CN105389441A - 1553b网络中指定位置的反射电压的获取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法，通过时域分析方法(如行波法)或者频域分析方法(如S域解法)对负载端的入射电压和反射电压进行分析处理，并进行模拟仿真处理；最后根据模拟仿真的处理结果对波形质量进行验证，其能够较好的模拟传输线在时域下的损耗作用，精确的仿真待验证的目标总线拓扑结构。

Description

1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法及装置

技术领域

本发明涉及总线验证领域，具体而言，涉及1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法及装置。

背景技术

1553b总线，是美国军方专为飞机上设备制定的一种信息传输总线标准，其由于实时性好、具有合理的差错控制措施和特有的方式命令以及总线效率高等特点而被广泛应用在军事领域；目前，1553B总线常用于导弹武器的控制系统中，用以为上述控制系统中的总线控制器和所有有关的远程终端之间提供消息通路。

其中，上述导弹武器控制系统具有实时性高、一次性使用且工作时间不长、可靠性要求高以及在飞行过程中需要级间分离操作等特点，而将1553B总线用于上述控制系统就需要设计合理的总线系统网络结构，用以保证导弹武器控制系统的上述特点。而为了保证根据1553B总线所构成的总线系统网络的优异性能，需要对网络结构和电缆布局进行仿真，用以保证总线系统网络的可行性和可靠性。

相关技术中，有采用时域法或频域法对反射电压进行求解，但单纯的使用这两种方法进行求解，所获得的结果精度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法及装置。

第一方面，本发明实施例提供了一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法，包括：

对目标网络按照行波法进行建模，以获取第一电压模型，目标网络包含有1553B总线网络结构中的主总线电缆、耦合变压器、短截线、终止器、终端和连接器，主总线电缆用于连接网络的各个部件，耦合变压器和短截线用于耦合终端与主总线电缆，终止器连接于总线两端；

将预先获取的传输线长度数值和入射电压数值带入第一电压模型，以确定距离为传输线长度的位置的目标反射电压数值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，对目标网络按照行波法进行建模，以获取第一电压模型包括：

按照如下边界条件对数学模型进行约束，并建立待优化压模型u(l,t)＝i(l,t)*R₂+u_c(t)

$u_c\left(t\right)=\frac{1}{C_2}{\∫}_0^{t}i(l,t)dt+u_c\left(0_{-}\right)=\frac{1}{C_2}{\∫}_0^{t}i(l,t)dt,$ 其中，电流电压的预设关系为 $\left\{\begin{array}{c}{i}^{+}(l,t)=\frac{u^{+}(l,t)}{Z_c}\\ i^{-}(l,t)=\frac{u^{-}(l,t)}{Z_c}\end{array}\right.;$ 其中，u₊(l,t)为入射电压，u_-(l,t)为反射电压；

对待优化模型进行离散化处理，以获取第一电压模型。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，对待优化模型进行离散化处理，以获取第一电压模型包括：

对待优化模型 $(1+\frac{R_2}{Z_c})u^{-}(l,t)+\frac{1}{C_2}{\∫}_0^t\frac{u^{-}(l,t)}{Z_c}=(\frac{R_2}{Z_c}-1)u^{+}(l,t)+\frac{1}{C_2}{\∫}_0^t\frac{u^{+}(l,t)}{Z_c}$ 进行离散化处理，以获取第一电压模型 $(1+\frac{R_2}{Z_c})u^{-}(l,n\mathrm{\Δ}t)+\frac{1}{C_2}\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}\frac{u^{-}(l,i\mathrm{\Δ}t)}{Z_c}\mathrm{\Δ}t=(\frac{R_2}{Z_c}-1)u^{+}(l,n\mathrm{\Δ}t)+\frac{1}{C_2}\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}\frac{u^{+}(l,i\mathrm{\Δ}t)}{Z_c}\mathrm{\Δ}t.$

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，对目标网络按照行波法进行建模，以获取第一电压模型包括：

按照如下等效条件对数学模型进行约束，建立待优化第一电压模型，总线电缆与短截线均等效为均匀传输线；

终端等效为以下三者中的一个：纯阻抗负载，阻抗与电容组合负载，或者阻抗与电感组合负载；

隔离电阻R＝0.75Zc；终止器电阻R＝Zc。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，将预先获取的传输线长度数值和入射电压数值带入第一电压模型，以确定距离为传输线长度的位置的目标反射电压数值包括：

