一种带隔离的双余度机载雷达通信方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种带隔离的双余度机载雷达通信方法及装置，所述方法通过双路CAN总线与载机系统完成系统通信，可根据载机的总线拓扑情况，自主选择外部冗余或者内部冗余。当载机也为双路总线时，可直接与该装置两两互联，由载机进行外部总线冗余控制，此时的冗余控制策略由载机端控制；当载机为单路总线时，该装置通过双节点连接到外部总线上，进行装置内部冗余，此时的冗余控制策略由装置内部控制。所述装置以现场可编程门阵列FPGA为核心，通过FPGA完成总线协议转换和冗余信息选择，并将数据送入数字信号处理器DSP进行计算和处理。同时，该装置针对机载雷达内部通信的并口或串口通信，也进行了隔离冗余，保证了信息传输的可靠性。

A Communication Method and Device for Dual Redundancy Airborne Radar with Isolation

The invention discloses a dual redundancy airborne radar communication method and device with isolation. The method completes system communication with the airborne system through a dual CAN bus, and can independently select external redundancy or internal redundancy according to the bus topology of the airborne. When the carrier plane is also a two-way bus, it can be directly connected with the device to control the redundancy of the external bus. At this time, the redundancy control strategy is controlled by the carrier terminal. When the carrier plane is a single bus, the device is connected to the external bus through two nodes to carry out the internal redundancy of the device. At this time, the redundancy control strategy is controlled by the internal device. The device takes field programmable gate array (FPA) as its core, and accomplishes bus protocol conversion and redundant information selection through FPGA, and sends data to digital signal processor (DSP) for calculation and processing. At the same time, aiming at the parallel or serial communication of the internal communication of airborne radar, the device also isolates redundancy and ensures the reliability of information transmission.

【技术实现步骤摘要】
一种带隔离的双余度机载雷达通信方法及装置
本专利技术涉及一种嵌入式通信
，尤其涉及的是一种带隔离的双余度机载雷达通信装置。
技术介绍
机载雷达一般是指搭载在有人机或者无人机上的雷达设备，一般作为载机的有效载荷，从载机接收控制信息以及载机自身的姿态和导航信息。由于其特殊的工作环境和任务要求，对机载雷达通讯系统的传输速率及可靠性的要求日益提高。目前常用的机载雷达与载机的通讯方式主要为RS422/RS485总线、1553B总线、CAN总线等多种方式。其中RS422/RS485总线为最早使用的总线形式，拥有良好的抗共模干扰的能力，但是其总线结构比较简单，在实际的机载复杂干扰环境中，传输误码率较高，同时，其传输速率较低，不能满足传输数据量日益增大的要求，目前该方式一般都作为雷达内部的传输总线使用。在当前机载环境下使用较多的为1553B总线，该总线为航空专用总线，在机载环境下使用已经很成熟，同时自带双余度的总线结构，在通信可靠性上有很大优势，但是由于其采用指令/相应式的传输方式，系统响应时间较大，并且随着系统节点数增加而增大，实际的有效传输速率要远低于1M/s，同时，1553B总线对物理层设备有统一的要求，大多设备价格较贵，实现成本较高，总线功耗也较大。