Nghiên cứu giao thức truyền dữ liệu trong tên lửa Accular và Extra

Tên lửa & Thiết bị bay L. K. Biên, , H. T. Khanh, “Nghiên cứu giao thức truyền dữ liệu Accular và Extra.” 12 NGHIÊN CỨU GIAO THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU TRONG TÊN LỬA ACCULAR VÀ EXTRA Lê Kỳ Biên1*, Phạm Thành Công1, Nguyễn Ngọc Thái1, Hoàng Thế Khanh2 Tóm tắt: Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả đối với việc truyền dữ liệu lên và xuống giữa thiết bị kiểm tra tên lửa với quả đạn tên lửa Accular và Extra trong quá trình kiểm tra tình trạng kỹ thuật của các loại tên lửa này. Các dữ liệu được nghiên cứu bao gồm dữ liệu dạng số trên đường truyền RS 485, RS 422 và dữ liệu logic trên các đường tín hiệu. Từ khóa: Accular, Extra, RS 485, RS 422. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tên lửa dẫn đường ACCULAR cùng với tên lửa EXTRA là hai thành phần của tổ hợp tên lửa phóng loạt LYNX - Sản phẩm của tập đoàn Công nghiệp quốc phòng Israel [1], [2]. Tổ hợp LYNX là một trong những loại tên lửa bảo vệ bờ biển mới nhất, hiện đại nhất. Các thành phần trong hệ thống LYNX, xét về mặt điều khiển, chủ yếu là các hệ thống tính toán kỹ thuật số và máy tính chuyên dụng phức tạp. Các dạng dữ liệu trao đổi trong hệ thống này chủ yếu là dạng số, trong khuôn khổ bài báo này, chúng tôi đi sâu nghiên cứu giao thức truyền dữ liệu giữa máy kiểm tra tên lửa với tên lửa thật, giản đồ logic của các tín hiệu lên và xuống đạn tên lửa trong quá trình kiểm tra, đánh giá và xác định tình trạng đạn tên lửa. 2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIAO THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU BẰNG THỰC NGHIỆM Do các tài liệu được phía bạn cung cấp chỉ mang tính chất là hướng dẫn, huấn luyện vận hành nên để có thể xác định được giao thức truyền dữ liệu giữa thiết bị kiểm tra và đạn tên lửa, phương pháp duy nhất là phải tiến hành thực nghiệm, kết hợp với phân tích lý thuyết và quy trình kiểm tra đạn tên lửa. Mô hình thực nghiệm để xác định giao thức truyền dữ liệu được thể hiện trong hình 1. Hình 1. Mô hình thực nghiệm xác định giao thức truyền dữ liệu. Trong đó, thiết bị trích xuất thông tin là thiết bị do nhóm tác giả tự nghiên cứu, thiết kế và chế tạo, thiết bị này có thể hoạt động ở chế độ “Listen” đối với các giao thức truyền RS232, RS485 và RS422 ở các tốc độ baud khác nhau cũng như các định dạng khung truyền khác nhau. Qua nhiều lần thực nghiệm, giao thức truyền dữ liệu giữa thiết bị kiểm tra và đạn tên lửa đã được xác định và được trình bày trong phần sau. 3. GIAO THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU GIỮA THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN BẮN VÀ QUẢ ĐẠN TRONG QUÁ TRÌNH KIỂM TRA Trong giai đoạn kiểm tra tên lửa, nguồn +30VDC được cấp trong suốt quá trình, từ máy kiểm tra tới các tên lửa thông qua giắc phóng. Tiếp đó là quá trình kiểm tra các thành phần Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 53, 02 - 2018 13 chức năng trên tên lửa như: Khối dẫn đường quán tính, khối máy tính trên khoang, khối động cơ điều khiển cánh lái, ngòi nổ, khối định vị vệ tinh, nguồn pin nhiệt. Quá trình kiểm tra được tiến hành bằng bộ dữ liệu trên đường RS 485 (ở tên lửa Accular), RS422 (ở tên lửa Extra) và một loạt các tín hiệu dạng xung, kết quả kiểm tra chỉ ra trạng thái của khối này; Trạng thái dòng ngắn mạch, dòng hở mạch, RAM của máy tính trên tên lửa, bộ nhớ tạm của máy tính (trên khoang), cảm biến tiệm cận, trạng thái ngòi nổ, đường