石磊

（南京模擬技術(shù)研究所，江蘇 南京 210016）

0 引言

無(wú)人直升機(jī)具有垂直起降、定點(diǎn)懸停、靈活機(jī)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，由于無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展和需求的不斷擴(kuò)大，無(wú)人直升機(jī)作為現(xiàn)代無(wú)人機(jī)的重要成員，受到了世界各國(guó)軍方的高度重視[1-3]。

無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)包括機(jī)載系統(tǒng)和地面綜合保障系統(tǒng)。地面綜合保障系統(tǒng)是保證無(wú)人機(jī)迅速、安全、可靠地發(fā)射、回收和完成各種戰(zhàn)術(shù)功能的關(guān)鍵系統(tǒng)。地面綜合保障系統(tǒng)的性能，直接關(guān)系到無(wú)人機(jī)效能是否能充分發(fā)揮。地面綜合保障系統(tǒng)包括地面控制系統(tǒng)、地面顯示系統(tǒng)和地面通信系統(tǒng)。在整個(gè)無(wú)人直升機(jī)電氣系統(tǒng)工作中，地面控制系統(tǒng)發(fā)送的各種控制指令，如內(nèi)控、外控、任務(wù)等，都需要通過(guò)地面通信系統(tǒng)，然后經(jīng)鏈路將數(shù)據(jù)發(fā)送到機(jī)載系統(tǒng)；而機(jī)載系統(tǒng)則需要將飛機(jī)的姿態(tài)、位置等信息發(fā)送到地面后，經(jīng)地面通信系統(tǒng)處理后顯示，具體如圖1所示[4]。

地面通信系統(tǒng)作為地面保障系統(tǒng)的重要組成部分，其通信的可靠性直接影響地面保障系統(tǒng)功能的發(fā)揮，嚴(yán)重的還有可能影響到飛機(jī)的飛行安全。因此，為提高地面通信系統(tǒng)的可靠性、安全性，保證地面系統(tǒng)功能的有效發(fā)揮和飛機(jī)飛行安全，本文針對(duì)地面通信系統(tǒng)既需處理內(nèi)控、外控、任務(wù)、航跡等地面信息，又需要處理飛機(jī)下傳的遙測(cè)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了一款基于多處理器的地面協(xié)同通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一個(gè)主處理器和四個(gè)從處理器組成，主處理器完成由從處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將其打包上傳，同時(shí)接收由空中下傳的遙測(cè)信息，從處理器分別處理內(nèi)控、外控、任務(wù)、航跡等設(shè)備的信息，并將其發(fā)送給主處理器。各處理器之間通過(guò)協(xié)同工作的方式，共同完成地面系統(tǒng)的通信工作[5]。

圖1 無(wú)人直升機(jī)電氣系統(tǒng)Fig.1 Electrical system of unmanned helicopter

2 多處理器協(xié)同通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)地面通信系統(tǒng)需要處理內(nèi)控、外控、任務(wù)、航跡等設(shè)備和任務(wù)的情況，本文設(shè)計(jì)的多處理器通信系統(tǒng)如圖2所示。系統(tǒng)由一個(gè)主處理器和四個(gè)分處理器組成，分處理分別處理內(nèi)控、外控、任務(wù)和航跡信息。主處理用于協(xié)調(diào)分處理的工作，同時(shí)將分處理器發(fā)送過(guò)來(lái)的信息進(jìn)行打包上傳至飛機(jī)，并將分處理器的信息和接收到的飛機(jī)的狀態(tài)發(fā)送至地面顯示系統(tǒng)。

圖2 多處理器協(xié)同通信系統(tǒng)Fig.2 Multiprocessor cooperative communication system

這個(gè)系統(tǒng)的難點(diǎn)在于，分處理器不能實(shí)時(shí)主動(dòng)的向主處理器發(fā)送接收到的信息，只能通過(guò)主處理器主動(dòng)查詢的方法依次去接收各分處理器的信息，所以如何保證處理器之間的協(xié)調(diào)通信，成為了設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。為了保證并口通信的正確性，本系統(tǒng)采用3個(gè)握手通信信號(hào)標(biāo)志位來(lái)確保主處理與分處理器之間的協(xié)同通信。

