(中国西南电子技术研究所，成都 610036)

1 引 言

在航空电子技术工业领域，积极引进和采取开放式系统结构和可复用、模块化软/硬件通用标准技术已经获得广泛认可。通用化、综合化和模块化是目前航空电子系统发展的主要方向[1]。高速发展的航空电子系统技术为直升机作战性能的改进提供了强有力的技术基础，特别是高速信号处理、数据融合、先进传输技术、人机接口和主动控制技术的发展，使直升机航空电子系统进入了综合化、数字化和集成化阶段。

综合化、轻型化、小型化是直升机载平台航电综合传感器系统的强烈发展要求，综合传感器系统结构要求采用开放式系统结构和模块化通用标准，实现软/硬件的“即插即用”，从而可降低研制成本,缩短周期,降低生产成本,减少现役飞机的维护和保障成本，同时通过采用商用货架产品(COTS)和开放式系统，可改进系统性，易于升级和扩展功能[2]。本文给出了直升机载轻型射频传感器系统(LRFS)基于模块级高度综合化设计的思路，对系统的体系构架、综合化设计、软件设计、减重设计等方面进行了讨论，给出了轻型射频传感器系统基于模块级高度综合化减重设计的考虑。

2 轻型射频传感器系统

传统直升机载航电系统中，通信、导航、识别功能以及气象、防撞雷达功能都是采用分离式的单设备完成相应的功能，而LRFS是将气象雷达、防撞雷达、通信、导航、识别等传感器功能作为一个整体进行综合化设计所构成的电子信息系统，在整个任务过程为直升机平台提供气象、防撞、通信、导航、识别等信息，并在提升传感能力的同时，减少体积、重量和功耗。

轻型射频传感器系统采用开放式体系结构，从物理组成上分为综合天线孔径、综合射频前端、通用综合处理器，如图1所示。天线孔径与综合射频前端通过标准接口互连，综合射频前端与通用综合处理器之间通过标准高速网络实现互连。系统实现功能主要集中在短波、U/V频段、L频段、X频段和Ka频段，整个系统在U/V和L频段实现分频段射频综合化，中频数字化后的信号处理及数据处理采用综合化设计。

图1 轻型射频传感器系统物理组成示意图Fig.1 Composition of LRFS

轻型射频传感器系统基于通用公共硬件平台资源，在开放的系统软件体系结构下运用系统资源管理对多功能模块资源进行组合，并加载不同的功能软件来实现系统功能的动态配置与资源共享。通过采用任务的功能软件化技术使系统具有重构能力，从而提高系统的任务可靠性，开发周期和费用大大降低[3]。

3 轻型射频传感器系统高度综合化设计

3.1 系统综合化设计

轻型射频传感器系统通过高度综合化设计，能最大限度地提高系统的可靠性、维修性, 并降低全寿命周期使用维护成本。系统综合的效能与系统本身的功能、综合系统的构型模式以及机载电子设备的先进程度有密切关系。综合系统的结构模式是多种多样的, 它由飞机的作战任务、技术难度和应用需求等多种因素所决定。LRFS系统综合的内容主要包括：

(1)硬件综合：包括硬件功能的合理分配及余度技术, 分布式系统的重构, 突出表现在天线孔径、射频前端和通用信号及数据处理等资源的共用和通用设计；

(2)软件综合：软件接口的统一调度, 软件模块化、标准化设计, 支持基础软件和应用软件的一体化设计, 实行软件工程化管理；

(3)信息综合：对机内、机外和来自于不同作战网络的传感器信息进行综合；

(4)功能综合：对短波、超短波、L频段及Ka/Ku频段的不同功能线程进行综合设计。

3.2 系统工作原理

系统原理框图如图2所示。

图2 轻型射频传感器系统原理框图Fig.2 Principium of LRFS

当系统处理某一种功能线程的信号时，与此功能线程有关的所有硬件模块资源可在天线选择、射频开关的支持下进行组合，构成完成特定功能的从天线、射频前端、中频信号处理到数据处理的一个硬件线程，同时通用信号处理资源通过控制和加载相应的软件构成不同的软件线程，支持完成此功能信号的处理。整个系统的控制和管理在综合控制管理模块中完成[4]。