truyền thông giữa Card điều khiển xung với máy tính bay, nguồn ngoài, pin nhiệt, kiểm tra xung tín hiệu, Anten trước mũi, Anten bên sườn và việc đồng bộ đồng hồ của khối định vị vệ tinh trên tên lửa Accular. Các kết quả này sẽ được đóng gói dữ liệu và truyền về thiết bị kiểm tra trên đường truyền vi sai RS 485 (ở tên lửa Accular), RS422 (ở tên lửa Extra). Tất cả những tham số trên các giao thức truyền thông gồm tốc độ và định dạng khung dữ liệu là chưa biết. Qua nghiên cứu đo đạc kiểm tra phần cứng của các máy kiểm tra ACT (cho tên lửa Accular) và ERT (cho tên lửa Extra), có thể nhận thấy rằng các thành phần trong máy kiểm tra đều là các sản phẩm thương mại; bộ chuyển đổi giao thức từ cổng USB của máy tính chuyên dụng sang chuẩn RS422 hay RS485 là các bộ chuyển đổi cách ly quang học USR402 và miRS485. Từ các thông số căn bản của các bộ chuyển đổi giao thức trên, có thể thấy rằng: cấu trúc khung dữ liệu là dạng cấu trúc phổ dụng, việc trích xuất và phân tích cấu trúc này là không quá phức tạp và có thể thực hiện được bằng các thiết bị thông thường cũng như ứng dụng các phương pháp toán học và suy luận logic. Qua quá trình thu bắt dữ liệu ở tất cả các tốc độ, sử dụng phương pháp suy luận loại trừ và toán xác suất thống kê, kết hợp tạo giả dữ liệu của tên lửa phản hồi về máy kiểm tra, chúng tôi đã xác định được cấu trúc khung dữ liệu dùng để giao tiếp như sau: - Cấu trúc khung dữ liệu: Cấu trúc của khung truyền dữ liệu trên đường truyền RS 485 và RS422 được cho trong hình 2. Hình 2. Cấu trúc khung truyền dữ liệu. Trong đó: Start: Bit khởi động; 8 bit Data từ D0 đến D7; Parity: Bit chẵn/lẻ ở tên lửa Extra sử dụng cờ Odd, tên lửa Accular sử dụng cờ Even; Stop: Bit dừng. - Tốc độ trên đường truyền RS 485, RS422: Do dải tốc độ dữ liệu trên đường truyền có thể nằm trong dải từ vài Kbps đến 10 Mbps [3] nên việc xác định thiết bị kiểm tra và tên lửa trao đổi với tốc độ bao nhiêu là rất khó nếu chỉ dựa trên dạng vật lý của tín hiệu. Sử dụng phương pháp loại trừ dựa trên bộ số liệu thu được ở các tốc độ, độ dài đường dây cáp (15 mét), độ hợp lý về cấu trúc bộ dữ liệu ở các tốc độ... nhận thấy rằng, xác suất tốc độ sử dụng 90% rơi vào 3 tốc độ: 115200, 14400, 19200. Để xác định bộ dữ liệu nào là chính xác, cần phải thử từng bộ số liệu một. Qua quá trình thử nghiệm có thể nhận thấy rằng máy kiểm tra đã phản ứng tốt với các bộ số liệu ở tốc độ 115200 Kbps. Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Byte 5 Byte 6 Byte 7 Byte 8 Byte 9 Byte 10 Byte 11 Hướng truyền Thứ tự khung Số hiệu bộ phận trên tên lửa được hỏi kiểm tra Nội dung câu hỏi kiểm tra CK Hình 3. Cấu trúc câu hỏi từ máy ACT. Tên lửa & Thiết bị bay L. K. Biên, , H. T. Khanh, “Nghiên cứu giao thức truyền dữ liệu Accular và Extra.” 14 Dựa trên bộ dữ liệu nhận về và các thông số đã xác định được ở trên, có thể xác định được cấu trúc bộ dữ liệu ở máy kiểm tra ACT và tên lửa Accular gồm 20 khung dữ liệu, khung đầu tiên và khung kết thúc đều là 0x41 0x42 0x43 theo mã ASCII là ABC đánh dấu và thông báo cho tên lửa biết khi bắt đầu và kết thúc quá trình kiểm tra. Cấu trúc các khung hỏi tiếp theo là khung lệnh gồm 11 Byte như trong hình 3. Dựa trên cấu trúc dữ liệu nêu trên và quy trình kiểm tra đạn tên lửa, có thể xây dựng lại lưu đồ thuật toán cho toàn bộ quá trình kiểm tra của máy kiểm tra ACT như sau: Hình 4. Thuật toán truyền dữ liệu của máy ACT. Câu trả lời từ tên lửa Accular có cấu trúc (hình 5) là một bảng 3 hàng 14 cột với tổng khung dữ liệu là 42 Byte, Byte đầu tiên của cột đầu tiên chỉ hướng truyền, Byte tiếp theo là số thứ tự khung kể từ câu trả lời đầu tiên của phiên làm việc đầu tiên cho tới khi tắt máy kiểm tra, 4 Byte tiếp theo của mang thông tin về định danh các bộ phận trong tên lửa tương ứng với câu hỏi từ máy kiểm tra. Hướng truyền Số thứ tự khung 4 byte định danh bộ phận trong tên lửa trả lời máy kiểm tra 35 byte thông tin về trạng thái từng bộ phận cấu thành CK Hình 5. Cấu trúc câu trả lời từ tên lửa Accular. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 53, 02 - 2018 15 Tương tự như vậy, phân tích câu trả lời từ tên lửa Accular có thể xây dựng lại lưu đồ thuật toán cho toàn bộ quá trình trả lời của tên lửa Accular như sau: Hình 6. Thuật toán truyền dữ liệu của tên lửa Accular. Các bước phân tích và khảo sát đối với máy kiểm tra ERT với đạn tên lửa Extra cũng được thực hiện tương tự như trên. Cấu trúc bộ dữ liệu câu hỏi từ máy kiểm tra ERT được chỉ ra trên hình 6 dưới đây: Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Byte 5 Byte 6 Byte 7 Byte 8 Byte 9 Hướng truyền Số hiệu bộ phận trên tên lửa được hỏi kiểm tra Nội dung câu hỏi kiểm tra Hình 7. Cấu trúc câu hỏi từ máy ERT. Dựa trên cấu trúc dữ liệu nêu trên và quy trình kiểm tra đạn tên lửa, có thể xây dựng lại lưu đồ thuật toán cho toàn bộ quá trình kiểm tra của máy kiểm tra ERT như hình 8: Tên lửa & Thiết bị bay L. K. Biên, , H. T. Khanh, “Nghiên cứu giao thức truyền dữ liệu Accular và Extra.” 16 Hình 8. Thuật toán truyền dữ liệu của máy ERT. Câu trả lời từ tên lửa Extra có cấu trúc là một bảng 10 hàng 14 cột với tổng khung dữ liệu là 140 Byte, 2 Byte đầu tiên của cột đầu tiên chỉ hướng truyền (từ tên lửa về máy kiểm tra), 6 Byte tiếp theo của dòng thứ nhất mang thông tin về định danh các bộ phần trong tên lửa tương ứng với câu hỏi từ máy kiểm tra, 2 Byte cuối cùng là Byte checksum kiểm tra lỗi bit trên đường truyền. Cấu trúc cụ thể được chỉ ra trên hình 9 dưới đây: 2 byte hướng truyền 6 byte định danh bộ phận trong tên lửa trả lời máy kiểm tra 130 byte mang thông tin về trạng thái từng bộ phận cấu thành 2 byte CK Hình 9. Cấu trúc câu trả lời từ tên lửa Extra. Đối với tên lửa Extra, logic làm việc như sau: Sau khi được cấp nguồn từ máy kiểm tra, các bộ phận trong tên lửa khởi động và tự kiểm tra các tham số, sau đó báo về máy tính hàng không (FCA) trên tên lửa, sau khi có đủ tham số của các thành phần, FCA mới gửi khung dữ liệu về máy kiểm tra trước, máy kiểm tra xác nhận khung đúng và các giá trị trong khung tốt, lúc đó, quá trình hỏi đáp mới bắt đầu theo tiến trình máy kiểm tra hỏi, tên lửa trả lời. Dựa trên cấu trúc dữ liệu nêu trên và quy trình kiểm tra đạn tên lửa, có thể xây dựng lại lưu đồ thuật toán cho toàn bộ quá trình trả lời của tên lửa Extra như hình 10. Ngoài bộ dữ liệu trên, quá trình kiểm tra đạn tên lửa còn sử dụng một số loại tín hiệu logic và được phân nhóm như sau: - Nhóm tín hiệu từ tên lửa về máy kiểm tra: mức +30V (Dấu hiệu tên lửa, Dấu hiệu ngắn mạch, hở mạch trong tên lửa), mức 3.3V (tín hiệu đồng bộ đồng hồ thời gian trong khối định vị vệ tinh GPS (Extra), GNSS (Accular); tín hiệu đồng bộ dữ liệu định vị vệ tinh) - Nhóm tín hiệu từ thiết bị kiểm tra tới tên lửa: mức +30V (tín hiệu nguồn cho từng bộ phận), mức 3.3V tín hiệu đồng bộ đồng hồ định vị vệ tinh trong máy kiểm tra. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 53, 02 - 2018 17 Hình 10. Thuật toán truyền dữ liệu của tên lửa Extra. Qua khảo sát nhận thấy các tín hiệu +30 VDC là nguồn cấp từ thiết bị kiểm tra tới tên lửa, hay các thành phần riêng lẻ trong tên lửa; Ở hướng ngược lại, tên lửa cũng tạo ra các tín hiệu để thể hiện: sự có mặt của tên lửa, sự ngắn hay hở mạch của các bộ phận trong tên lửa. Qua khảo sát đo đạc, nhận thấy rằng, khi toàn bộ tên lửa khởi động trong suốt quá trình kiểm kiểm tra, tên lửa tiêu hao dòng từ 0,8 - 1,2 Ampe. Nếu ngoài dải này, lập tức máy kiểm tra sẽ báo lỗi Check Current. Đối với các tín hiệu đồng bộ đồng hồ thời gian trên bộ định vị vệ tinh, xung vuông mức 3.3V xuất hiện trên các chân với xung vuông độ rộng 1ms, chu kỳ 1s, hoặc xung vuông độ rộng 999 ms chu kỳ 1ms. Các tín hiệu đồng bộ dữ liệu định vị vệ tinh xuất hiện trên chân R và T giắc J1 mức 3.3 V có dạng xung vuông, bắt đầu khi xác nhận xong câu hỏi và kết thúc khi kết thúc câu trả lời, hình ảnh tín hiệu này thu dược như sau: Hình 11. Dạng và thực tế đo được tín hiệu đồng bộ dữ liệu định vị vệ tinh của máy kiểm tra và tên lửa. Tên lửa & Thiết bị bay L. K. Biên, , H. T. Khanh, “Nghiên cứu giao thức truyền dữ liệu Accular và Extra.” 18 Các tín hiệu này về thời gian đồng bộ với các khung dữ liệu xuất hiện trên đường truyền, tuy nhiên trong khuôn khổ bài báo này chúng tôi chỉ tập trung vào giao thức và cấu trúc dữ liệu trao đổi giữa máy kiểm tra ACT với tên lửa Accular, máy kiểm tra ERT với tên lửa Extra. 4. KẾT LUẬN Qua các kết quả nghiên cứu và khảo sát trên đây có thể nhận thấy rằng, trong các hệ thống vũ khí hiện đại ngày nay, đa số các thiết bị thành phần đã được số hóa. Việc truyền các số liệu giữa các thiết bị đó luôn được thực hiện theo các chuẩn quốc tế thông dụng, tuy nhiên, trong các trường hợp cụ thể thì việc áp dụng thực tế luôn có sự khác biệt nhất định, việc nghiên cứu, xác định cụ thể các đặc điểm đó giúp nắm bắt được các thuật toán điều khiển trong hệ thống và nâng cao khả năng tự sửa chữa, đảm bảo kỹ thuật cho các hệ thống vũ khí này, giảm sự phụ thuộc vào các chuyên gia nước ngoài. Đồng thời, việc nắm bắt được hoạt động cụ thể của từng thành phần trong hệ thống cũng là một trong các điều kiện thuận lợi cho việc cải tiến, thay thế các thành phần trong hệ thống. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Israel Military Industries. “Accular Missile Tester Operational and Maintenance Manual”. 2013. [2]. Israel Military Industries. “Accular Missile Tester Operational and Maintenance Manual”. 2013. [3]. American Dynamics, “RS-422/RS-485 Communications Protocol”. [4]. Боевая машина 9А34МЛ - ПРОТОКОЛ №7 - Стыковка блока электроники изделия 9М340 с ЦВМ изделия 9А34МЛ. [5]. Quân chủng Hải Quân. “Quy trình kỹ thuật kiểm tra tên lửa Accular” . 2013. [6]. Quân chủng Hải Quân. “Quy trình kỹ thuật kiểm tra tên lửa Extra” . 2013. ABSTRACT STUDYING THE DATA PROTOCOL IN PALMA ANTI-AIR CRAFT MISSILE AND ARTILLERY SYSTEM In the paper, the results on the data exchange protocol between the tester equipment and the missile Accular and Extra missile system during a test process are presented. Studied data include digital data on RS485, RS422 communication lines and logic data on signal lines. Keywords: Missile, Accular, Extra, RS 485, RS 422. Nhận bài ngày 31 tháng 5 năm 2017 Hoàn thiện ngày 19 tháng 6 năm 2017 Chấp nhận đăng ngày 26 tháng 02 năm 2018 Địa chỉ: 1 Viện Điện tử, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự; 2 Viện Tên lửa, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự. * Email: lekybien@gmail.com.