CN110247715A - 一种适用于arinc429总线传输特性的检测系统 - Google Patents

一种适用于arinc429总线传输特性的检测系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110247715A
CN110247715A CN201910561483.5A CN201910561483A CN110247715A CN 110247715 A CN110247715 A CN 110247715A CN 201910561483 A CN201910561483 A CN 201910561483A CN 110247715 A CN110247715 A CN 110247715A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bus
conducting wire
characteristic
arinc429
parameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910561483.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110247715B (zh
Inventor
何锋
项伟
黄倩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Publication of CN110247715A publication Critical patent/CN110247715A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110247715B publication Critical patent/CN110247715B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/309—Measuring or estimating channel quality parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/391—Modelling the propagation channel
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/40267—Bus for use in transportation systems
    • H04L2012/4028—Bus for use in transportation systems the transportation system being an aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种适用于ARINC429总线传输特性的检测系统，其检测系统由总线参数配置单元(10)、RLCG模型构建单元(20)和传输特性实时检测单元(30)构建。本发明检测系统一方面通过ARINC429总线已知的结构参数和材料特性，并结合传输线的RLCG模型，并准确地获得总线的传输特性；另一方面通过实时检测ARINC429总线，能够实时准确地得到各种不同参数下的总线传输特性。

Description

一种适用于ARINC429总线传输特性的检测系统
技术领域
本发明涉及对飞机总线传输特性的检测，更特别地说，是指一种适用于ARINC429总线传输特性的检测系统。
背景技术
航空电子总线是飞机中各航电设备间的数据通信和信息交换的载体，随着航空电子系统(Avionics System)不断向智能化、小型化、综合化和模块化的方向发展，航空电子总线也不断进行相应的升级和改进。早期的航空电子系统中，各个机载电子设备功能独立，拥有各自的安装盒子并单独供电，分别与驾驶员座舱内的专用控制板和仪表板相连，称为分离式航空电子系统。分离式航空电子系统中各个电子设备之间由于相互通信的需要而发展了多种多样的连接手段，逐渐形成了机载电子设备之间的点到点互连网络。分离式航空电子系统中机载电子设备之间的互连没有统一标准，ARINC429总线的出现改善了这种情况。
绝大多数的现役民用飞机如：A310、A300～600、B357、B747、B757、B767，其航空电子设备系统间的信息交换采用的都是ARINC429串行总线标准。由于ARINC429总线单工的工作特点，增加新的设备和新的应用会带来更高的带宽资源要求，就需要更长的传输线来适应航空通信的发展。从而对ARINC429总线系统提出了更高的速率要求，然而为解决信道扩容过程中所遇到的多径、串扰等问题也需要清楚地了解信道特性。可见，实现ARINC429总线系统的灵活设计和运用、完成整个总线系统通信性能的提升，都迫切需要对ARINC429总线系统的信道传输特性进行准确地表征描述。
发明内容
为了解决现有对ARINC429总线系统不能实时进行信道传输特性表征的问题，本发明设计了一种适用于ARINC429总线传输特性的检测系统。该检测系统一方面通过ARINC429屏蔽双绞线已知的结构参数和材料特性，并结合传输线的RLCG模型，并准确地获得屏蔽双绞线的传输特性；另一方面在屏蔽双绞线信道模型下，通过实时检测ARINC429屏蔽双绞线，实时得到各种不同参数下的总线传输特性的变化。在对ARINC429总线实时检测过程中若出现的传输性能(误码率、丢包率等)与实际需求不一致时，能够迅速定位问题，反推ARINC429总线的设计，避免产生不可用的终端节点。