CAN总线最早使用在汽车上，稍晚于1553B总线，它总线功耗低，实现成本也较低，自身也具备一定的容错性，其采用的位仲裁传输方式，能够极大提高总线的响应时间，提高实际的有效传输速率，所以也愈来愈多出现在航空或者航天通信系统中。但由于CAN总线对其物理层没有统一的规定，对总线的阻抗控制需要各节点之间协调设计，同时，总线自身并不支持冗余，而其总线通讯电缆和接口芯片之间为直接耦合，没有变压器隔离，所以其可靠性相对差一点，同时也不满足航空、航天设备的互连要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：上述机载雷达与载机的通讯方式存在总线结构简单，抗干扰能力不强，传输效率低，成本高和功耗大，总线本身不支持冗余，与总线连接信号没有隔离，可靠性差等。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本专利技术包括一种带隔离的双余度机载雷达通信方法，包括以下步骤：(1)载机与通信装置之间通过双路CAN总线连接，CAN总线接口根据载机总线拓扑结构选择外部冗余或者内部冗余控制策略；当载机为双路总线结构时，冗余控制策略由载机端控制；当载机为单路总线时，冗余控制策略由装置内部控制；(2)当载机为双路总线结构时，通信装置直接连接两路CAN总线上，载机选择工作总线及备份总线并以广播模式通知总线上的所有节点，并实时查询节点工作状态；当某个设备的备份节点不能正常回馈指令时，载机通过工作总线令备份节点复位，否则上报故障并维修；当某节点故障时，若备份总线上的设备正常就立刻切换到该总线，并令故障总线复位或报故障；当两条总线都故障时就结束任务并维修；(3)当载机为单总线结构时，通信装置以两个不同的ID号连接到一条CAN总线上，同时接收和响应CAN总线上的数据，消息需要带时间标识，默认优先级高的ID为主通道，另一路为热备份通道；正常通信时，采用主通道接收数据；当某个通道已经收到新的时间标识消息时，而另一通道仍未收到上一帧时间标识的正确信息时，通信装置自动报错并对该通道复位；无论对哪一通道进行复位操作，另一通道自动升为主通道，如果复位后恢复正常，则继续按照原主通道进行数据传输；通信装置回送数据时，也需要带时间标识，载机在接收新时间标识的数据前，若没接收到另一节点的上一帧时间标识的数据则通知该通道故障，并进行复位或维修；(4)雷达内部采用的串口或并口通信，也为冗余控制方式；串口通信不设置主从关系，两路通道互为冗余，数据带有时间标识，优先响应最新时间标识且校验正确的数据，否则复位或维修故障通道；并口冗余通信采用两路通道反向传输，即一路传送正常的信号，另一路对该信号取反后送出，由接收端进行校验并响应，避免了外界信号干扰。一种使用所述通信方法进行通信的通信装置，包括数字信号处理器DSP、现场可编程门阵列FPGA、CAN总线控制器、CAN总线驱动器、光耦、隔离电路、串/并口冗余驱动电路；所述的DSP与所述的现场FPGA相连；所述的FPGA与所述的CAN总线控制器、隔离电路以及所述的DSP相连；所述的隔离电路设置在FPGA与串/并口驱动电路之间；所述的CAN驱动器与光耦相连，另一端连接载机外部总线。所述的DSP是整个装置的核心部件，所有数据的计算和处理以及相应冗余控制策略均由DSP完成；所述的DSP通过EMIF总线与所述的现场FPGA相连，CAN总线控制器的中断输出信号经由FPGA转换为DSP的中断请求信号。所述的FPGA是整个装置内部的数据接口桥梁，采用透明无损传输方式实现总线协议转换和冗余信息选择，一方面可完成所述DSP的EMIF总线数据译码，另一方面建立所述与CAN总线控制器和DSP之间的数据通道，同时可进行串/并或者并/串转换，实行串/并口的数据通信。所述装置与载机间采用双路独立的CAN总线通信，每路CAN总线与FPGA皆通过所述CAN驱动器、所述光耦和所述CAN总线控制器连接。所述装置的串/并口冗余驱动电路与所述FPGA间通过相应的隔离电路连接。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术所述的机载雷达与载机的通讯方式具有数据处理能力强，总线功耗和成本低，有效传输速率高，与载机之间的CAN总线接口可根据载机总线拓扑结构选择外部冗余或者内部冗余策略，同时对通信信号进行隔离冗余，提高了信号传输的可靠性。附图说明图1是本专利技术的硬件系统结构示意图；图2是单路CAN总线控制器电路原理图；图3是单路CAN总线驱动器电路原理图；图4是FPGA内的单路CAN数据交换逻辑框图；图5是外部双总线冗余连接示意图；图6是外部单总线任务处理流程图；图7是外部双总线任务处理流程图；图8是外部单总线任务处理流程图；图9是并口及串口电路的隔离电路原理图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例的系统包括现场可编程门阵列FPGA、数字信号处理器DSP、CAN总线控制器、CAN驱动器、光耦、隔离串口驱动电路、并口冗余驱动电路模块，所述的DSP与所述的现场FPGA相连；所述的FPGA与所述的CAN总线控制器、隔离电路以及所述的DSP相连；所述的隔离电路设置在FPGA与隔离串口驱动电路、并口冗余驱动电路模块之间；所述的CAN驱动器与光耦相连，另一端连接载机外部总线。。