将预先获取的传输线长度数值和入射电压数值带入第一电压模型，以确定待优化反射电压；

按照以下三点约束，对待优化反射电压进行优化，以确定目标反射电压数值；约束一，累加入射电压与反射电压与负载端的影响；约束二，迭代计算反射电压作为新的入射电压对始端的电压影响；约束三，迭代计算入射电压与反射电压叠加形成的透射电压作为新的入射电压对后级的影响。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括：

对目标网络按照S域分析法进行建模，以确定第二电压模型；

使用第二电压模型，求取距离为传输线长度的位置的参考反射电压数值；

使用参考反射电压数值对目标反射电压数值进行校正。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，对目标网络按照S域分析法进行建模，以确定第二电压模型包括：

将目标网络等效为多个相互级联的子网络，子网络包括通过电缆串联在同一个回路中的源端内阻、负载端内阻和发送端；

对子网络进行建模，并将建模得到的模型按照相互级联的方式进行合并，以获取第二电压模型。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，若主电缆上两相邻耦合点之间的反射中，反射系数(N₁(s)与N₂(s))都是实数，则使用第二电压模型，求取距离为传输线长度的位置的参考反射电压数值包括：

使用以下差分方程求取参考反射电压数值， $U(l,t)-N1N2e^{-real\left(\mathrm{\γ}\right)2l}U(l,t-2\mathrm{\τ})=\frac{Z_c}{Z1+Zc}\[1+N2\]e^{-real\left(\mathrm{\γ}\right)l}E(t-\mathrm{\τ}).$

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，若主电缆上两相邻耦合点之间的反射中，反射系数N1(s)＝0,N2(s)＝N2，则使用第二电压模型，求取距离为传输线长度的位置的参考反射电压数值包括：

使用以下差分方程求取参考反射电压数值，其中，。

第二方面，本发明实施例还提供了一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取装置，包括：

建模模块，用于对目标网络按照行波法进行建模，以获取第一电压模型，目标网络包含有1553B总线网络结构中的主总线电缆、耦合变压器、短截线、终止器、终端和连接器，主总线电缆用于连接网络的各个部件，耦合变压器和短截线用于耦合终端与主总线电缆，终止器连接于总线两端；

计算模块，用于将预先获取的传输线长度数值和入射电压数值带入第一电压模型，以确定距离为传输线长度的位置的目标反射电压数值。

本发明实施例提供的一种1553B总线网络结构的验证方法，通过采用行波法来建立用来获取反射电压的第一电压模型，并进一步使用该第一电压模型来求取指定位置的反射电压，进而在不需要使用实物验证的情况下，相较于现有技术中的方案能，够更为准确的获取到指定位置的反射电压，进而能够依据入射电压和反射电压，更为准确的对1553B总线网络结构的波形质量进行验证，提高了验证精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法的基本流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的1553B总线网络结构的示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的1553B总线网络结构的简化后得到单总线网络电路框图；

图4示出了本发明实施例所提供的1553B总线网络结构的经典传输线理论中传输线路示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中行波法的基本示意图；

图6示出了本发明实施例所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中信号传播示意图；

图7示出了本发明实施例所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中运用行波法建模1553B总线响应过程的示意图；

图8示出了本发明实施例所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中针对运用行波法建模所对应的仿真结果示意图；

图9示出了本发明实施例所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中一段无限短传输线的对称T形等效示意图；

图10示出了本发明实施例所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中一段1553B总线，包含有L1,L2,L3三段传输线的示意图；

图11示出了本发明实施例所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中S域解法的电路示意图；

图12示出了本发明实施例所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中S域解法建模时，将一对耦合点之间的网络进行等效的示意图；

图13示出了本发明实施例所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中S域解法建模候，带有终端的电路网络示意图；

图14示出了本发明实施例所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中主电缆到终端之间的反射的示意图；

图15-18分别示出了本发明实施例所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中不同情况的总线网络等效示意图；

图19示出了本发明实施例所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中，真毒时域和频域仿真算法的比较的仿真网络结构示意图；

图20和21分别示出了本发明实施例所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中，不同接收端的电压波形示意图；

图22示出了本发明实施例所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中，网络挂载3个终端，T1为发送端，其余为接收端的示意图；

图23分别示出了本发明实施例所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中，PSPICE的仿真电路图；

图24-26分别示出了本发明实施例所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中，时域、频域和PSPICE的仿真结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