本发明的一种适用于ARINC429总线传输特性的检测系统，其检测系统由总线参数配置单元(10)、RLCG模型构建单元(20)和传输特性实时检测单元(30)构建；
传输特性实时检测单元(30)第一方面用于接收总线参数配置单元(10)输出的总线关联参数F10＝{R,L,C,G}，第二方面用于接收RLCG模型构建单元(20)输出的总线RLCG参数F20，第三方面用于实时接收ARINC429总线的传输特性参数Fin，第四方面实时检测得到ARINC429总线的状态转移函数、频谱特性和衰减特性。
总线参数配置单元(10)输出的总线关联参数F10分别是总线电阻特性关系总线电感特性关系总线电容特性关系和总线电导特性关系G＝εCtanδD＝2πfCtanδD。
RLCG模型构建单元(20)输出的总线RLCG参数
本发明基于传输线的ARINC429总线传输特性计算平台的优点在于：
①本发明仿真系统能设置多个影响航空电子总线传输性能的因素，对传统的计算平台进行了改造，增加了屏蔽双绞线不同尺寸、电气参数和空间分布参数对传输线传输性能的综合影响。
②本发明改进的RLCG模型及其传输特性的计算，与传统通过实测的方法来得到屏蔽双绞线的传输特性相比，数据源是屏蔽双绞线固有的材料参数，避免了烦琐的测量以及由此引入的测量误差。
③本发明通过总线关联参数F10＝{R,L,C,G}所表示的ARINC429总线的传输特性，能够预测在待传输信号已知时屏蔽双绞线信道传输的可靠性，预测屏蔽双绞线上任意节点之间的信号畸变程度，并据此指导整个ARINC429高速数据系统的设计，避免产生不可用的终端节点，从而提高整个系统的性能。
④本发明仿真系统能图形化显示总线电气特性变化对总线传输性能的影响，操作方便直观，当发现ARINC429总线的传输性能(误码率、丢包率等)与实际需求不一致时，可以迅速定位问题，反推ARINC429总线的设计。
⑤本发明通过对几种基本总线的建模分析，到特殊的机载总线，能够更加反应影响总线性能的真实因素。
附图说明
图1是本发明适用于ARINC429总线传输特性的检测系统的结构框图。
图2是屏蔽双绞线的结构图。
图2A是屏蔽双绞线的剖面结构图。
图3是本发明适用于ARINC429总线传输特性的检测系统的实时检测流程图。
图4是本发明适用于ARINC429总线传输特性的检测系统的界面图。的导体电阻与导线直径的关系图。
图5是采集本发明适用于ARINC429总线传输特性的检测系统进行实时检测时的界面图。
图6是实时检测到的电阻变化对误码率的特征曲线图。
图7是实时检测到的电感变化对误码率的特征曲线图。
图8是实时检测到的电容变化对误码率的特征曲线图。
图9是实时检测到的频率与ARINC429总线电阻的特征曲线图。
图10是实时检测到的频率与ARINC429总线电感的特征曲线图。
1.护套 2.屏蔽层 3.第一根铜导线
4.第二根铜导线 5.填充物 6.绝缘套
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
随着航空电子系统不断向智能化、小型化、综合化和模块化的方向发展，ARINC429总线作为其关键支撑技术，也不断进行着相应的升级和改进。由于机载电子设备越来越多，电子系统的交联也越来越复杂，ARINC429总线作为航空数据总线的基础组成部分，它的电气性能直接影响了各航电设备之间数据通信和信息交换的正确性和有效性。因此本发明针对ARINC429总线设计了一种物理传输特性的检测系统。通过实时检测得到的参数来将地表征ARINC429总线的传输特性。本发明的适用于ARINC429总线传输特性的检测系统充分考虑了ARINC429总线的传输线物理参数变化对电气性能的影响，同时也考虑了信道本身对数据传输误码率的影响，是利用ARINC429总线的物理因素影响下的传输线电气特性变化，在其基础上提出考虑信号衰减的误码率计算处理。
参见图1所示，本发明提出了一种适用于ARINC429总线传输特性的检测系统，其检测系统包括有总线参数配置单元10、RLCG模型构建单元20和传输特性实时检测单元30；传输特性实时检测单元30第一方面用于接收总线参数配置单元10输出的总线关联参数F10，第二方面用于接收RLCG模型构建单元20输出的总线RLCG参数F20，第三方面用于实时接收ARINC429总线的传输特性参数Fin，第四方面实时检测得到ARINC429总线的状态转移函数、频谱特性和衰减特性。所述传输特性参数Fin中至少有电阻、电感、电容和电导信息。
总线参数配置单元10中设定有总线电阻特性关系总线电感特性关系总线电容特性关系和总线电导特性关系G＝εCtanδD＝2πfCtanδD。为了方便说明，总线参数配置单元10输出的总线关联参数F10采用集合形式表达为F10＝{R,L,C,G}。
R为总线单位长度上的电阻信息。
L为总线单位长度上的电感信息。
Lr为内电感信息。
Lo为外电感信息。
C为总线单位长度上的电容信息。
G为总线单位长度上的电导信息。
D为两导体的中心距离。
d为导体直径。
σ为导体的电导率。
f为导体的信号传输频率。
μ为导体的磁导率。
μr为Lr的磁导率。
μo为Lo的磁导率。
εr为Lr的真空介电常数。
εo为Lo的真空介电常数。
δD为绝缘介质的等效损耗角。
