軍用車輛綜合電子系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)

前言

　　隨著信息技術(shù)高速發(fā)展，一場(chǎng)以信息戰(zhàn)為核心的新軍事變革在全球范圍內(nèi)悄然興起。未來陸軍作戰(zhàn)系統(tǒng)將是以信息系統(tǒng)為核心，綜合集成各類武器平臺(tái)及諸軍兵種聯(lián)合構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)系統(tǒng)。所以，作為未來陸軍綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)的主要組成部分，軍用車輛已經(jīng)不再是未來軍事戰(zhàn)爭(zhēng)中的一個(gè)孤立節(jié)點(diǎn)，而是網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)系統(tǒng)中一個(gè)極為重要的武器平臺(tái)。為此，軍用車輛綜合電子系統(tǒng)的概念應(yīng)運(yùn)而生。軍用車輛綜合電子系統(tǒng)是以系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，根據(jù)頂層設(shè)計(jì)思想，將車內(nèi)乘員終端以及電氣、武器、定位導(dǎo)航、敵我識(shí)別、指揮控制等各分系統(tǒng)以總線網(wǎng)絡(luò)為核心進(jìn)行有機(jī)連接，通過消息的綜合實(shí)現(xiàn)功能綜合，最終以提高車輛作戰(zhàn)效能為目標(biāo)的綜合化系統(tǒng)?！　?991年的“海灣戰(zhàn)爭(zhēng)”，1998年的“沙漠之狐”聯(lián)合行動(dòng)以及2003年的伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)等充分表明了綜合電子系統(tǒng)是提高武器裝備戰(zhàn)斗力的“倍增器”，是信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中網(wǎng)絡(luò)協(xié)同作戰(zhàn)的重要基石。近年來，世界各國對(duì)軍用車輛綜合電子系統(tǒng)的發(fā)展給予了高度重視，如在M1A2SEF坦克、勒克萊爾坦克、挑戰(zhàn)者坦克以及其他戰(zhàn)車等上面都開展了綜合電子系統(tǒng)的研制和應(yīng)用。從發(fā)展歷程上看，已經(jīng)從最初將電器與儀表通過總線相連接的局部探討階段，過渡到車輛內(nèi)部全面改造階段，并逐步發(fā)展到目前以系統(tǒng)工程為指導(dǎo)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)的全面綜合階段。在這一發(fā)展變遷中，總線網(wǎng)絡(luò)是軍用車輛綜合電子系統(tǒng)的核心技術(shù)，該總線網(wǎng)絡(luò)不同于一般的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其總線的概念，它是一個(gè)基于嚴(yán)格實(shí)時(shí)性和高度可靠性的分布式系統(tǒng)?？偩€網(wǎng)絡(luò)的性能直接決定了車輛綜合電子系統(tǒng)性能，從而影響了車輛的作戰(zhàn)效能。盡管目前有很多如1553B等軍用總線已經(jīng)應(yīng)用到裝甲車輛之中，但就研究和應(yīng)用情況來看，在其理論和設(shè)計(jì)方法研究上，尤其是對(duì)總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和可靠性等性能研究方面尚處于薄弱環(huán)節(jié)，而這一環(huán)節(jié)正是車輛作戰(zhàn)效能能否充分發(fā)揮的重要保障。

