开放式架构体系在测发控制系统的应用研究

开放式架构体系在测发控制系统的应用研究

韩盼盼

（江南机电设计研究所，贵州 贵阳550009）

摘要：本文对国外发控系统的架构体系进行研究，提出一种基于模块化的开放式架构导弹发射控系统，并基于AS6802协议实现亚微妙级别高精度时间同步以太网扩展协议，在IEEE802.3以太网的链路层级加入时间同步帧的交互，增强以太网系统的时间同步性，以实现各导弹武器系统的自适应网络化快速组网的自主作战。

主题词：开放式架构 测发控制系统

中图分类号: U674.7+03.54   文献标志码: A

1、概述

未来作为防空体系重要组成部分之一的防空导弹,需要具有远、中、近和高、中、低等不同性能的多种类型,以满足野战防空、舰艇防空与要地防空的不同要求，未来导弹发展采用弹族化、系列化的发展路径，通过一弹多用、功能模块通用，通过系统平台升级，提升导弹性能，实现作战空域高中低、远中近覆盖和防空反导一体化能力提升。

测发控系统作为导弹发射和导弹性能指标测试的重要执行单元，为适应未来导弹系列化、智能化发展需要，集成化、一体化、智能化、网络化和通用化的特性在导弹测发控系统显得尤为重要，发控系统继续沿用旧有的框架或体系结构，将很难满足未来导弹发射需求，因此发控系统设计出更合理的体系架构以适应未来作战需求。

2、开放式架构导弹发射控系统发展现状

近些年来，开放式架构已经逐步应用在发控系统上其中较为典型的为公路机动防空导弹发射平台和舰艇导弹发射平台。

2.1 MK41发射系统

MK41是现役通用化垂直发射装置的代表，能装载“标准”系列、“轻型海麻雀”、“阿斯洛克”、“鱼叉”、“战斧”等十几武器，配置“打击型”、“战术型”、“自卫型”等发射模块，其中MK41的发控单元是目前世界上通用化程度最高的导弹发射控制系统之一，主要由发射控制单元和发射程序器组成，发射控制单元是通用的，可以接收多个武器控制系统的指令，形成不同导弹的发射控制指令，发射程序器是专用的，每型导弹配置不同的发射程序器。

发射控制单元的核心部件为美国海军标准的AN/UYK-20型小型计算机，及其的报文、视频和磁带介质等输入/输出设备完全采用双冗余设计，位于弹库外面，与舰上作战系统的其他计算机连接在一起[1]，控制两个弹库内的所有导弹，外围设备包括发射程序器、动力控制板、状态监控箱和配电设备等。

2.2  CCL同心筒发射系统

美国CCL（Concen-tric Canister Launcher）发射控制系统采用开放式体系结构，利用以光纤通信为基础的局域网，实现与导弹和武器控制系统之间的连接，每个CCL都是发射控制网络上的一个节点，配置可以是任意一型武器系统共用每个CCL，发射控制系统充分利用局域网和电源程序化对导弹贮运发射筒实现灵活配置。

CCL发射控制系统的电子设备分为隔舱电子模块和筒电子模块。隔舱电子模块对所有型号导弹通用，分别于网络、发射装置控制面板、舱门盖电动机控制盒及筒电子模块连接，通过筒电子模块与导弹连接。多个隔舱电子模块挂接在网络上，武器控制系统通过网络控制多发不同型号导弹发射。筒电子模块与导弹的连接是一对一。导弹工作电源由多个电源变换器组成，变换器可将舰载动力系统提供的电源转换为导弹所需的DC28V电源。

CCL发射控制系统采用隔舱电子模块加筒电子模块的系统方案，实现了舰面导弹发射控制系统适配所有型号导弹，但仍存在导弹接口不能标准化、通用化的问题。

2.3  MK57发射系统

MK57发射系统采用“开放式体系结构”与广泛的电子控制模块结合使得发射系统在新的和现有的导弹系统集成式不需要对发射装置控制软件或发射装置硬件进行复杂和费钱的改动。其中电子控制模块分为发射箱电控单元（CEU）、模块控制单元（MCU）、电力分配单元（PDU）、舱口盖控制组件（HCA）。CEU是用任何发射单元发射任何发射导弹的关键设备，只通过CEU和武器专用软件的升级，无需对发射装置本身进行物理改造，即可实现新的导弹型号快速植入。MCU包含4单元发射模块和发射设备的软件，监控导弹和发射箱[2]。PDU将舰艇的电力能有效的传达给发射装置和导弹。HCA由舱口盖控制单元和驱动单元组成，提供发射装置上的导弹和开启排气口盖所需的机械运动控制和伺服控制。[3]