在本发明中，ARINC429总线为一种屏蔽双绞线。双绞线由于是两根导线绞合而成的非均匀传输线，单位长度上的参数计算非常复杂。但由于两根导线具有对称的空间结构和固定的相对位置，可以将双绞线的每一小段看作是平行双导线进行分析。相互绝缘的平行双导线可以当作是电容器的两个极板。一对双绞线的电感可以表征为内电感和外电感两部分的电磁感应关系。对称的双绞线结构使回路之间耦合程度非常低，回路互感近似为零。双绞线中两根导线间应是互相绝缘的，每根线对地也应绝缘，但实际上这些绝缘电阻不可能为无穷大，致使两平行导体间存在漏电导。由以上电阻、电容、电感和电导率的特性关系可以得出传输介质的分布参数与双绞线的长度、线径、频率以及材料参数电导率、磁导率等有关，尤其当导线结构因制作挤压发生变化时，其分布参数也会发生相应改变。
RLCG模型构建单元20依据RLCG模型来构建属于ARINC429总线的总线RLCG参数F20。所述RLCG模型参考了2014年第28卷第5期《测试技术学报》，“1553B总线信道建模研究”，作者张旭等。RLCG模型是用电阻R、电感L、电容C、电导G的分布参数矩阵和电报方程来描述单位长度屏蔽双绞线的传输特性的。所述其中，参见图2、图2A所示，总线中的第一根导线3的单位长度的直流电阻记为R1，第二根导线4的单位长度的直流电阻记为R2，对于ARINC429总线有R1＝R2。R0为屏蔽层2的单位长度的直流电阻。
L11为第一根导线3与屏蔽层之间的互感。
L22为第二根导线4与屏蔽层之间的互感。
L12为第一根导线3与第二根导线4之间的互感。
C11为第一根导线3与屏蔽层之间的电容。
C22为第二根导线4与屏蔽层之间的电容。
C12为第一根导线3与第二根导线4之间的电容。
G11为第一根导线3与屏蔽层之间的电导。
G22为第二根导线4与屏蔽层之间的电导。
G12为第一根导线3与第二根导线4之间的电导。
在本发明中，经检测系统处理后的ARINC429总线能够提高ARINC429总线的误码率、比特率、丢包率的性能。达到优化ARINC429总线的布局，避免产生不可用的终端节点，从而提高了在航空飞机上的应用。
在本发明中，ARINC429总线传输特性的检测系统存储在计算机中，在实际检测过程中，通过夹具夹持在ARINC429总线上进行数据信息的采集，应用方便。
实施例1
参见图3所示的流程对ARINC429总线的传输特性进行实时检测。在基于传输线的ARINC429总线传输特性计算平台(如图4所示)上，首先数字化各个参数(即运行总线参数配置单元10)，然后运行RLCG模型构建单元20；在一个检测时间段里，获取多个ARINC429总线的传输特性参数Fin，启用传输特性实时检测单元30进行实时检测。
在图5所示的实时检测状态下，能够分别检测得到如图6、图7、图8、图9和图10所示的各种传输特性参数。
在图6中，横轴是电阻(Ω)，纵轴是ARINC429总线误码率，图中表示在ARINC429总线电阻不断增大的情况下ARINC429总线误码率随电阻的变化规律。在图6中，设置ARINC429总线长度为1米；设置绝缘介质参数为2.25(无量纲)；设置包负载为1450bit；运行检测系统平台，得到总线传输特性图：可见在电阻R从1Ω增到到10Ω的过程中，ARINC429总线误码率随着传输线电阻的增大而减小，当传输线电阻为10Ω时，ARINC429总线传输误码率为1.2×10-6，即每传输1000000bit时，会产生1个bit传输错误。
在本发明中，通过对ARINC429总线的一次参数电气特性和可选变量的不同配置，可以直观的显示ARINC429总线误码率随电容、电导的变化规律；ARINC429总线丢包率随电阻、电感、电容和包负载的变化规律；ARINC429总线传播速度随绝缘介质参数(ARINC总线介电常数、ARINC总线电导率和RINC429总线磁导率)的变化规律。
在图7中能够直观地得到ARINC429总线的实时检测到的电感变化对误码率的物理传输特性。
在图8中能够直观地得到ARINC429总线的实时检测到的电容变化对误码率的物理传输特性。
在图9中能够直观地得到ARINC429总线的实时检测到的频率与电阻的物理传输特性。
在图10中能够直观地得到ARINC429总线的实时检测到的频率与电感的物理传输特性。

Claims (4)

1.一种适用于ARINC429总线传输特性的检测系统，其特征在于：检测系统由总线参数配置单元(10)、RLCG模型构建单元(20)和传输特性实时检测单元(30)构建；
传输特性实时检测单元(30)第一方面用于接收总线参数配置单元(10)输出的总线关联参数F10＝{R,L,C,G}，第二方面用于接收RLCG模型构建单元(20)输出的总线RLCG参数F20，第三方面用于实时接收ARINC429总线的传输特性参数Fin，第四方面实时检测得到ARINC429总线的状态转移函数、频谱特性和衰减特性。
2.根据权利要求1所述的适用于ARINC429总线传输特性的检测系统，其特征在于：所述传输特性参数Fin中至少有电阻、电感、电容和电导信息。
3.根据权利要求1所述的适用于ARINC429总线传输特性的检测系统，其特征在于：总线参数配置单元(10)输出的总线关联参数F10分别是总线电阻特性关系总线电感特性关系总线电容特性关系和总线电导特性关系G＝εCtanδD＝2πfCtanδD。
R为总线单位长度上的电阻信息。
L为总线单位长度上的电感信息。
Lr为内电感信息。
Lo为外电感信息。
C为总线单位长度上的电容信息。
G为总线单位长度上的电导信息。
D为两导体的中心距离。
d为导体直径。
σ为导体的电导率。
f为导体的信号传输频率。
μ为导体的磁导率。
μr为Lr的磁导率。
μo为Lo的磁导率。
εr为Lr的真空介电常数。
εo为Lo的真空介电常数。
δD为绝缘介质的等效损耗角。