內(nèi)容概要

總線網(wǎng)絡(luò)是軍用車輛綜合電子系統(tǒng)的一個(gè)重要核心技術(shù)。十多年來，作者一直密切結(jié)合軍用車輛信息化發(fā)展的軍事需求，緊密跟蹤國際裝甲車輛綜合電子系統(tǒng)發(fā)展動(dòng)態(tài)，及時(shí)將最新總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到軍用車輛綜合電子系統(tǒng)中，并取得了一定研究成果，撰寫了此書。本書以總線網(wǎng)絡(luò)為線索，從軍用車輛綜合電子系統(tǒng)發(fā)展歷程、總線網(wǎng)絡(luò)的理論、總體設(shè)計(jì)方法、總線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)、消息調(diào)度和信息流優(yōu)化、總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性和可靠性分析等方面進(jìn)行了系統(tǒng)全面的分析和研究，體系完整，結(jié)構(gòu)合理，內(nèi)容豐富，針對(duì)性強(qiáng)并具有前瞻性。    本書共分8章。第1章為車輛綜合電子系統(tǒng)的概述主要從系統(tǒng)概念、結(jié)構(gòu)組成、國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)等方面進(jìn)行系統(tǒng)介紹。第2章和第3章介紹了總線網(wǎng)絡(luò)基本原理和性能分析，并從系統(tǒng)工程的角度探索了總線網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計(jì)的方法和理論，研究了總線網(wǎng)絡(luò)性能分析基本方法。第4至8章內(nèi)容，是根據(jù)作者科研成果、學(xué)術(shù)論文進(jìn)行提煉和擴(kuò)展而成的。其中，第4-7章是分別對(duì)軍用車輛上的1553B總線網(wǎng)絡(luò)、CAN總線、MIL-CAN總線以及MIC總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了理論分析、信息流優(yōu)化和實(shí)時(shí)調(diào)度研究，提出了針對(duì)不同總線網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的多目標(biāo)。第8章以復(fù)雜系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，運(yùn)用系統(tǒng)分析方法，結(jié)合功能完備性和動(dòng)靜態(tài)特性，建立了基于高級(jí)PETRI網(wǎng)架構(gòu)的裝甲車輛綜合電子系統(tǒng)多種總線性能分析模型，從總線通信鏈路、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可用度等多個(gè)分析層面構(gòu)建了系統(tǒng)可靠性的分析計(jì)算模型，提出了較為完備的建模方法。    該書的內(nèi)容反映了我國軍用車輛綜合電子系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在理論和實(shí)踐方面的最新成就，對(duì)我國軍用車輛綜合電子系統(tǒng)的研發(fā)提供新思想和新方法，對(duì)軍用車輛綜合電子系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)的分析設(shè)計(jì)和理論研究具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。本可作為從事軍用車輛以及其他運(yùn)載平臺(tái)綜合電子系統(tǒng)及相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)和科技人員的技術(shù)參考書，也可作為高等院校本科生、研究生教材以及教師參考書。

作者簡介

宋小慶，1971年11月生于安徽。博士，畢業(yè)于北京理工大學(xué)。多年從事裝甲車輛綜合電子系統(tǒng)的教學(xué)和科研工作，撰寫教材1部，發(fā)表論文40余篇，獲國防發(fā)明專利5項(xiàng)，獲軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)三項(xiàng)，軍隊(duì)育才獎(jiǎng)銀獎(jiǎng)，兩次評(píng)為總裝備部巾幗建功先進(jìn)個(gè)人。榮立三等功一次。

