 Trở kháng phản xạ lại đường truyền là: 2Z Z Z R B o Zo (2) 2 Từ (2) xác nhận phối hợp phương án kết nối, đảm bảo cung cấp đặc tính mong muốn để triệt tiêu phản xạ trì cơng suất tín hiệu hệ thống Để đánh giá khả trì đồng trở kháng, cần có tiêu chuẩn đánh giá tiêu chuẩn Đó [2]: - Độ trễ sườn xung phải nhỏ 100ns - Độ méo xung không 20% Ở đây, độ méo xung xác định tỉ số biên độ nhỏ biên độ lớn độ rộng xung mã theo Manchester II Chất lượng giải pháp thực kết phép đo phần báo ZB 210 V T Hân, …, C V Linh, “ Một phương án thu thông tin … hỏa lực tàu Hải quân.” Thông tin khoa học công nghệ Bọc kim Cặp dây tín hiệu Điện trở phối hợp Mơ đun phối ghép Biến áp cách ly, phối hợp Hình Giải pháp kết nối vào đường liệu MIL-STD-1553B KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐÁNH GIÁ Giải pháp thiết kế thiết bị thu thụ động tín hiệu MIL-STD-1553B dựa cơng nghệ FPGA tính tốn phối hợp bảo tồn cân trở kháng cụ thể hóa sơ đồ hình 5, tín hiệu đường truyền kết nối với thiết bị thu qua tầng phối hợp gồm điện trở, biến áp tính tốn mục Tín hiệu sau chuẩn hóa TTL để đưa vào xử lý chuỗi mã FPGA Thiết bị với giá trị Z0 cụ thể 73 Ω [5], giá trị R = 0,75 x 73 = 55 Ω tỉ lệ khuếch đại 1:3,75, có kết đo tín hiệu đường truyền tín hiệu sau kết nối phối hợp trở kháng thể hình Đường liệu Phối hợp trở kháng Phối hợp trở kháng NGUỒN Biến áp cách ly Biến áp cách ly Chuẩn hóa tín hiệu vật lý Chuẩn hóa tín hiệu vật lý Dao động 50Mhz FPGA Bộ nhớ chương trình Tới máy tính Chuẩn hóa UART Hình Sơ đồ chức thiết bị thu thụ động MIL-STD-1553B Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 68, - 2020 211 Thông tin khoa học công nghệ Kết hình cho thấy, độ méo D lớn tín hiệu xấp xỉ 15% độ trễ sườn trước (t1), sườn sau (t2) nhỏ 50ns Những giá trị thỏa mãn tiêu chuẩn trì đồng trở kháng trình bày phần Tín hiệu sau phối hợp thiết bị thu t1 t2 D Tín hiệu đường truyền Hình Kết tín hiệu kết nối thiết bị vào đường truyền KẾT LUẬN Với vai trò quan trọng tiêu chuẩn MIL-STD-1553B hệ thống hỏa lực công nghệ cao bị Quân đội, việc nghiên cứu chế tạo thành công thiết bị thu tín hiệu MIL-STD-1553B thụ động khơng chạy hệ điều hành tiền đề cho khả làm chủ chế tạo card giao tiếp khí tài tổ hợp chức độc lập hệ thống hỏa lực Hướng phát triển tập trung vào thuật toán giải mã định dạng nhóm khung giao tiếp vị trí liệu mã hóa đường truyền MIL-STD-1553B sử dụng hệ thống hỏa lực thực tế tàu lớp M 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-andreference [3] [Online].Available: http://www.milstd1553.com/Review and Rationable of MilStd_1553 A and B [4] Yunfeng Bai and Zucheng Zhou and Junbi Chen “The implementation of MILSTD-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 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 ngày 12 tháng năm 2020 Hoàn thiện ngày 15 tháng năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 03 tháng năm 2020 Địa chỉ: Viện Ra đa, Viện KH – CN quân * Email: dungsystemdesigner@gmail.com Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 68, - 2020 213 ... on, trang 1–6, Oct 2012 [5] Quân chủng Hải quân “Thuyết minh kỹ thu? ??t pháo AK-176M” 212 V T Hân, …, C V Linh, “ Một phương án thu thông tin … hỏa lực tàu Hải quân. ” Thông tin khoa học công nghệ... thực kết phép đo phần báo ZB 210 V T Hân, …, C V Linh, “ Một phương án thu thông tin … hỏa lực tàu Hải quân. ” Thông tin khoa học công nghệ Bọc kim Cặp dây tín hiệu Điện trở phối hợp Mơ đun phối... giao tiếp khí tài tổ hợp chức độc lập hệ thống hỏa lực Hướng phát triển tập trung vào thu? ??t toán giải mã định dạng nhóm khung giao tiếp vị trí liệu mã hóa đường truyền MIL-STD-1553B sử dụng hệ