相关技术中，存在有两种计算指定位置的电压的方法，这两种方法分别是行波法和复频域法，下面分别对这两种方法进行简介：

时域法的模拟在概念上很容易理解，GJB/Z209-2002中就采用了时域法对波形质量进行了分析。传输线相互连接形成网络。在短截线处，反射系数由短截线长度和短截线耦合特性决定。将一个代表传输波形的时域信号输入到一路短截线，再在其他短截线上监控输出波形。程序自动处理短截线的反射及它们的延时，任何短截线的输出波形都将被直接评估出来。这种方法的主要缺点就是很难模拟传输线在时域下的损耗作用。

复频域法的优点是可以通过计算直接得到任意点电压的解析表达式，缺点是通常的复频域法都是在对时域的简化后进行的，也就是在忽略了传输线的损耗的情况下进行的。如果不进行简化，则很难对复频域下的方程进行求解，即很难得出方程的时域解。

有鉴于此，本发明提供了一种能够更为准确的求取任一点电压的方法。该方法包含有两个方面，第一个方式是按照行波法进行建模，并适应性的求取指定位置的电压；第二个方面是按照S域分析法再次求取指定位置的电压，并将这两次求得的电压进行校验。后续具体说明求取的过程。

具体的，指定位置的反射电压简化获取步骤如图1所示，包括：

S101，对目标网络按照行波法进行建模，以获取第一电压模型，目标网络包含有1553B总线网络结构中的主总线电缆、耦合变压器、短截线、终止器、终端和连接器，主总线电缆用于连接网络的各个部件，耦合变压器和短截线用于耦合终端与主总线电缆，终止器连接于总线两端；

S102，将预先获取的传输线长度数值和入射电压数值带入第一电压模型，以确定距离为传输线长度的位置的目标反射电压数值。

首先针对1553B总线网络结构的建模进行简要说明，对1553B总线网络按单总线网络进行建模，并分析了六个核心部件(主电缆，短截线，耦合变压器，隔离/端接电阻，终端，连接器)的必要参数。

1553B总线用于导弹武器控制系统，为总线控制器和所有有关的远程终端之间提供消息通路。导弹武器控制系统具有实时性高、一次性使用且工作时间不长、可靠性要求高以及在飞行过程中需要级间分离操作等特点。1553B总线在弹上控制系统需要设计合理的总线系统网络结构。而通过实物验证网络结构和电缆布局对总线网络性能的影响，周期长，费用高。需要一款仿真软件能够直观、准确仿真不同总线拓扑结构和电缆布局对网络性能的影响，为1553B总线网络优化设计提供参考。而使用仿真软件建立物理模型的基础便是需要先建立数学模型，以使仿真软件能够正常运转。

如图2所示，目标总线系统(1553B总线网络系统)是一个多路传输数据总线系统，通常由主总线、短截线、耦合变压器、终止器和终端，连接器组成。下面把总线系统结构的6个核心部件分成四类来说明其参数：

1，主总线：

也就是1553B总线电缆，用于连接网络的各个部件(短截线，端接电阻，耦合变压器)。其全部参数为：单位长度线段上的电阻R0，电感L0，电导G0，电容C0，(特征阻抗Z0，由上述四者计算得到)、长度L。

2变压器耦合短截线：

包括短截线电缆和耦合变压器，隔离电阻，用于耦合终端与主电缆。

①短截线电缆的参数与主电缆一致。

②耦合变压器为理想变压器，参数为：匝数比N＝1：1.41。

③隔离电阻，参数为：阻值R＝0.75*电缆特征阻抗Zc。

3终止器：

连接于总线两端。参数为:R＝Zc。

4终端：

包括总线控制器、总线监控器和远程终端。

①从电路分析的角度来看，三者没有本质差别。终端可简化成以下三种情况之一：纯电阻网络，电阻与电容的组合网络，电阻与电感的组合网络。或者可根据用户要求等效为更复杂的网络，不过这几种网络已经可以满足国军标的测试要求。

②终端既可以接受也可以发送信号，因此它的参数为：身份(发送器/接受器)，输入阻抗Zin，输出阻抗Zout。

1553B总线网络可简化为单总线网络。余度总线网络之间隔离在45db以上，则只要研究单总线网络即可，1553B总线网络因此可简化得到单总线网络，电路框图如图3所示。

关于目标总线网络的问题：

1，分析对象是一个传输线总线网络(1553B总线网络)。当有信号在网络里传输时，求网络上任意点的信号模型。

2，1553B总线网络的6个主要部件(主总线电缆，短截线，耦合变压器，终止器，终端，连接器)可以按照各自的电路参数来描述。

3，由于分析对象是一个传输线网络，可以从经典传输线理论入手。

下面，对经典传输线理论进行简介。

1，经典传输线理论模型，如图4所示，均匀传输线的微分方程组如下公式1：

$\left\{\begin{array}{c}-\frac{\∂u(x,t)}{\∂x}=R_{0}i(x,t)+L_0\frac{\∂i(x,t)}{\∂t}\\ -\frac{\∂i(x,t)}{\∂x}=G_{0}u(x,t)+C_0\frac{\∂u(x,t)}{\∂t}\end{array}\right.$ 公式1；