書籍目錄

第1章  裝甲車輛綜合電子系統(tǒng)  1.1  基本概念    1.1.1  車輛電子學(xué)    1.1.2  戰(zhàn)斗管理系統(tǒng)    1.1.3  裝甲車輛綜合電子系統(tǒng)  1.2  體系結(jié)構(gòu)與組成    1.2.1  功能劃分    1.2.2  體系結(jié)構(gòu)    1.2.3  主要組成  1.3  發(fā)展概況及其關(guān)鍵技術(shù)    1.3.1  發(fā)展概況    1.3.2  關(guān)鍵技術(shù)  1.4  軍事意義  1.5  發(fā)展趨勢(shì)第2章  總線網(wǎng)絡(luò)原理  2.1  數(shù)據(jù)傳輸    2.1.1  基本概念    2.1.2  數(shù)據(jù)傳輸模型    2.1.3  多路傳輸技術(shù)    2.1.4  基帶傳輸  2.2  總線網(wǎng)絡(luò)    2.2.1  引言    2.2.2  軍用總線    2.2.3  拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)    2.2.4  協(xié)議體系結(jié)構(gòu)    2.2.5  網(wǎng)絡(luò)互連    2.2.6  性能評(píng)價(jià)第3章  總線網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計(jì)方法  3.1  系統(tǒng)工程理論  3.2  頂層設(shè)計(jì)思想  3.3  設(shè)計(jì)方法    3.3.1  設(shè)計(jì)思想及內(nèi)容    3.3.2  體系結(jié)構(gòu)    3.3.3  消息的綜合    3.3.4  容錯(cuò)設(shè)計(jì)第4章  1553B總線網(wǎng)絡(luò)  4.1  MIL-STD-1553B總線協(xié)議分析    4.1.1  引言    4.1.2  拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)    4.1.3  編碼方式    4.1.4  同步    4.1.5  消息    4.1.6  實(shí)時(shí)陸與可靠性分析  4.2  1553B總線控制器    4.2.1  功用    4.2.2  BC存儲(chǔ)機(jī)制    4.2.3  RT存儲(chǔ)機(jī)制    4.2.4  MT監(jiān)視器存儲(chǔ)機(jī)制  4.3  戰(zhàn)車綜合電子系統(tǒng)1553B總線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建    4.3.1  方案設(shè)計(jì)    4.3.2  消息傳輸規(guī)劃    4.3.3  命令周期表設(shè)計(jì)    4.3.4  消息調(diào)度算法    4.3.5  錯(cuò)誤管理策略    4.3.6  通信設(shè)計(jì)第5章  CAN總線網(wǎng)絡(luò)  5.1  CAN總線協(xié)議分析    5.1.1  總線分層    5.1.2  拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)    5.1.3  編碼方式    5.1.4  位定時(shí)與同步方法    5.1.5  報(bào)文規(guī)劃  5.2  CAN總線控制器    5.2.1  特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)    5.2.2  報(bào)文存儲(chǔ)機(jī)制    5.2.3  報(bào)文通信方式  5.3  戰(zhàn)車底盤綜合電氣系統(tǒng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建    5.3.1  方案設(shè)計(jì)    5.3.2  消息傳輸規(guī)劃    5.3.3  通信模型    5.3.4  優(yōu)先級(jí)分配策略    5.3.5  高層協(xié)議設(shè)計(jì)    5.3.6  通信設(shè)計(jì)  5.4  裝甲車輛網(wǎng)絡(luò)化在線故障診斷系統(tǒng)構(gòu)建    5.4.1  方案設(shè)計(jì)    5.4.2  系統(tǒng)工作模式    5.4.3  數(shù)據(jù)通信陣列    5.4.4  通信速率確定方法    5.4.5  數(shù)據(jù)管理與調(diào)度模型第6章  MilCAN總線網(wǎng)絡(luò)  6.1  MilCAN總線分析    6.1.1  總線特點(diǎn)    6.1.2  幀格式定義    6.1.3  消息類型    6.1.4  優(yōu)先級(jí)分配策略    6.1.5  同步幀消息    6.1.6  異步消息的觸發(fā)    6.1.7  節(jié)點(diǎn)工作模式  6.2  戰(zhàn)車火控系統(tǒng)MilCAN總線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建    6.2.1  方案設(shè)計(jì)    6.2.2  消息傳輸規(guī)劃    6.2.3  總線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)    6.2.4  消息存儲(chǔ)    6.2.5  消息調(diào)度與通信第7章  MIC總線網(wǎng)絡(luò)  7.1  MIC總線協(xié)議分析    7.1.1  總線特點(diǎn)    7.1.2  拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)    7.1.3  消息  7.2  MIC控制器    7.2.1  控制器組成與特點(diǎn)    7.2.2  操作模式  7.3  裝甲車輛電源電氣管理控制系統(tǒng)MIC總線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建    7.3.1  總體方案    7.3.2  控制策略第8章  基于高級(jí)Petri網(wǎng)的總線網(wǎng)絡(luò)性能分析  8.1  總線網(wǎng)絡(luò)分析方法    8.1.1  分析目的    8.1.2  分析方法  8.2  Petri網(wǎng)理論    8.2.1  基本概念    8.2.2  有色Petri網(wǎng)    8.2.3  隨機(jī)Petri網(wǎng)  8.3  基于有色Petri網(wǎng)的1553B總線網(wǎng)絡(luò)分析    8.3.1  網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)    