附图2为单路CAN总线控制器原理图，双路采用相同的电路设计。CAN总线控制器使用SJA1000，该控制器通过8位的复用数据地址线CAN_AD[7..0]与FPGA相连，通过FPGA进行数据、地址分类译码后，形成与DSP之间通信的通路。控制器的多根控制信号线也连接到FPGA中，由FPGA进行模式设置和读写控制，这些控制信号包括：片选信号CS#，微控制器的读信号RD#，微控制器的写信号WR#，地址使能输入信号ALE_AS，中断信号INT#，复位信号RST#，总线时钟输出信号CLKOUT，模式控制信号MODE。控制器外接24MHz的晶体谐振器Y1，为控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带隔离的双余度机载雷达通信方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)载机与通信装置之间通过双路CAN总线连接，CAN总线接口根据载机总线拓扑结构选择外部冗余或者内部冗余控制策略；当载机为双路总线结构时，冗余控制策略由载机端控制；当载机为单路总线时，冗余控制策略由装置内部控制；(2)当载机为双路总线结构时，通信装置直接连接两路CAN总线上，载机选择工作总线及备份总线并以广播模式通知总线上的所有节点，并实时查询节点工作状态；当某个设备的备份节点不能正常回馈指令时，载机通过工作总线令备份节点复位，否则上报故障并维修；当某节点故障时，若备份总线上的设备正常就立刻切换到该总线，并令故障总线复位或报故障；当两条总线都故障时就结束任务并维修；(3)当载机为单总线结构时，通信装置以两个不同的ID号连接到一条CAN总线上，同时接收和响应CAN总线上的数据，消息需要带时间标识，默认优先级高的ID为主通道，另一路为热备份通道；正常通信时，采用主通道接收数据；当某个通道已经收到新的时间标识消息时，而另一通道仍未收到上一帧时间标识的正确信息时，通信装置自动报错并对该通道复位；无论对哪一通道进行复位操作，另一通道自动升为主通道，如果复位后恢复正常，则继续按照原主通道进行数据传输；通信装置回送数据时，也需要带时间标识，载机在接收新时间标识的数据前，若没接收到另一节点的上一帧时间标识的数据则通知该通道故障，并进行复位或维修；(4)雷达内部采用的串口或并口通信，也为冗余控制方式；串口通信不设置主从关系，两路通道互为冗余，数据带有时间标识，优先响应最新时间标识且校验正确的数据，否则复位或维修故障通道；并口冗余通信采用两路通道反向传输，即一路传送正常的信号，另一路对该信号取反后送出，由接收端进行校验并响应。...

【技术特征摘要】
1.一种带隔离的双余度机载雷达通信方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)载机与通信装置之间通过双路CAN总线连接，CAN总线接口根据载机总线拓扑结构选择外部冗余或者内部冗余控制策略；当载机为双路总线结构时，冗余控制策略由载机端控制；当载机为单路总线时，冗余控制策略由装置内部控制；(2)当载机为双路总线结构时，通信装置直接连接两路CAN总线上，载机选择工作总线及备份总线并以广播模式通知总线上的所有节点，并实时查询节点工作状态；当某个设备的备份节点不能正常回馈指令时，载机通过工作总线令备份节点复位，否则上报故障并维修；当某节点故障时，若备份总线上的设备正常就立刻切换到该总线，并令故障总线复位或报故障；当两条总线都故障时就结束任务并维修；(3)当载机为单总线结构时，通信装置以两个不同的ID号连接到一条CAN总线上，同时接收和响应CAN总线上的数据，消息需要带时间标识，默认优先级高的ID为主通道，另一路为热备份通道；正常通信时，采用主通道接收数据；当某个通道已经收到新的时间标识消息时，而另一通道仍未收到上一帧时间标识的正确信息时，通信装置自动报错并对该通道复位；无论对哪一通道进行复位操作，另一通道自动升为主通道，如果复位后恢复正常，则继续按照原主通道进行数据传输；通信装置回送数据时，也需要带时间标识，载机在接收新时间标识的数据前，若没接收到另一节点的上一帧时间标识的数据则通知该通道故障，并进行复位或维修；(4)雷达内部采用的串口或并口通信，也为冗余控制方式；串口通信不设置主从关系，两路通道互为冗余，数据带有时间标识，优先响应最新时间标识且校验正确的数据，否则复位或维修故障通道；并口冗余通信采用两...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵威，郭立俊，唐月生，朱弘，刘健，莫军，李俊，唐焕朋，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34