2，解此模型的方程可计算传输线上任意点的电压，电流波形。

3，传输线分析方法有时域解法和复频域解法。比如时域行波法，频域拉普拉斯变换法等。

图4中，经典传输线理论里主要分析的是阻抗不匹配点的反射和透射，于是问题转化成总线网络的反射透射问题。如果实际阻抗值正好等于电缆的特性阻抗，这时电缆就可以看作是无限长，故没有反射发生；如果阻抗值不等于电缆的特性阻抗，我们称之为“阻抗不均匀”，此时会发生反射现象。当实际阻抗值小于特性阻抗时，发生负反射；相反，实际阻抗大于特性阻抗时，发生正反射。

下面对本申请所提供的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法中的具体算法进行说明：

第一种方法：传输线的时域解法——行波法。

时域行波法多次反射示例，如图5所示。

1，在负载端，电压总是入射电压u₊(l,t)+反射电压u_-(l,t)

2，要得到行波解，需要边界条件：

u(l,t)＝i(l,t)*R₂+u_c(t)

$u_c\left(t\right)=\frac{1}{C_2}{\∫}_0^{t}i(l,t)dt+u_c\left(0_{-}\right)=\frac{1}{C_2}{\∫}_0^{t}i(l,t)dt$ 公式2；

3，电压与电流的关系(满足欧姆定律)

$\left\{\begin{array}{c}{i}^{+}(l,t)=\frac{u^{+}(l,t)}{Z_c}\\ i^{-}(l,t)=\frac{u^{-}(l,t)}{Z_c}\end{array}\right.$ 公式3

将上述关于电压电流关系的公式3代入公式2中，可得入射电压和反射电压的关系：

$(1+\frac{R_2}{Z_c})u^{-}(l,t)+\frac{1}{C_2}{\∫}_0^t\frac{u^{-}(l,t)}{Z_c}=(\frac{R_2}{Z_c}-1)u^{+}(l,t)+\frac{1}{C_2}{\∫}_0^t\frac{u^{+}(l,t)}{Z_c}$ 公式4；

在本专利虽提供的方法中，需要进行时间离散化(下面是离散化后的方程，即公式5)。

$(1+\frac{R_2}{Z_c})u^{-}(l,n\mathrm{\Δ}t)+\frac{1}{C_2}\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}\frac{u^{-}(l,i\mathrm{\Δ}t)}{Z_c}\mathrm{\Δ}t=(\frac{R_2}{Z_c}-1)u^{+}(l,n\mathrm{\Δ}t)+\frac{1}{C_2}\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}\frac{u^{+}(l,i\mathrm{\Δ}t)}{Z_c}\mathrm{\Δ}t$ 公式5；

已知距离l处的u⁺(l,t)易得入射电压u⁺(l,nΔt)，于是可以求得在l处的反射电压u^-(l,nΔt)，l为传输线长度，求得电压为负载端电压。同理可以对负载端是纯阻抗及包含电感的情形做类似推导，以得出相应的计算公式。

下面对行波法的要点进行说明：

1，行波在阻抗不均匀点发生反射，不均匀点总电压电流满足电路边界条件，即公式2。

2，线上电压是入射电压和反射电压之和。

3，线上电流是入射电流和反射电流之差。

4，入射电压、入射电流、波阻抗以及反射电压、反射电流、波阻抗三者都满足欧姆定律。

5，1553B总线终端可以等效为以下三者之一：纯阻抗负载，阻抗与电容组合负载，或者阻抗与电感组合负载。

6，总线电缆与短截线都可以等效为均匀传输线。

7，变压器为匝数比为N＝1：1.41的理想变压器。

8，隔离电阻R＝0.75Zc；终止器电阻R＝Zc。

1553B总线上的信号的传播过程，如图6所示。

求得上述反射电压u^-(l,nΔt)后，需要做以下三件事情:

