1、关键词:遥测标准;RIG 106;iNET;飞行试验中图分类号:V217 文献标识码:A 文章编号:1000-8829(2010)11-0010-05The Survey ofTelemetry Standard in Aviation Flight TestYUAN Bing-nan, HUO Zhao-hu,i BAIXiao-xian(Chinese FlightTestEstablishment,Xi an 710089,China)Abstract:The outline of paragraph, recent progress and movement of IRIG 106 v
2、ersion 2009 new telemetrystandard based on telemetry application background of aviation flight test field are introduced.The progress,composition and keynote of lately released iNET telemetry network standard (aeronautical environment v0. 5)are described in brie.f The application background, technic
3、al characteristics and issues be facedwith of two te-lemetry standard are analyzed and compared.The developing and application foreground of telemetry standardis looked forward.Key words:telemetry standard; IRIG 106; iNET; flight test遥测是获取试验数据、确保试验安全的重要手段,在军工试验领域有着广泛的应用。遥测标准是遥测设备设计和改进的准则,是实现试验场(靶场)
4、内部和各试验场之间的用户设备与靶场设备兼容、遥测频谱资源有效利用、避免干扰的有力保证。自从上世纪 60 年代以来,国外飞行试验遥测大部分遵照美国 IRIG 106 遥测标准 ,我国现行的遥测标准(GJB21. 2A)也基本上参照了 IRIG 106 标准。随着飞行试验遥测需求的变化与增长,特别是信息化环境下的多机协同试飞和越来越多的无人机试飞需求的牵引,以及无线网络技术突飞猛进发展的技术推动,遥测网络系统(TmNS)的概念初步形成。航空飞行试验遥测从“单向、点到点”向“ 双向、多点到多点”的“遥测加遥控” 和空地一体化、网络化的模式转变,传统的 IRIG 106 遥测体系面临变革 ,新的遥测网
5、络体系和标准呼之欲出。1 IRIG 106 遥测标准概况IRIG 106 遥测标准是美国靶场司令官联席会议(RCC)下属机构靶场遥测仪器组(IRIG, 成立于 1951年 8 月,其常设机构在美国白沙导弹靶场)制订的遥测标准,目的是促进 RCC 管辖的各试验靶场的遥测发射、接收及遥测数据处理设备的相互兼容。1. 1 IRIG 106 遥测标准 2009 版简介1. 1. 1 IRIG 106 遥测标准 2009 版( 部分)该部分分为 10 章和 15 个附录。第 1 章为“序言” 。说明了 IRIG 106 遥测标准的应用范围为 RCC 下属靶场航空遥测。这一章节简述了 IRIG 106 遥
6、测标准。第 2 章为“发射机与接收机系统”。定义了遥测UHF 无线频段, L 波段: 14351535(低段)、17551850(高段); S 波段: 22002290(低段)、23102395(高段)。简述了遥测发射、接收系统、及 FM/PCM、SOQPSK、ARTM CPM 等调制方式。10 测控技术2010 年第 29 卷第 11 期第 3 章为“频分多路遥测标准” 。简述了 FM 的副载波特性、FM 副载波通道的特性和磁带带速控制及摆动补偿方法。第 4 章为“脉冲码调制(PCM)标准”。定义了各种 PCM 码型、PCM 帧结构、数据格式、同步字和时间字等。第 5 章为“数字化语音遥测标
7、准”。定义了数字化语音 CVSD(continuous variable slope delta modula-tion)编码/解码方法、CVSD 字结构以及采样速率等。第 6 章为“数字螺旋扫描盒式磁带记录器与重放器、多路复用/多路分离盒式磁带和记录与控制命令记录标准”。定义了数字螺旋扫描盒式磁带记录格式、主要技术指标,简述了 19 mm、1/2数字螺旋扫描盒式磁带记录技术、多路复用/多路分离系统及记录与控制命令等。第 7 章为“地面数字式记录标准(固态和磁盘系统)”。本章仅保留了标题,无内容。第 8 章为“数字总线数据采集格式标准”。定义了 MIL-STD-1553、ARINC 429 数
8、字总线数据字结构、输出数据格式等。第 9 章为“遥测属性传递标准(TMATS)” 。定义了媒体数据结构、数据显示标准和遥测传输特性,提供了一个用户和靶场、靶场和靶场之间信息传输的通用格式。第 10 章为“数字记录标准” 。定义了各种不同类型数据的数字记录标准,支持的数据类型有:公共数据、PCM、时码、MIL-STD-1553、模拟数据、离散数据、计算机通用数据、ARINC429、消息数据、视频、图像、异步串行数据、IEEE 1394 数据、并行数据、以太网数据共15 种。1. 1. 2 IRIG 106 遥测标准的遥测网络部分 (部分)IRIG 106 遥测标准 2009 版遥测网络部分 ,沿
9、用了IRIG 106 遥测标准 2007 版部分 。主要内容表明,IRIG 106 遥测标准 (部分)致力于特定的遥测网络领域,这部分不是独立的,必须与 IRIG 106 遥测标准部分联合使用,以定义和实现遥测系统。遥测网络的概念当前正在发展中,标准的这部分虽然还不完善,但反映了一个新的技术领域,足够成熟时可定义遥测网络的方法和技术,并且规范需求,以确保靶场中和靶场之间的协同工作能力。RCC 遥测组(TG)计划系统地发展这个标准,以指导用户从数据采集到传输、甚至到数据记录过程,都能够完全实现网络遥测。技术的迅速变化和装备采办程序的变革,致使国防部(DoD)更加重视依靠商用成熟技术(COTS)
10、的硬件和软件。因此,对现有商用通信标准最大程度地修改是预想遥测网络的实现途径。1. 2 IRIG 106 遥测标准的发展变化IRIG 106 遥测标准大概是每两年修改一次,对进入 21 世纪后的重要变化简述如下。(1)增加了遥测网络部分。2001 年, IRIG 把 IRIG 106 遥测标准分成两个部分,部分为传统的遥测标准,包含了更多熟悉的信息和已发展多年的遥测标准;部分 为遥测网络,目标是结合当前遥测技术的发展和遥测模式的变革,致力于制订遥测网络领域的标准。IRIG 106-2001 版的遥测网络部分 (部分) 分为5 章,第 1 章为“概述”, 第 2 章为“ 信息结构”,第 3 章为
11、“飞行器内部传输概貌”, 第 4 章为“ 飞行器外部传输(无线)”,第 5 章为“ 记录”。另有 A、B 、C 三个附录。IRIG 106-2007 版遥测标准的遥测网络部分 (部分),废除了 2001 版的上述 5 章内容 ,只保留了前言和第 1 章概述,主要内容如前所述。(2)增加了第 10 章“数字记录标准”。2004 年 5 月,RCC 对 IRIG 106 标准进行了修改,增加了“机载固态记录器标准”,即 IRIG 106 第 10 章。第 10 章阐明了一种新的机载固态记录器的记录标准,定义了多种标准数据格式,用较经济的方法实现对多种数据的数字化有效组合和综合记录,采用统一的接口进
12、行高速数据卸载和设备远程控制。IRIG 106-2005 版,将第 10 章标题修改为“机载数字记录标准”,最新的 IRIG 106-2009 版,第 10 章标题修改为: 数字记录标准。(3)增加了新的数字调制方式。IRIG 106 标准 2004 版在“第 2 章、发射机与接收机系统”中增加了两种数字调制方式。SOQPSK (异型偏移四相相移键控, shaped offsetquadrature phase shift keying)调制方式 : SOQPSK 是对OQPSK 的一种改进。OQPSK 称为偏移四相相移键控(offset-QPSK),是在 QPSK 基础上发展起来的一种恒包络
13、数字调制技术。SOQPSK 具有良好的频谱效率和恒包络特性,是美军标广泛采用的一种高效率恒包络调制方式,由于它具有良好的频谱效率,带宽是传输位速率的 0. 78 倍,在无线通信中得到了广泛的应用。SOQPSK 调制技术和产品已相对成熟,也有成功的应用案例,如美国空军的新型电子攻击机 EA-18G 飞行试验中,遥测传输采用 SOQPSK 调制方式,使用 L 波段(17101850MHz),遥测传输速率为 20Mb/s,传输距离为 200 km。CPM 调制方式:先进靶场遥测 (ARTM, advancedrange telemetry)中的连续相位调制 (CPM, continuousphase
14、modulation)技术在发展中,该调制方式有更好的频谱效率,带宽为传输位速率的 0. 56 倍,目前还没有11航空飞行试验遥测标准概况看到相关产品和应用案例。2 iNET 遥测网络标准概况2. 1 iNET 遥测网络标准的起源与进展2004 年 10 月,美国国防部试验中心和项目评估投资机构(CTEIP)启动了 iNET( integrated network en-hanced telemetry)项目开发计划,其目标是找到一种可行的、能对各类试验和评估范围内的遥测系统进行升级换代的基本网络结构、技术途径和技术标准。遥测网络标准是 iNET 项目的重要目标之一,随着 iNET 项目开发计
15、划的实施, iNET 标准(航空推荐或试用版 V0. 5)已于 2009 年 12 月发布,包括 TA( testarticle)标准、 RF 网络单元(RFNE) 标准、系统管理(SM)标准和元数据(MD)标准。2010 年 3 月 iNET 项目官方网站宣布, iNET 标准(航空推荐或试用版V0. 7)将于近期发布。iNET 项目吸收了广大用户和设备供应商参加,在遥测网络不断增长的需求牵引下,支持 iNET 的遥测设备已大量涌现,大有超过前标准的趋势,随着在航空飞行试验中的试用与验证, iNET 有望成为正式的遥测网络标准,推广到整个军工试验领域。2. 2 iNET 遥测网络标准简介iN
16、ET 遥测网络标准为遥测网络设备供应商和试验场(靶场) 用户提供了一套技术指导文件,以确保在横跨多试验场的试验对象、RF 网络、遥测地面站之间的通信和协同工作能力。2. 2. 1 TA 标准该标准提供了一套在遥测网络系统(TmNS) 中的vNET(机载测试系统)内部数据传输技术和协议 ,应用对象为 vNET。TA(试验对象)标准分为 5 章, 要点如下:定义了 vNET 物理电气特性;定义了 vNET 的物理层(10/100/1000Mb/s 以太网)、链路层(MAC)、网络层( IPv4)、遥传输层(TCP、UDP) 协议 ;基于 IEEE 1588 协议的网络传输时间同步;定义了数据传输中
17、的信息块结构、数据传输控制和服务质量(QoS)等。2. 2. 2 RF 网络单元(RFNE)标准该标准提供了一套在遥测网络系统(TmNS) 内部数据传输技术和协议细节,同时定义了接口和控制信息协议,以管理 RF 网络的共享。该标准的应用对象为 rfNET。RF 网络单元标准分为 10 章,要点如下:定义了 RF 网络单元的功能、RF 链路和 RF 网络传输方式;定义并详细说明了 RF 网络单元的外部接口,包括:RFNE 和 TA 用户接口、RFNE 和 TA 上的无线接口、TA 上的 RFNE 管理接口、RFNE 和地面站端(GSS)用户接口、无线接口、RFNE 管理接口、和 RFNE 控制接
18、口;定义并详细说明了 RF 网络单元的内部接口,包括:链路管理对队列的管理、 RFNM(RF 网络管理)对链路的管理、RFNM 对队列的管理、RFNM 对链接控制的管理;定义并详细说明了 RF 控制协议、通用网络协议和服务(包括:网络协议、网络服务和时间同步);定义并详细说明了 RF 网络的安全保证,包括:网络安全认证和数据加密。2. 2. 3 系统管理(SM)标准该标准提供了一套在遥测网络系统(TmNS) 内部的数据传输技术、协议和各种外部管理信息。系统管理标准分为 7 章,要点如下:定义了系统管理接口,包括:识别、故障处理、配置、试验元素控制、网络拓扑、状态、性能管理和安全;定义并详细说明
19、了 TmNS 段接口,包括:TmNS、TA、GSS、rfNET 系统管理;定义并详细说明了 TmNS 单元接口,包括: 网络设备、RF 、vNET 、gNET 、天线、SST、时统、加密、 GSE(地面支持设备)的系统管理和 TmNS 适配器管理;定义并细说明了外围接口,包括:数据源管理、数据池管理、数据源可靠性评定、数据采集单元(DAU)管理、记录系统管理、多功能显示系统管理。2. 2. 4 元数据(MD)标准该标准已提供了一套在 iNET 内部配置系统所需的试验和配置信息的语言说明、网络结构和数据结构。元数据标准分为 8 章,要点如下:定义和详细说明了顶层架构、数据结构、网络结构、描述表格
20、单元、优先级映射单元和网络节点特性说明。2. 3 iNET 各标准的应用范围和相互关系iNET 各标准的应用范围和相互关系如图 1 所示。以 TA、RFNE 、SM 和元数据标准为支撑,形成了一套完整的增强遥测综合网络系统( iNET)框架。TA 标准是依据系统管理标准中定义的管理原则扩展而来,是对依据元数据标准中定义的、用于设置遥测网络系统(TmNS)的试验说明和配置信息的进一步扩充。RF 网络单元标准是对 RF 网络组成和系统管理标准的进一步细化。RF 网络单元标准与通信链路标准一起,在 TA 的基础上,定义了使用 RF 网络实现 TA和地面控制站通信的网络结构。12 测控技术2010 年第 29 卷第 11 期图 1 iNET 各标准的应用范围和相互关系系统管理(SM)标准协议是建立在 TA、RFNE 标准之上,定义了系统管理的内部接口、外部接口和系统管理功能。元数据标准提供了一套配置系统所需的试验和配置信息的语言说明。元数据标准支持系统管理、TA 标准和 RFNE 标准,使全部标准描述一致。3 两个标准的应用背景、主要特点和面临的问题