8.3.2  網(wǎng)絡(luò)建模    8.3.3  模型實(shí)現(xiàn)    8.3.4  實(shí)驗(yàn)分析  8.4  基于有色Petri網(wǎng)的MilCAN總線分析    8.4.1  網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)    8.4.2  網(wǎng)絡(luò)建模    8.4.3  性能指標(biāo)    8.4.4  實(shí)驗(yàn)分析  8.5  基于隨機(jī)Petri網(wǎng)的1553B總線網(wǎng)絡(luò)分析    8.5.1  網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)    8.5.2  網(wǎng)絡(luò)建模    8.5.3  性能指標(biāo)    8.5.4  實(shí)驗(yàn)分析  8.6  基于隨機(jī)Petri網(wǎng)的總線網(wǎng)絡(luò)可靠性分析    8.6.1  總線通信鏈路可靠性分析    8.6.2  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可靠性分析    8.6.3  系統(tǒng)可用度分析參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　在裝甲車輛電子系統(tǒng)進(jìn)行綜合化的改造和設(shè)計(jì)時(shí)，火控系統(tǒng)將面臨兩方面的改變。一方面，要將過去集中式結(jié)構(gòu)改造成集中分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因此，裝甲車輛火控系統(tǒng)在綜合化的過程中需要進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重新配置與設(shè)計(jì)。另一方面，火控系統(tǒng)的部分功能也將按信息共享和功能綜合的原則進(jìn)行某些方面的擴(kuò)充與改進(jìn)。例如火控系統(tǒng)的觀瞄信息就應(yīng)為其他功能系統(tǒng)所共享，而火控系統(tǒng)在搜索目標(biāo)和跟蹤目標(biāo)的過程中還要服從其他系統(tǒng)關(guān)于目標(biāo)排序、目標(biāo)分配等原則的指揮?！　?）指控系統(tǒng)　　指控系統(tǒng)，是繼火控系統(tǒng)之后在現(xiàn)代裝甲車輛上出現(xiàn)的又一重要的功能電子系統(tǒng)，也是20世紀(jì)90年代以來各先進(jìn)裝甲車輛進(jìn)行技術(shù)改造的主要內(nèi)容之一。法國的“萊克勒爾”和美國的M1A2等主戰(zhàn)坦克的最大特色，就是在其綜合電子系統(tǒng)中包含有類似于指控系統(tǒng)的系統(tǒng)，它們實(shí)際上是CI系統(tǒng)在裝甲車輛的實(shí)現(xiàn)。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)和信息工程的高度發(fā)展，在車輛上集中配置以CI為主要內(nèi)容的指揮控制系統(tǒng)已完全有必要和可能，并成為提高裝甲車輛戰(zhàn)斗力的重要手段。由于不同坦克上原有電子系統(tǒng)功能的不同，以及對(duì)CI中各要素的不同側(cè)重，已出現(xiàn)的屬于指控系統(tǒng)性質(zhì)的系統(tǒng)也就有了不同的名稱，例如，“車際信息系統(tǒng)”、“戰(zhàn)場(chǎng)管理系統(tǒng)”、“綜合指揮與信息系統(tǒng)”、“戰(zhàn)場(chǎng)信息與管理系統(tǒng)”等?！　±密噧?nèi)的電臺(tái)加裝適配器，再與車內(nèi)的數(shù)據(jù)總線相連，從而使車內(nèi)車際形成了一個(gè)數(shù)字化的信息網(wǎng)絡(luò)，也使武器平臺(tái)直接與戰(zhàn)場(chǎng)CISR系統(tǒng)連到了一起。車輛的信息（狀態(tài)信息、后勤保障信息、火力信息等）傳輸?shù)街笓]員，更能全面準(zhǔn)確地了解戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，更好地利用戰(zhàn)場(chǎng)資源，做出更科學(xué)的決策?！　?）數(shù)字式發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)　　該系統(tǒng)由各種傳感器、控制單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，它可通過計(jì)算機(jī)對(duì)輸人的轉(zhuǎn)速信號(hào)（油門的踏板信號(hào)）、推動(dòng)齒桿位移信號(hào)以及溫度和機(jī)油油壓等信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)燃油噴射時(shí)機(jī)、噴射量、點(diǎn)火時(shí)間和怠速進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，也能在駕駛員綜合顯示器上顯示動(dòng)力傳動(dòng)裝置的工況檢查和功能故障等信息。

編輯推薦

　　《軍用車輛綜合電子系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)》以總線網(wǎng)絡(luò)為線索，從軍用車輛綜合電子系統(tǒng)發(fā)展歷程、總線網(wǎng)絡(luò)的理論、總體設(shè)計(jì)方法、總線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)、消息調(diào)度和信息流優(yōu)化、總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性和可靠性分析等方面進(jìn)行了系統(tǒng)全面的分析和研究，體系完整，結(jié)構(gòu)合理，內(nèi)容豐富，針對(duì)性強(qiáng)并具有前瞻性。 　　該書的內(nèi)容反映了我國軍用車輛綜合電子系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在理論和實(shí)踐方面的最新成就，對(duì)我國軍用車輛綜合電子系統(tǒng)的研發(fā)提供新思想和新方法，對(duì)從事軍用車輛綜合電子系統(tǒng)及相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)和科技人員、科研單位及高校相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生具有重要學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。

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