1.存储(累加)入射波与反射波对负载端(阻抗不均匀点)的影响；

2.继续迭代计算反射波作为新的入射波对始端的电压影响；

3.继续迭代计算入射波与反射波叠加形成的透射电压作为新的入射波对后级的影响。

运用行波法建模1553B总线响应过程如图7所示，对应的仿真结果如图8所示。

波形沿短截线从主总线到终端连续传播，这就提供了比特性阻抗大的多的阻抗，从而导致了在短截线末端产生正反射(其值接近+1)。反射信号沿着短截线朝总线方向传播，并按照从短截线接点看进去的CT(传输系数)值与总线电压叠加。在短截线的瞬态变化之后，总线波形仅受到终端阻抗值的影响。假定终端阻抗高于规定的最小值，在短截线末端引起的正反射几乎能够抵消掉由于跨接在主总线上的短截线引起的负反射。信号源发送的信号看作一个向前推进的波，波在阻抗连续的地方向前传播，后一点得到的信号是前一点的延时和衰减，遇到阻抗不连续的点，波要发生反射，发射波作为新的“波源”向相反方向发送，同时与原来的入射波叠加形成阻抗不连续点的波形，叠加的信号又作为新的“波源”向着原入射波的方向继续传播，如此以致稳定

另两种方法，统称为传输线的频域分析方法。

在调研过程中尝试分别用频域a参量解法以及s域分析方法来解决问题，最后发现前者的求解过程运算过于复杂，后者的可行性较高，于是最终选择了s域分析方法来建模。

第二种方法，传输线频域分析方法——a参量解法。

一段无限短传输线可以由图9所示的对称T形进行等效。由等效电路得这段传输线的a参量计算函数式为：

$\[a_{i,j}\]=\left[\begin{array}{cc}1+\frac{1}{2}LC{\left(s\mathrm{\Δ}x\right)}^2& L\left(s\mathrm{\Δ}x\right)\\ C\left(s\mathrm{\Δ}x\right)& 1+\frac{1}{2}LC{\left(s\mathrm{\Δ}x\right)}^2\end{array}\right]$ 公式6；

如果把某一段传输线看成一个二端口网络，则输出端与输入端的关系为：

$\left[\begin{array}{c}{V}_1\left(s\right)\\ I_1\left(s\right)\end{array}\right]=A\·\left[\begin{array}{c}{V}_0\left(s\right)\\ I_0\left(s\right)\end{array}\right]$ 公式7；

一段长度为L的传输线的a参量为上述a参量在距离上的积分，即

$\[a_{i,j}\]=\left[\begin{array}{cc}ch\left(\mathrm{\γ}s\underset{0}{\overset{x}{\∫}}d\mathrm{\τ}\right)& Z_{c}sh\left(\mathrm{\γ}s\underset{0}{\overset{x}{\∫}}d\mathrm{\τ}\right)\\ \frac{1}{Z_c}sh\left(\mathrm{\γ}s\underset{0}{\overset{x}{\∫}}d\mathrm{\τ}\right)& ch\left(\mathrm{\γ}s\underset{0}{\overset{x}{\∫}}d\mathrm{\τ}\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}ch\mathrm{\γ}sx& Z_{c}sh\mathrm{\γ}sx\\ \frac{1}{Z_c}sh\mathrm{\γ}sx& ch\mathrm{\γ}sx\end{array}\right]$ 公式8；

1553B总线网络与经典传输线的不同之处在于：在每个耦合点处，1553B总线网络会连接着两段传输线，如图10所示的传输线L1、传输线L2和传输线L3。图10是一段1553B总线，其中包含L1,L2,L3三段传输线。L1是上一终端的耦合变压器与当前终端耦合变压器连接的总线；L2是连接终端的短截线，由于参数与总线相同，在这里可以当成总线分析；L3是这一终端的耦合变压器与最后的端接电阻的连接总线。

1553B网络结构中，如图10所示，已知左边的传递电压信号V₁(s)，求图中终端接收到的信号V_T(s).

首先，阐述下1553B总线网络各个部件的a参量。

主电缆与短截线：

$\[a_{i,j}\]=\left[\begin{array}{cc}ch\mathrm{\γ}sx& Z_{c}sh\mathrm{\γ}sx\\ \frac{1}{Z_c}sh\mathrm{\γ}sx& ch\mathrm{\γ}sx\end{array}\right]$ 公式9；

耦合变压器：

$\[a_{i,j}\]=\left[\begin{array}{cc}\±\frac{1}{n}& 0\\ 0& \±n\end{array}\right]$ 公式10；

隔离电阻：

$\[a_{i,j}\]=\left[\begin{array}{cc}1& 2R\\ 0& 1\end{array}\right]$ 公式11

首先求得图中V1点和V2点的关系：

$\left[\begin{array}{c}{V}_1\left(s\right)\\ I_1\left(s\right)\end{array}\right]=A\·\left[\begin{array}{c}{V}_2\left(s\right)\\ I_2\left(s\right)\end{array}\right]$ 公式12