2.4  HT-IE通用垂直发射系统

国内多任务发射控制系统现在能达到一型装备配置多型类似导弹，较为典型为HT-IE通用垂直发射系统，可适装于各类舰艇的新一代通用发射平台，采用开放式体系架构，可垂直发射我国批准出口的各类导弹、鱼雷等弹药，系统也可兼容垂直冷发射和垂直发射并支持武器系统混装混射[4]。系统所属的发射架形式灵活可调，弹发射架最多可设置8个隔舱，可按照舰船需求定制相应的隔舱数量和布置形式，每个隔舱可装载1枚弹，也可采用“集束”方式装载多枚筒（箱）弹。HT-1E改变了以往舰载专用发射装置类型多、数量多、空间利用率低的现状，大幅度提高了舰载弹药、数量，系统具备全通用、高密度、高火力的优越性能，可实现“一舰多能、一舰多用”。

3、开放式架构导弹发射控系统的设计

针对武器装备配置急需极大的灵活性，武器装备具备多型导弹的共架发射能力的发展需求，测发控系统采用基于TTE通信的开放式体系结构，形成局域网，实现与导弹和武器控制系统之间的连接，总控单元作为测发控系统的核心处理部件，接收多个武器控制系统的指令，根据发射需求，动态重构成对应发射需求的核心处理部件，完成导弹发射的随动解算控制、参数解算装订等，经由Glink高速光纤总线与执行单元、供电单元的控制，供电单元自适应向箱弹（筒弹）供电，执行单元根据导弹类型和导弹发射指令，智能重构专用导弹发射执行单元，完成一系列导弹发射需求。

测发控系统根据某发控模块的功能自适应组织执行模块，各执行模块接口采用标准化接口，采用高速可扩展总线来实现控制网控制器和所有执行模块之间的互连和信息传送，该总线可做到其各节点的随时扩展，而某执行模块工作异常时不会影响其他模块正常工作，模块间的传输时间短，不易干扰，具有极好的容错效果，容易实现信号和信号之间、发控模块和控制器之间的隔离以及发控系统的可扩展。

测发控系统核心处理单元中的总控单元和执行单元采用AS6802协议实现亚微妙级别高精度时间同步以太网扩展协议，在IEEE802.3以太网的链路层级加入时间同步帧的交互，增强以太网系统的时间同步性，实现总控单元和多个执行单元、导弹武器控制系统之间信息的无冲突传输。

4结论

该系统从顶层架构来讲，基于TTE、Glink通信方式的交换单元具有良好的可扩展性，按照功能模块化进行划分，涵盖导弹测发控系统的主要功能，基于模块化及FPGA的可重构特性，即可实现系统的可重构;从技术实现途径上来分析，基于FPGA的时间触发以太网机制已经在某些领域有了较为成熟的应用，基于FPGA的Glink高速总线也形成了一定应用层面的专利成果，且FPGA对于静态重构、动态全局重构、动态局部重构的技术成熟度较高，也有了较为广泛的工业基础，形成的应用成果涵盖了论文及原理样机等。

参考文献

[1]王晨阳.透视MK-41垂发系统的“防火墙”[J].军事文摘,2018,(21):42-45.

[2]于瀛,李讯.美国海军Mk41导弹垂直发射系统[J].现代舰船,2010,(10):34-37.

[3]刘永亮,任克亮,马旭轮,等.国外舰载导弹发射装置发展综述[J].装备环境工程,2023,20(07):1-8.

[4]我国新一代舰载通用垂直发射系统HT-1E首次亮相航展[J].军民两用技术与产品,2021,(10):67.