圖3 主處理器與分處理器的通信方式Fig.3 Communication mode between main processor and sub-processor

對(duì)于分處理器來(lái)說(shuō)，當(dāng)其串口接收到正確有效且完整的數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)給主處理器一個(gè)標(biāo)志信號(hào)A；當(dāng)其接收到主處理器返回的信號(hào)B（置位）時(shí)，就向主處理器發(fā)送一個(gè)字節(jié)的信息；當(dāng)分處理器收到的信息全部發(fā)給主處理器后會(huì)將原先發(fā)送給主處理器的信號(hào)A復(fù)位；當(dāng)分處理器收到主處理器發(fā)來(lái)B信號(hào)復(fù)位信號(hào)后，分處理器就停止向主處理器發(fā)送信息并將其并口置位。對(duì)主處理器來(lái)說(shuō)，當(dāng)其接收到分處理器發(fā)來(lái)的握手信號(hào)A時(shí)，即會(huì)返回分處理器一個(gè)握手信號(hào)B和C，并開(kāi)始讀取分處理器發(fā)來(lái)的信號(hào)；當(dāng)一個(gè)字節(jié)信息讀取完畢后，反饋分處理器發(fā)送C的取反信號(hào)；當(dāng)其接收到分處理器發(fā)來(lái)的信號(hào)A復(fù)位時(shí)，即反饋會(huì)分處理器發(fā)送信號(hào)B的復(fù)位信號(hào)，具體見(jiàn)圖3所示。此時(shí)，一個(gè)分處理器和主處理器之間的通信完成，主處理器即會(huì)轉(zhuǎn)到下一分處理器以相同的方式讀取信息。以此類(lèi)推，循環(huán)進(jìn)行[6]。

根據(jù)主處理與分處理器的通信關(guān)系，編寫(xiě)相應(yīng)的軟件，圖4和圖5為其對(duì)應(yīng)的流程圖。

圖4 主系統(tǒng)程序流程圖Fig.4 Flow chart of main system program

圖5 分系統(tǒng)程序流程圖Fig.5 Flow chart of subsystem program

這種協(xié)同通信的好處在于，主處理器處于主導(dǎo)的地位，而各分處理器處于配合的地位，整個(gè)通信系統(tǒng)，就是一個(gè)通信環(huán)，而主處理器就是通信環(huán)路上的運(yùn)載器，分處理是通信環(huán)路上的節(jié)點(diǎn)，主處理每通過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)查詢一次，有數(shù)據(jù)就接收，沒(méi)有數(shù)據(jù)，則去往下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。在整個(gè)通信系統(tǒng)中，各分處理器互不干涉，當(dāng)分處理器接收到指令時(shí)，先放置在自身的處理器內(nèi)部，只有主處理器進(jìn)過(guò)時(shí)，才將數(shù)據(jù)上傳。各處理器協(xié)調(diào)工作，互不干涉[7]。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

該開(kāi)發(fā)產(chǎn)品目前用于我所Z-5無(wú)人直升機(jī)上，從08年之今已有10年之久，外控、內(nèi)控及任務(wù)參與空中飛行時(shí)間＞5000h，期間無(wú)任何故障出現(xiàn)，在實(shí)踐中得到了充分的驗(yàn)證并通過(guò)了項(xiàng)目組的驗(yàn)證。

4 結(jié)論

鑒于地面通信系統(tǒng)在無(wú)人機(jī)地面系統(tǒng)中的重要作用，本文根據(jù)針對(duì)無(wú)人直升機(jī)地面通信系統(tǒng)的需要，設(shè)計(jì)了基于多處理器的協(xié)同通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有五個(gè)處理器，各處理器之間協(xié)同工作，各分系統(tǒng)處理用于實(shí)時(shí)處理內(nèi)控、外控、任務(wù)、航跡規(guī)劃等多個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)，主處理器則用于讀取分處理器的信息，然后將接收的數(shù)據(jù)上傳，保證了地面設(shè)備的有序工作，實(shí)際使用結(jié)果驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可靠性和有效性[8]。