并根据耦合点电压是相等的，而电流上分流的关系，得到：

V₂(s)＝V′₂(s)＝V″₂(s),公式13；-I₂(s)＝I′₂(s)+I″₂(s)公式14；

其它隔离电阻和耦合变压器的两端的电压电流也按照上述步骤列式，最后可以得到：

$\left[\begin{array}{c}{V}_1\left(s\right)\\ I_1\left(s\right)\end{array}\right]=B\·\left[\begin{array}{c}{V}_T\left(s\right)\\ R_{in}\left(s\right)\end{array}\right]$ 公式15；

其中B是由多个a矩阵相乘得到的矩阵，其展开以后的表达式比较复杂，换算到时域就更为麻烦。所以这种解法的可行性不大。

第三种方法，传输线频域分析方法——S域解法：

如图11所示的传输线电路传输线的s域模型为：

$\left\{\begin{array}{c}U(x,s)=U^{+}\left(s\right)e^{-\mathrm{\γ}x}+U^{-}\left(s\right)e^{\mathrm{\γ}x}\\ I(x,s)=\frac{U^{+}\left(s\right)}{Z_c}{e}^{-\mathrm{\γ}x}-\frac{U^{-}\left(s\right)}{Z_c}{e}^{\mathrm{\γ}x}\end{array}\right.$ 公式16；

对应的电路满足边界条件为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_1\left(s\right)=U(x,s){|}_{x=0}=E\left(s\right)-I_1\left(s\right)Z_1\left(s\right),I_1\left(s\right)=I(x,s){|}_{x=0}\\ U_2\left(s\right)=U(x,s){|}_{x=l}=I_2\left(s\right)Z_2\left(s\right),I_2\left(s\right)=I(x,s){|}_{x=l}\end{array}\right.$ 公式17，其中,

Z₁(s)是源端内阻，Z₂(s)是负载端内阻，Z_c是电缆的特征阻抗联立上述公式16和17可以解得：

$\left\{\begin{array}{c}U(x,s)=\frac{E\left(s\right)Z_c\[e^{-\mathrm{\γ}x}+N_2\left(s\right)e^{-\mathrm{\γ}(2l-x)}\]}{\[Z_1\left(s\right)+Z_c\]\[1-N_1\left(s\right)N_2\left(s\right)e^{-\mathrm{\γ}2l\]}}\\ I(x,s)=\frac{E\left(s\right)\[e^{-\mathrm{\γ}x}-N_2\left(s\right)e^{-\mathrm{\γ}(2l-x)}\]}{\[Z_1\left(s\right)+Z_c\]\[1-N_1\left(s\right)N_2\left(s\right)e^{-\mathrm{\γ}2l\]}}\end{array}\right.$ 公式18；

公式18是这是无损耗均匀传输线上电压电流的S域解。其中，Z₁(s)是源端反射系数，N₂(s)是负载端反射系数。Z_c是传输线的特征阻抗。

S域解法针对用1553B总线网络的求解公式按照如下方式获得：

对于1553B总线网络的分析主要是对耦合处反射，透射情况的分析。用S域解法建模的要点是将一对耦合点之间的网络等效成图12的网络，于是整个网络就相当于若干个这样的网络级联。图中，Z₁(s)是源端内阻，Z₂(s)是负载端内阻，Z_c是电缆的特征阻抗。

1553B网络中耦合点有三种情况，分别是：

1，主电缆上两相邻耦合点之间的反射。反射系数(N₁(s)与N₂(s))及Zs(s)都是实数N1(s)＝N1；N2(s)＝N2；

2，主电缆到终端之间的反射，反射系数N1(s)＝0,N2(s)＝N2；

3，终端到主电缆之间的反射，反射系数N2(s)＝0,N1(s)＝N1；

下面详细分析这三种耦合点的反射情况以及对应的S域方程：

1，针对第一种情况，即主电缆上两相邻耦合点之间的反射。反射系数(N₁(s)与N₂(s))都是实数。

如图13所示，对应s域反射方程与边界条件为：

N₁(s)＝N1,N₂(s)＝N2公式19；

$\[1-N1N2e^{-\mathrm{\γ}2l}\]U(l,s)=\frac{Z_c}{Z1+Zc}\[1+N2\]e^{-\mathrm{\γ}l}E\left(s\right)$ 公式20；

对应的时域差分方程是：

$U(l,t)-N1N2e^{-real\left(\mathrm{\γ}\right)2l}U(l,t-2\mathrm{\τ})=\frac{Z_c}{Z1+Zc}\[1+N2\]e^{-real\left(\mathrm{\γ}\right)l}E(t-\mathrm{\τ})$ 公式21；

2，针对第二种情况，如图14所示，主电缆到终端之间的反射，反射系数N1(s)＝0,N2(s)＝N2。

对应s域反射方程与边界条件为：

$U(x,s)=\frac{E\left(s\right)Z_c}{\[Z_1+Z_c\]}\[e^{-\mathrm{\γ}x}+N_2\left(s\right)e^{-\mathrm{\γ}(2l-x)}\]$ 公式22；

$U(l,s)=U(x,s){|}_{x=l,Z1=Z_c}=\frac{E\left(s\right)}{2}{e}^{-\mathrm{\γ}x}\[1+N_2\left(s\right)\]$ 公式23；

对应的时域方程为：

公式24；

3，针对第三种情况，终端到主电缆之间的反射，反射系数N2(s)＝0,这种情况只有在发射端会出现，处理办法类似针对第二种情况的处理方法，在此不过多赘述。

下面，对传输线频域分析方法——S域解法，进行算法简介：

整个网络的等效图可以如图15所示。图中，Es代表此处为发送端。

1，从发送端开始，取发送端(源端)及其下一终端(负载端)建模(如图16圈出的方框内所示的部分)，根据上述方程组求得源端和负载端电压。(此时忽略后级影响)。

2，存储源端和负载端的电压增量。

3，继续迭代计算源端电压中由于多次反射引起的变化电压U'₀(s)(总电压-初始入射电压)作为初始入射电压对源端“以左”电路的电压造成的影响。(计算对象如,图17方框内所示的部分)。

4，继续迭代计算负载端的总电压U₁(s)作为后一级的初始入射电压对电路造成的影响；(计算对象如图18方框内所示的部分)。

关于第一种方法(行波法)和第三种方法(S域分析法)的正确性测试与验证：

为了验证用于1553B总线电路仿真的行波法和S域分析法的正确性，可以使用以下两种用例进行测试。

第一种方法，时域和频域仿真方法的比较；

第二种方法，上述两种仿真方法与PSPICE仿真软件的仿真结果比较。

针对第一种方法，时域和频域仿真算法的比较：

仿真网络结构如图19所示，图中，T1为发送端，其余为接收端；

源:频率1M，幅度为5V的方波；

电缆从左到右依次的长度(单位m)为:100,139,129,129,129,100；

电缆的四个参数为R0＝60uΩ/m,L0＝0.405uH/m,C0＝68pF/m,G0＝10.2pΩ^-1/m，则Zc＝77Ω；

终端匹配于是其阻抗＝77Ω；

5段短截线的长度都为10m；

五个终端的前四个输入阻抗(Ω)都是1000，T5的等效电容为1nF，且它们输出阻抗都为0；

如图20分别展示了接收端T2,T3的电压波形，左列是频域，右列是时域。

如图21分别展示了接收端T4,T5的电压波形，左列是频域，右列是时域。

由此可见，二者的仿真结果一致。

针对第二种方法，上述两种仿真方法与PSPICE仿真软件的仿真结果比较。

如图22所示，网络挂载3个终端，T1为发送端，其余为接收端；

源:频率1M，幅度为5V的正弦波；

电缆从左到右依次的长度(单位m)为:100,129,129,100；

电缆的四个参数为R0＝60uΩ/m,L0＝0.475uH/m,C0＝80pF/m,G0＝0.375pΩ^-1/m，则Zc＝77Ω；

终端匹配于是其阻抗＝77Ω；

3段短截线的长度都为10m；

三个终端的输入阻抗(Ω)从左到右1000，1000，1000，其输出阻抗都为0；

PSPICE的仿真电路图如图23所示。

与PSPICE仿真软件的仿真结果比较如图24-图26所示。其中，图24是时域，图25是频域，图26是PSPICE。由此可见，结果是一致的。

在此基础上，当使用行波法能够获取到指定位置的反射电压，并且使用S域分析法获取到指定位置的反射电压后，可以使用S域分析法所获取到的反射电压来校正行波法所获取到的反射电压，进而使得最终的校验后的反射电压更为准确。

本发明实施例还提供了一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取装置，包括：

建模模块，用于对目标网络按照行波法进行建模，以获取第一电压模型，目标网络包含有1553B总线网络结构中的主总线电缆、耦合变压器、短截线、终止器、终端和连接器，主总线电缆用于连接网络的各个部件，耦合变压器和短截线用于耦合终端与主总线电缆，终止器连接于总线两端；

计算模块，用于将预先获取的传输线长度数值和入射电压数值带入第一电压模型，以确定距离为传输线长度的位置的目标反射电压数值。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法，其特征在于，包括：

对目标网络按照行波法进行建模，以获取第一电压模型，所述目标网络包含有1553B总线网络结构中的主总线电缆、耦合变压器、短截线、终止器、终端和连接器，所述主总线电缆用于连接网络的各个部件，所述耦合变压器和所述短截线用于耦合终端与主总线电缆，所述终止器连接于总线两端；

将预先获取的传输线长度数值和入射电压数值带入所述第一电压模型，以确定距离为所述传输线长度的位置的目标反射电压数值。

2.根据权利要求1所述的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法，其特征在于，所述对目标网络按照行波法进行建模，以获取所述第一电压模型包括：

按照如下边界条件对数学模型进行约束，并建立待优化压模型u(l,t)＝i(l,t)*R₂+u_c(t)

其中，所述电流电压的预设关系为其中，u₊(l,t)为入射电压，u_-(l,t)为反射电压；

对所述待优化模型进行离散化处理，以获取所述第一电压模型。

3.根据权利要求2所述的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法，其特征在于，所述对所述待优化模型进行离散化处理，以获取所述第一电压模型包括：

对所述待优化模型进行离散化处理，以获取所述第一电压模型

4.根据权利要求1所述的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法，其特征在于，所述对目标网络按照行波法进行建模，以获取所述第一电压模型包括：

按照如下等效条件对数学模型进行约束，建立待优化第一电压模型，总线电缆与短截线均等效为均匀传输线；

所述终端等效为以下三者中的一个：纯阻抗负载，阻抗与电容组合负载，或者阻抗与电感组合负载；

隔离电阻R＝0.75Zc；终止器电阻R＝Zc。

5.根据权利要求3所述的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法，其特征在于，所述将预先获取的传输线长度数值和入射电压数值带入所述第一电压模型，以确定距离为所述传输线长度的位置的目标反射电压数值包括：

将预先获取的传输线长度数值和入射电压数值带入所述第一电压模型，以确定待优化反射电压；

按照以下三点约束，对所述待优化反射电压进行优化，以确定所述目标反射电压数值；约束一，累加入射电压与反射电压与负载端的影响；约束二，迭代计算反射电压作为新的入射电压对始端的电压影响；约束三，迭代计算入射电压与反射电压叠加形成的透射电压作为新的入射电压对后级的影响。

6.根据权利要求1所述的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法，其特征在于，还包括：

对所述目标网络按照S域分析法进行建模，以确定第二电压模型；

使用所述第二电压模型，求取所述距离为所述传输线长度的位置的参考反射电压数值；

使用所述参考反射电压数值对所述目标反射电压数值进行校正。

7.根据权利要求6所述的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法，其特征在于，所述对所述目标网络按照S域分析法进行建模，以确定第二电压模型包括：

将所述目标网络等效为多个相互级联的子网络，所述子网络包括通过电缆串联在同一个回路中的源端内阻、负载端内阻和发送端；

对所述子网络进行建模，并将建模得到的模型按照所述相互级联的方式进行合并，以获取所述第二电压模型。

8.根据权利要求6所述的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法，其特征在于，若主电缆上两相邻耦合点之间的反射中，反射系数(N₁(s)与N₂(s))都是实数，则所述使用所述第二电压模型，求取所述距离为所述传输线长度的位置的参考反射电压数值包括：

使用以下差分方程求取所述参考反射电压数值，其中。

9.根据权利要求6所述的一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取方法，其特征在于，若主电缆上两相邻耦合点之间的反射中，反射系数N1(s)＝0,N2(s)＝N2，则所述使用所述第二电压模型，求取所述距离为所述传输线长度的位置的参考反射电压数值包括：

使用以下差分方程求取所述参考反射电压数值，

10.一种1553B网络中指定位置的反射电压的获取装置，其特征在于，包括：

建模模块，用于对目标网络按照行波法进行建模，以获取第一电压模型，所述目标网络包含有1553B总线网络结构中的主总线电缆、耦合变压器、短截线、终止器、终端和连接器，所述主总线电缆用于连接网络的各个部件，所述耦合变压器和所述短截线用于耦合终端与主总线电缆，所述终止器连接于总线两端；

计算模块，用于将预先获取的传输线长度数值和入射电压数值带入所述第一电压模型，以确定距离为所述传输线长度的位置的目标反射电压数值。