4.根据权利要求1所述的适用于ARINC429总线传输特性的检测系统，其特征在于：RLCG模型构建单元(20)输出的总线RLCG参数总线中的第一根导线的单位长度的直流电阻记为R1，第二根导线的单位长度的直流电阻记为R2，对于ARINC429总线有R1＝R2，R0为屏蔽层的单位长度的直流电阻；
L11为第一根导线与屏蔽层之间的互感；
L22为第二根导线与屏蔽层之间的互感；
L12为第一根导线与第二根导线之间的互感；
C11为第一根导线与屏蔽层之间的电容；
C22为第二根导线与屏蔽层之间的电容；
C12为第一根导线与第二根导线之间的电容；
G11为第一根导线与屏蔽层之间的电导；
G22为第二根导线与屏蔽层之间的电导；
G12为第一根导线与第二根导线之间的电导。
CN201910561483.5A 2018-06-26 2019-06-26 一种适用于arinc429总线传输特性的检测系统 Active CN110247715B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2018106726528 2018-06-26
CN201810672652 2018-06-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110247715A true CN110247715A (zh) 2019-09-17
CN110247715B CN110247715B (zh) 2020-04-28

Family

ID=67889636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910561483.5A Active CN110247715B (zh) 2018-06-26 2019-06-26 一种适用于arinc429总线传输特性的检测系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110247715B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111770001A (zh) * 2020-06-11 2020-10-13 中国民航大学 一种afdx总线传输特性的检测系统及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1447565A (zh) * 2003-04-03 2003-10-08 复旦大学 高速数据通信系统设计中双绞线插入损耗的模拟方法
CN1845566A (zh) * 2005-11-28 2006-10-11 华为技术有限公司 一种通信线路传输损耗测试方法和设备
US7231618B2 (en) * 2004-04-22 2007-06-12 Optimal Corporation Fringe RLGC model for interconnect parasitic extraction
WO2012138271A1 (en) * 2011-04-08 2012-10-11 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Transmission line parameter determination
CN102857389A (zh) * 2012-08-07 2013-01-02 天津大学 1553b总线的频域失真预测信道建模方法
CN103226166A (zh) * 2013-03-21 2013-07-31 天津大学 屏蔽双绞线rlcg模型及其传输特性的计算方法
CN105610467A (zh) * 2015-12-31 2016-05-25 天津大学 一种被复线信道建模方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1447565A (zh) * 2003-04-03 2003-10-08 复旦大学 高速数据通信系统设计中双绞线插入损耗的模拟方法
US7231618B2 (en) * 2004-04-22 2007-06-12 Optimal Corporation Fringe RLGC model for interconnect parasitic extraction
CN1845566A (zh) * 2005-11-28 2006-10-11 华为技术有限公司 一种通信线路传输损耗测试方法和设备
WO2012138271A1 (en) * 2011-04-08 2012-10-11 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Transmission line parameter determination
CN102857389A (zh) * 2012-08-07 2013-01-02 天津大学 1553b总线的频域失真预测信道建模方法
CN103226166A (zh) * 2013-03-21 2013-07-31 天津大学 屏蔽双绞线rlcg模型及其传输特性的计算方法
