бортовая цифровая вычислительно-управляющая система летательных аппаратов
Классы МПК: | B64D45/00 Индикаторные и защитные устройства летательных аппаратов, не отнесенные к другим рубрикам B64C13/00 Системы управления и передачи для приведения в действие поверхностей управления, предкрылков и закрылков, тормозных щитков или интерцепторов |
Автор(ы): | Бареев Фаниль Халимович (RU), Бражник Валерий Михайлович (RU), Герасимов Геннадий Иванович (RU), Гарифов Рашид Шайхутдинович (RU), Гущеваров Михаил Юрьевич (RU), Джанджгава Гиви Ивлианович (RU), Кавинский Владимир Валентинович (RU), Лобко Сергей Валентинович (RU), Лыткин Павел Дмитриевич (RU), Негриков Виктор Васильевич (RU), Орехов Михаил Ильич (RU), Семаш Александр Александрович (RU), Харитонов Виктор Иванович (RU), Шелепень Константин Владимирович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО РПБК) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-04-21 публикация патента:
20.03.2011 |
Изобретение относится к области авиационного приборостроения, а именно к комплексам бортового оборудования, вычислительным машинам, системам, приборам и устройствам, обеспечивающим проведение вычислительных процессов, взаимосвязь, управление оборудованием и индикационное обеспечение экипажей летательных аппаратов. Система включает бортовые цифровые вычислительные машины, вычислительно-преобразующие и распределительные устройства, энергонезависимые запоминающие устройства, информационные и индикационно-управляющие устройства, взаимосоединенные по бортовому каналу информационного обмена. Имеются также распределенные по их программируемым частям, системные и функциональные программно-алгоритмические средства, взаимодействующие в соответствии с магистралью вычислительно-логического обмена в реальном времени. Введение в состав системы программно-алгоритмических модулей координации взаимодействия системных программно-алгоритмических средств и координации взаимодействия функциональных программно-алгоритмических средств, распределенных по магистрали вычислительно-логического обмена и по взаимодействующим в соответствии с нею системным и функциональным программно-алгоритмическим средствам программируемых частей блоков системы, расширяет функциональные возможности системы в целом и ее блоков в отдельности в части оптимального использования аппаратных, программно-алгоритмических и вычислительных ресурсов, особенно в условиях критических ситуаций. В результате повышается эффективность использования оборудования и снабженных им летательных аппаратов. 1 ил.
Формула изобретения
Бортовая цифровая вычислительно-управляющая система летательных аппаратов, включающая подключенные к бортовому каналу информационного обмена m (m 0) бортовых цифровых вычислительных машин, n (n 0) вычислительно-преобразующих и распределительных устройств, r (r 0) энергонезависимых запоминающих устройств, s (s 0) информационных и индикационно-управляющих устройств, программируемые части которых содержат взаимодействующие в соответствии с магистралью вычислительно-логического обмена системные и функциональные программно-алгоритмические средства, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены программно-алгоритмический модуль координации взаимодействия системных программно-алгоритмических средств и программно-алгоритмический модуль координации взаимодействия функциональных программно-алгоритмических средств, распределенные по магистрали вычислительно-логического обмена и по взаимодействующим в соответствии с нею системным и функциональным программно-алгоритмическим средствам программируемых частей m бортовых цифровых вычислительных машин, n вычислительно-преобразующих и распределительных устройств, r энергонезависимых запоминающих устройств, s информационных и индикационно-управляющих устройств.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области авиационного приборостроения, а именно к бортовым цифровым вычислительно-преобразующим устройствам, системам и комплексам прицельно-навигационного и пилотажно-управляющего оборудования летательных аппаратов.
Из известных аналогов ([1] Е.А.Федосов «Авиация ПВО России и научно-технический прогресс», Москва, Дрофа, 2001 г., стр.533-552; [2] «Бортовое цифровое вычислительно-преобразующее устройство» патент RU 2287452 C1 с приоритетом 22.12.2005 г., [3] заявка № 2009124991/11 (034574) с решением о выдаче патента на изобретение от 14.01.10 г.; [4] Мелехин В.Ф., Павловский Е.Г. «Вычислительные машины, системы и сети», Москва, Академия, 2010 г.) наиболее близким является [1], где на стр.549 представлена блок-схема бортовой цифровой вычислительно-управляющей системы современных многофункциональных самолетов, содержащей бортовые цифровые вычислительные машины, вычислительно-преобразующие и распределительные устройства, энергонезависимые запоминающие устройства, информационные и индикационно-управляющие устройства, подключенные к бортовому каналу информационного обмена и распределенные по программируемым частям блоков, системные и функциональные программно-алгоритмические средства, взаимодействующие в соответствии с бортовой магистралью вычислительно-логического обмена.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей системы и входящих в нее устройств в части оптимизации использования аппаратных и программно-алгоритмических средств, особенно в условиях критических ситуаций -отказы, сбои, частичные деградации аппаратуры, трансформации в соответствии с внутренними и внешними событиями.
Достигается указанный результат тем, что бортовая цифровая вычислительно-управляющая система, включающая подключенные к бортовому каналу информационного обмена m (m 0) бортовых цифровых вычислительных машин, n (n 0) вычислительно-преобразующих и распределительных устройств, r (r 0) энергонезависимых запоминающих устройств, s (s 0) информационных и индикационно-управляющих устройств, программируемые части которых содержат взаимодействующие в соответствии с магистралью вычислительно-логического обмена, системные и функциональные программно-алгоритмические средства, дополнительно снабжена программно-алгоритмическим модулем координации взаимодействия системных программно-алгоритмических средств и программно-алгоритмическим модулем координации взаимодействия функциональных программно-алгоритмических средств, распределенных по магистрали вычислительно-логического обмена и по взаимодействующим в соответствии с нею системным и функциональным программно-алгоритмическим средствам программируемых частей m бортовых цифровых вычислительных машин, n вычислительно-преобразующих и распределительных устройств, r энергонезависимых запоминающих устройств, s информационных и индикационно-управляющих устройств.
На чертеже представлена блок-схема бортовой цифровой вычислительно-управляющей системы летательных аппаратов, содержащей: 1 - бортовая цифровая вычислительная машина БЦВМ, 2 - программируемая часть (ПЧ) БЦВМ, 3 - вычислительно-преобразующее и распределительное устройство ВПРУ, 4 - программируемая часть (ПЧ) ВПРУ, 5 - энергонезависимое запоминающее устройство ЭНЗУ, 6 - программируемая часть (ПЧ) ЭНЗУ, 7 - информационное и индикационно-управляющее устройство ИИУУ, 8 - программируемая часть (ПЧ) ИИУУ, 9 - бортовой канал информационного обмена БКИО, 10 - магистраль вычислительно-логического обмена МВЛО, 11 - программно-алгоритмический модуль (ПАМ) координации взаимодействия системных программно-алгоритмических средств КВСПАС, 12 - программно-алгоритмический модуль (ПАМ) функциональных программно-алгоритмических средств КВФПАС.
Взаимодействие блоков (и их программируемых частей) системы осуществляется по БКИО 9, не входящему в состав системы.
БКИО 9 может включать программируемые блоки местного управления (контроллеры), обеспечивающие преобразование и распределение последовательностей команд с использованием интерфейсов различного типа ([1], стр.544) VME, CPCI, Rapid 10, PCIE, ГОСТ 26765.52-87, ГОСТ 3-50832-95, STANAG 3350, RS-232C, RS-423, RS-449, RS-485, Fibre Channel, AFDX, обеспечивающих пропускную способность и взаимный обмен в реальном времени.
Программируемой частью (ПЧ) БКИО 9 является МВЛО 10, включающая программно-алгоритмические средства контроллеров и реализацию принципов коммуникации, определяемых вышеупомянутыми интерфейсами, и формирующая обобщенный интерфейс, работающий в едином логическом протоколе обмена, при этом возможно подключение однонаправленных и двунаправленных каналов обмена, а отдельные программно-алгоритмические сегменты (формирования, расширения и преобразование интерфейсов) МВЛО 10 могут быть реализованы в устройствах ввода-вывода или оконечных устройствах блоков системы.
К БКИО 9 подключаются также бортовые системы, блоки и устройства, не входящие в состав данной системы, и наземные устройства, обеспечивающие контроль и тестирование аппаратуры при наземных проверочных и отладочных работах.
В составе системы может быть m (m 0) БЦВМ 1 (одного или разных типов), причем количество m определяется задачами резервирования и функционального назначения - навигация и наведение, управление летательным аппаратом, подготовка и применение средств поражения и противодействия, целеуказание от различных лоцирующих окружающее пространство устройств, ведение специальных групповых действий.
БЦВМ 1 типа приведенной в [3], включает модули центрального процессора, периферийных процессоров, устройства памяти и ввода-вывода, взаимосоединенные по внутримашинному каналу информационно-вычислительного обмена, подключаемому к БКИО 9 непосредственно и через устройство ввода-вывода. Программируемая часть ПЧ 2 каждой из m БЦВМ 1 включает системные и функциональные программно-алгоритмические средства, взаимодействующие в соответствии с внутримашинной магистралью вычислительно-логического обмена, которая является частью МВЛО 10. Системные программно-алгоритмические средства обеспечивают общее функционирование БЦВМ 1. Функциональные программно-алгоритмические средства по управлению от системных программно-алгоритмических средств в соответствии с внутренней магистралью вычислительно-логического обмена, во взаимодействии непосредственно или через устройство ввода-вывода с МВЛО 10, ПЧ 4, ПЧ 6, ПЧ 8 обеспечивают решение каждой из m БЦВМ 1 конкретных задач навигации, управления, наведения, групповых действий, приема, обработки сигналов и выдачи необходимых параметров в БКИО 9 в текущем реальном времени.
В составе системы может быть n (n 0) ВПРУ 3 с программируемой частью ПЧ 4. Каждое из n ВПРУ 3 подключено к БКИО 9 и фактически является специализированным цифровым вычислительно-преобразующим устройством (см. [2]), обеспечивающим решение задач:
- преобразования и распределения телевизионных сигналов от различных датчиков и устройств с телевизионными входами и выходами;
- формирования и распределения селективных напряжений питания;
- формирования, преобразования и распределения различных интерфейсов в том числе локальных каналов обмена;
- взаимодействия со средствами активного и пассивного противодействия.
В каждом из n ВПРУ 3 с программируемой частью ПЧ 4 системные и функциональные программно-алгоритмические средства взаимодействуют в соответствии с внутренней магистралью вычислительно-логического обмена, являющейся частью МВЛО 10.
В составе системы может быть r (r 0) ЭНЗУ 5, подключенных к БКИО 9. Каждое r ЭНЗУ 5 ([1], стр.548) является банком данных или программ, обеспечивающим долговременное хранение данных по навигации, средствам активного и пассивного противодействия, множеству маршрутов полетов, параметров физических полей Земли и звездного неба, состояния летательного аппарата, координат и характеристик целей и ориентиров, картографической информации, полетных заданий, резервных программ. ПЧ 6 каждого из r ЭНЗУ 5 включает системные и функциональные программно-алгоритмические средства, взаимодействующие в соответствии с внутренней магистралью вычислительно-логического обмена, являющейся частью МВЛО 10.
В составе системы ([1], стр.549) может быть s (s 0) ИИУУ7, подключенных к БКИО 9, в том числе информационные устройства локации пространства, параметров состояния летательного аппарата, его оборудования и окружающей воздушной среды, навигации и пилотирования, индикационные приборы, многофункциональные и индикаторы, пульты-индикаторы, пульты управления и манипуляторы.
ПЧ 8 каждого из s ИИУУ 7 содержит системные и функциональные программно-алгоритмические средства, взаимодействующие в соответствии с внутренней магистралью вычислительно-логического обмена, являющейся частью МВЛО 10.
В итоге m БЦВМ 1, n ВПРУ 3, r ЭНЗУ 5, s ИИУУ 7, взаимосвязанные по БКИО 9, функционируют во взаимодействии в соответствии с логикой программируемых частей ПЧ 2, ПЧ 4, ПЧ 6, ПЧ 8, системные и функциональные программно-алгоритмические средства которых взаимодействуют в соответствии с МВЛО 10.
В процессе полета могут иметь место ситуации:
- в маршрутном полете часть БЦВМ 1, ВПРУ 3 решают задачи навигации, управления и обзора окружающего пространства, а часть БЦВМ 1, решающих задачи применения средств противодействия, целеуказания, функционируют в холостом режиме ожидания без использования их аппаратного и программно-алгоритмического потенциала;
- при отказах или сбоях в одной из m БЦВМ 1 или в одном из n ВПРУ 3 при отсутствии резервирования система становится неработоспосбной, что ведет к срыву полетного задания и к критическим последствиям;
- в сложных ситуациях ведения групповых действий с одновременной атакой наземной цели и противодействия воздушным целям возможен выход системы на предельные возможности производительности, что может привести к временным задержкам, непредвиденным информационным неопределенностям и кратковременным сбоям.
Дополнительно введенный программно-алгоритмический модуль КВСПАС 11 во взаимосвязи через МВЛО 10 с системными программно-алгоритмическими средствами ПЧ 2, ПЧ4, ПЧ 6, ПЧ 8 обеспечивает координацию взаимодействия этих средств по программно-алгоритмическим сегментам (компонентам):
- начальный тест, инициализация МВЛО 10, ПЧ 2, ГТЧ 4, ПЧ 6, ПЧ 8;
- организация и ведение службы единого реального времени;
- функции синхронизации БЦВМ 1, ВПРУ 3, ЭНЗУ 5, ИИУУ 7 по БКИО 9 и ПЧ 2, ПЧ 4, ПЧ 6, ПЧ 8 в соответствии с МВЛО 10;
- функции приоритетного (очередь и порядок) управления решаемыми задачами (в том числе в ПАМ КВФПАС 12) в реальном времени;
- функции синхронизации информационных потоков в реальном времени и по фактам выдачи данных от информационных датчиков и приема данных в индикационно-управляющие устройства;
- функции автономного и тестового контроля, взаимодействия по БКИО 9 в соответствии с МВЛО 10 с аппаратными и программно-алгоритмическими средствами рабочего места программиста (удаленный «отладчик»), оператора ввода программ, контрольно-проверочной аппаратурой и аппаратурой (бортовой и наземной) записи и хранения параметров состояния аппаратуры и агрегатов летательного аппарата, параметров движения и окружающего пространства;
- отслеживание и экспертная оценка событий (отказы, сбои, нарушения прав доступа) в аппаратных и программно-алгоритмических средствах БЦВМ 1, ВПРУ 3, ЭНЗУ 5, ИИУУ 7 и внешней (не входящей в состав системы) аппаратуре, подключенной к БКИО 9;
- установление приоритетов функционирования и принятие решений по реконфигурации аппаратных и программно-алгоритмических средств возможно с оперативным перепрограммированием программируемых частей блоков ПЧ 2, ПЧ 4, ПЧ 6, ПЧ 8 и МВЛО 10.
Дополнительно введенный программно-алгоритмический модуль КВФПАС 12 во взаимодействии с ПАМ КВСПАС 11 в соответствии с МВЛО 10 обеспечивает распределение и решение функциональных задач БЦВМ 1, ВПРУ 3, ЭНЗУ 5, ИИУУ 7 в зависимости от состава и произошедших внутренних и внешних событий (сбои, отказы, трансформации аппаратных и программно-алгоритмических средств).
Программно-алгоритмические модули КВСПАС 11 и КВФПАС 12 таким образом во взаимодействии с программно-алгоритмическими средствами ГГЧ 2, ПЧ 4, ПЧ 6, ПЧ 8 в соответствии с МВЛО 10 в реальной закрытой архитектуре бортовой цифровой вычислительно-управляющей системы посредством формирования единого трансляционного, информационного, индикационного, вычислительно-преобразующего, событийного пространства состояний системы реализуют концепцию открытой архитектуры и интеграции, обеспечивая выполнение задач бортовой цифровой вычислительно-управляющей системы в условиях априорных трансформаций и возникновении непредвиденных ситуаций, что существенно увеличивает функциональные возможности системы в части оптимального использования ее ресурсов.
Программно-алгоритмические модули КВСПАС 11 и КВФПАС 12 вводятся, например, с носителя типа флэш-карта или с удаленного «отладчика» через БКИО 9 в соответствии с МВЛО 10 в одно или несколько из r ПЧ 6 с последующей трансляцией в ПЧ 2, ПЧ 4, ПЧ 8 или непосредственно в их устройства долговременной памяти. При этом взаимодействие КВСПАС 11 и КВФПАС 12 с системными и функциональными программно-алгоритмическими средствами в программируемых частях блоков системы осуществляется в соответствии с внутренними магистралями вычислительно-логического обмена. Возможна реализация КВПАС 11 в составе системных и КВФПАС 12 в составе функциональных программно-алгоритмических средств программируемых частей блоков системы ПЧ 2, ПЧ 4, ПЧ 6, ПЧ 8.
Область использования предлагаемого технического решения:
- каждый из m, n, r, s блоков системы;
различные конфигурации системы в зависимости от сочетаний m 0, n 0, r 0, s 0, реализующих комплексы бортового прицельно-навигационного и пилотажного оборудования, прицельные, навигационные, индикационно-управляющие системы и приборы.
Класс B64D45/00 Индикаторные и защитные устройства летательных аппаратов, не отнесенные к другим рубрикам
Класс B64C13/00 Системы управления и передачи для приведения в действие поверхностей управления, предкрылков и закрылков, тормозных щитков или интерцепторов