系统同时支持多个硬件线程和软件线程，可同时完成对多个功能信号的处理，同时实现多种功能。硬件线程和软件线程的构成由综合控制管理模块中的系统资源管理控制，通过接通相关的天线切换开关、射频交换矩阵通道、控制加载软件来实现。射频传感器系统机架采用高速总线与综合核心处理器及航电其它系统相连，机架内部采用统一的控制总线完成系统的控制和状态管理，同时采用统一的数据总线完成高速实时的数字信号的传输。

3.3 系统软件设计

系统软件以构件化技术体制为核心，采用开放式和层次化的软件体系结构，以支持系统的统一部署、冗余容错、动态重构和维护升级。

从软件分层的角度来说，LRFS系统软件包括模块支持层(MSL)、操作系统层(OS)、实时CORBA中间件层、应用软件层等软件层次，其体系结构如图3所示。

图3 轻型射频传感器系统软件架构Fig.3 Software architecture of LRFS

模块支持层软件封装底层硬件的详细信息，为上层软件提供对低级资源的抽象访问，实现对模块硬件的驱动，主要提供硬件和网络驱动、硬件自检、操作系统引导、程序固化、文件操作等，同时为操作系统层提供服务，包括板级服务、通信服务、专用服务和扩展服务等。

操作系统层软件提供进程管理、异常处理、中断处理、存储管理、时钟管理等服务。

实时中间件层软件屏蔽计算资源的分布和异构特性，管理计算资源和网络通信，向应用层提供透明一致的使用接口；通过实时CORBA中间件技术，提供统一的软件框架，保证平台软件与功能应用软件相互隔离的设计原则。实时中间件层软件作为部署在每个模块上的通用软件，在资源管理软件的统一管理调度下，协同完成系统资源的管理配置。

应用层软件主要完成系统的统一调度管理和系统功能的信号与信息处理，通过标准化应用层软件间的接口，以保证可采用COTS软件产品降低成本和开发周期的设计原则。

4 轻型射频传感器系统减重考虑

LRFS利用综合化、模块化和开放式的体系架构，将多项功能基于模块级高度综合集成，系统轻型减重设计是关键设计要求之一，可通过以下方式实现减重：

(1)将系统控制部分进行统一设计、集中控制，减少模块数量和重量；

(2)将系统中的信号处理部分综合，采用统一平台，全系统的信号处理采用统一的通用信号处理模块完成；

(3)将系统中的电源和频率源模块综合，各功能共用电源和频率源模块；

(4)L频段采用通用模块，可以共用发射通路，减少一路发射资源；

(5)结构进行了综合，各功能的射频前端、信号处理和控制管理安装采用单一机架，减少结构件重量。

5 结束语

本文对直升机载轻型射频传感器系统的高度综合化设计和减重设计方案进行了讨论，该系统采用模块化和开放式的硬件体系架构及可扩展的软件体系构架，将短波及超短波话音通信、数据通信、无线电测高、测向、敌我识别、空中交通管制等功能以及气象/防撞雷达低频部分处理功能进行综合集成，提高了航电设备的综合集成度，降低了设备的体积和重量，提升了航电系统的可靠性、维修性、保障性，可实现二级维修体制，降低直升机航电系统的全寿命周期费用，对直升机载轻型传感器系统的总体设计和前期设备研制具有一定的参考和指导意义，后续需要在天线孔径综合、射频信道综合等方面做进一步的深入研究和探讨。

参考文献：

[1] 何志强. 综合化航空电子系统发展历程及重要支撑技术[J]. 电讯技术，2004,44(4):1-5.

HE Zhi-qiang. Development and Important Supporting Technology of Integrated Avionics System[J]. Telecommunication Engineering, 2004,44(4):1-5.(in Chinese)

[2] 姚拱元，吴建民，陈若玉.航空电子系统综合技术的发展与模块化趋势[J].航空电子技术，2002,33(1):1-10.

YAO Gong-yuan, WU Jian-min, CHEN Ruo-yu. The Growth of Avionics Integration Technologies and Trends of The Modularization[J]. Avionics Technology, 2002, 33(1):1-10. (in Chinese)

[3] 李劲. 综合射频传感器的开放式系统结构[J]. 电讯技术，2006，46(1):21-25.

LI Jin. Open System Architecture of Avionics Integrated RF Sensors[J]. Telecommunication Engineering, 2006，46(1):21-25. (in Chinese)

[4] 车颖秋. 航空电子传感器的综合化[J]. 电讯技术，2002，42(3):145-151.

CHE Ying-qiu. An Overview of Avionic Integrated Sensor[J]. Telecommunication Engineering, 2002，42(3):145-151.(in Chinese)