CN105610467A (zh) * 2015-12-31 2016-05-25 天津大学 一种被复线信道建模方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘建强: "CRH3型动车组列车网络传输介质电气特性研究", 《机车电传动》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111770001A (zh) * 2020-06-11 2020-10-13 中国民航大学 一种afdx总线传输特性的检测系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110247715B (zh) 2020-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Meng et al. Modeling of transfer characteristics for the broadband power line communication channel
Papadopoulos et al. Narrowband power line communication: Medium voltage cable modeling and laboratory experimental results
Yong et al. Dielectric loss tangent extraction using modal measurements and 2-D cross-sectional analysis for multilayer PCBs
CN102608466A (zh) 电气布线互联系统线缆串扰的快速预测方法
Xu et al. Analysis of the influence of the structural parameters of aircraft braided-shield cable on shielding effectiveness
Li et al. Measurement-based modeling and worst-case estimation of crosstalk inside an aircraft cable connector
Wang et al. Estimation of multi‐conductor powerline cable parameters for the modelling of transfer characteristics
CN103226166B (zh) 一种屏蔽双绞线传输特性的计算方法
CN105160172A (zh) 一种gis变电站智能组件端口电磁骚扰的计算方法
Li et al. Generalized equivalent cable bundle method for modeling EMC issues of complex cable bundle terminated in arbitrary loads
CN110247715A (zh) 一种适用于arinc429总线传输特性的检测系统
CN112904232A (zh) 基于地线电流有功分量的接地故障定位方法和装置
de Beer et al. Channel frequency response for a low voltage indoor cable up to 1GHz
US8922298B2 (en) Method and apparatus for cable emulation
Yoho et al. Measurement and causal modelling of twisted pair copper cables
Tani et al. Characterization of AC/coaxial adapter for LISN calibration above 30 MHz using improved equivalent circuit model
Hasirci et al. Extraction of narrowband propagation properties of a 630 A current level busbar
Shoory et al. Simulated NEXT and FEXT in twisted wire pair bundles
Mortazavi et al. Investigation of possible EM interference of automotive multi-gig communication link in the FM and DAB ranges using 3D field simulation
Johns et al. Simulating Crosstalk and EMI in Cables.
Mora et al. Modeling of the propagation along low voltage power networks for IEMI studies
CN109670234B (zh) 一种机载电磁环境测试探头部署方法
Nozadze et al. Prediction of Worst-Case Radiation Immunity in Cable Harnesses
Song et al. Field-to-wire coupling model for wire bundles with strongly non-uniform path
Teo et al. Efficient time‐domain numerical modelling of crosstalk between coaxial cables incorporating frequency‐dependent parameters

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant