Nghiên cứu giao thức truyền dữ liệu trong tổ hợp pháo - Tên lửa phòng không palma

Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 41, 02 - 2016 69 NGHIÊN CỨU GIAO THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU TRONG TỔ HỢP PHÁO - TÊN LỬA PHÒNG KHÔNG PALMA Hoàng Thế Khanh1*, Phạm Thành Công2, Lê Kỳ Biên2 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 điều khiển bắn tên lửa phòng không Sosna - R với quả đạn tên lửa trên bệ trong quá trình kiểm tra. Các dữ liệu được nghiên cứu bao gồm dữ liệu dạng số trên đường truyền RS 485 và dữ liệu logic trên các đường tín hiệu. Từ khóa: Tên lửa phòng không, Palma, Sosna - R, RS 485. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tổ hợp pháo - tên lửa phòng không Palma với tên lửa phòng không Sosna-R được dùng để bảo vệ tàu khỏi sự tấn công đường không với các loại vũ khí có độ chính xác cao của đối phương như: các tên lửa chống tàu bay thấp, bom có điều khiển, cũng như để tiêu diệt các mục tiêu trên bờ và trên biển có kích thước nhỏ [1]. Tổ hợp Palma là một trong những loại vũ khí phòng không tầm gần hiện đại nhất đang có trong trang bị của Hải quân nhân dân Việt Nam. Các thành phần trong hệ thống Palma, 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 tính điều khiển bắn tên lửa với thiết bị giả đạn - thiết bị có nhiệm vụ kiểm tra sự hoàn hảo của thiết bị điều khiển bắn [2], cũng như giản đồ logic của các tín hiệu lên và xuống thiết bị giả đạn trong quá trình kiểm tra. 2. XÁC ĐỊNH 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 ±15V DC được cấp trong suốt quá trình thông qua giắc phóng. Tiếp đó là quá trình kiểm tra các mạch phóng và sự sẵn sàng của các mạch trên thiết bị giả đạn. Quá trình kiểm tra được kích hoạt bằng bộ dữ liệu trên đường RS 485, kết quả kiểm tra là trạng thái của các mạch phóng, mạch vô tuyến, mạch điện tử của kênh lệnh laser. Các kết quả này sẽ được đóng gói dữ liệu và truyền về thiết bị điều khiển bắn trên đường truyền vi sai RS 485. Mặc dù đã biết dữ liệu được truyền theo chuẩn RS 485, tuy nhiên trong các tài liệu được phía bạn cung cấp về thiết bị giả đạn thì một số tùy chọn riêng vẫn chưa rõ như: số lượng bit, bit START, bit STOP, bit chẵn lẻ, tốc độ truyền dữ liệu, và đặc biệt là nội dung cụ thể của khung dữ liệu trả về. Dạng tín hiệu vật lý của dữ liệu truyền trên đường truyền RS 485 được cho như trong hình 1 [3]. Hình 1. Dạng vật lý của tín hiệu RS 485. Kỹ thuật điều khiển & Điện tử H.T. Khanh, P.T. Công, L.K. Biên, “Nghiên cứu giao thức truyền phòng không PALMA.” 70 Qua nghiên cứu các giao thức truyền dữ liệu trên các hệ thống vũ khí của Nga chúng tôi nhận thấy rằng mặc dù sử dụng các giao diện (giắc cắm) khác hẳn thông thường tuy nhiên chuẩn dữ liệu trên đường truyền vẫn tuân thủ theo đúng chuẩn đã quy định. Do đó, vấn đề mà nhóm cần giải quyết ở đây là xác định các tùy chọn riêng đã được dùng trên các hệ thống vũ khí của Nga - Cấu trúc khung dữ liệu theo chuẩn RS 485. Cấu trúc của khung truyền dữ liệu trên đường truyền RS 485 được cho trong hình 2 [4]. Hình 2. Cấu trúc khung truyền dữ liệu. Trong đó:  Idle: Trạng thái nghỉ  Start: Bit khởi động.  D0 đến D7: Các bit số liệu.  Parity: Bit chẵn/lẻ  Stop: Bit dừng - Số bit của bản thân byte số liệu (ví dụ 8 bit) luôn luôn ít hơn số bit truyền dị bộ (ví du: 8+1 start+1 stop+1 Parity =11). Cuối mỗi byte có thể không hoặc có bổ sung thêm 1 bit chẵn/lẻ. Nếu thêm bit chẵn/lẻ thì có thể chọn thuộc tính là chẵn hoặc lẻ. Bit chẵn/lẻ được bổ sung vào để tổng số bit 1 của byte là chẵn hoặc lẻ. - Sử dụng bit chẵn/lẻ trong việc kiểm tra lỗi của byte thu được. Mỗi byte được đóng gói bởi 1 bit Start và 1 (1,5 hoặc 2) bit Stop. Mỗi byte gồm 5, 6, 7 hoặc 8 bit (và 1 bit chẵn/lẻ), 1,5 bit stop chỉ sử dụng cho trường hợp chỉ có 5 bit trong 1 byte. Giữa các byte có quãng nghỉ, idle ở mức logic 1, giá trị idle # 0. Do idle có thể > 0 nên phương thức truyền này này gọi là dị bộ. Cơ chế đồng bộ thực hiện cho từng byte (Start, Stop). - Nếu 1 byte có 1 Start, 1 stop, 8 bit dữ liệu, ta có hiệu suất sử dụng các bit truyền rất thấp là 8/(1+1+8), tức là 80%. - Cứ 9 bit truyền lại được đồng bộ 1 lần, phía thu có thể tự tách các bit dữ liệu, nên không cần gửi nhịp đồng bộ đi kèm dữ liệu. - Một khung tin dị bộ bao gồm nhiều byte, giao thức truyền qui định quy định số byte này. - Tốc độ trên đường truyền RS 485. Tốc độ trên đường truyền RS 485 nằm trong dải khá lớn, nhanh nhất có thể lên đến 10Mbps, chậm có thể chỉ vài Kbps. Chính do dải tốc độ dữ liệu trên đường truyền có thể nằm trong dải lớn như vậy nên việc xác định hệ thống Palma và thiết bị giả đạn trao đổi với tốc độ bao nhiêu là rất khó có thể xác định được dựa trên dạng vật lý của tín hiệu trên đường truyền RS 485. Chính vì vậy, để xác định cụ thể các thông số về cấu trúc dữ liệu và tốc độ truyền dữ liệu, nhóm đề tài đã thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm. Cụ thể chúng tôi đã đọc dữ liệu trên đường truyền này với các giá trị bit START, bit STOP, bit chẵn lẻ khác nhau, tốc độ đọc dữ liệu cũng thay đổi từ thấp đến cao trong toàn dải tốc độ của đường truyền RS 485. Qua nhiều lần thử nghiệm và phân tích các dữ liệu nhận được, chúng tôi nhận thấy dữ liệu là ổn định và có quy luật rõ ràng nhất với bộ thông số sau: - Byte dữ liệu có 12 bit. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 41, 02 - 2016 71 - 1 bit START bằng "0". - 8 bit dữ liệu. - 2 bit STOP bằng "1". - Tốc độ truyền dữ liệu 115,2 Kbps. Qua phân tích bộ dữ liệu cụ thể có thể nhận thấy các gói dữ liệu lặp lại như sau: 6B 33 66 9E AF 65 00 6A 6B 33 66 9E AF 65 00 6A 6B 33 66 9E AF 65 00 6A 6B 33 66 9E AF 65 00 6A 6B 33 66 9E AF 65 00 6A 6B 33 66 9E AF 65 00 6A 6B 33 66 9E AF 65 00 6A 6B 33 66 9E AF 65 00 6A 6B 33 66 9E AF 65 00 6A 6B 33 66 9E AF 65 00 6A 6B 33 66 9E AF 65 00 6A 6B 33 66 9E AF 65 00 6A 8B 04 00 33 66 9E AF 65 00 8E FC 6B 33 66 9E AF 65 00 6A 8B 04 00 33 66 9E AF 65 00 8E FE 6B 33 66 9E AF 65 00 6A 8B 04 00 33 66 9E AF 65 00 8E E0 6B 33 66 9E AF 65 00 6A ........................................................ Theo logic làm việc của quá trình kiểm tra thiết bị giả đạn, máy tính của thiết bị điều khiển bắn sẽ gửi dữ liệu lên trước để kích hoạt quá trình kiểm tra trạng thái các mạch. Do đó, có thể nhận thấy rằng gói dữ liệu gửi từ máy tính lên thiết bị giả đạn là "6B 33 66 9E AF 65 00 6A", còn gói dữ liệu gửi từ thiết bị giả đạn về để thông báo về trạng thái các mạch thành phần trong thiết bị giả đạn là "8B 04 00 33 66 9E AF 65 00 8E". Có thể nhận thấy thiết bị điều khiển bắn trên tổ hợp gửi lên thiết bị giả đạn liên tục 12 lần cho đến khi các mạch thành phần trên thiết bị giả đạn tự kiểm tra xong và đóng gói dữ liệu gửi trả lời. Kể từ đó, mỗi lần có câu hỏi từ tổ hợp lên thì sẽ có một câu trả lời gửi về, liên tục như vậy 156 lần thì bước kiểm tra này được thông qua. Để phân tích cấu trúc khung tin gửi lên và gửi xuống cần phải xem xét tới hoạt động của quá trình kiểm tra trên máy tính kiểm tra. Các ô lệnh trên màn hình kiểm tra (Hình 3) tương ứng với các tín hiệu kiểm tra trong gói dữ liệu nhận về và được xác định hoàn hảo [5]. 1 2 3 4 5 6 7 8 OTB-Б PAБ.Pеж ИCПб-Cн ИCПн-Cн B ИЗЛ-C БPн-C-Уст 000 ЭКB-C-У CП HакалCн BысокCн КOД 100 E ИЗЛ-C PEЖ-Уст PКC1 PКC2 PКC3 ГOTПуск CИH-C-У OCT-C-У ГOT КPЛ ИЗЛ-K ППPК OTCЧ-К CXOД-K ПУCK-K ЭКB-К PП1 PП0 БP-К 000 КOД 100 Kон-Исп HКB-Гот КPЛ-Гот ЛКУ-Гот БЭ-Гот ПЗ-Прин ПЗ-HКB OК-И ДешИсп ПрмИсп BруИсп Эхо-Oст Эхо-Б2 Эхо-Б1 Эхо-Б0 ПК-И Hình 3. Màn hình kiểm tra thiết bị giả đạn trên tổ hợp Palma. Qua thứ tự sáng lên của các đèn có thể nhận định các byte dữ liệu trong khung tin từ thiết bị điều khiển bắn của tổ hợp Palma lên thiết bị giả đạn có cấu trúc như bảng 1: Bảng 1. Cấu trúc khung tin gửi từ thiết bị điều khiển bắn lên thiết bị giả đạn. Số byte Chuỗi bit 7 6 5 4 3 2 1 0 Dự trữ Số từ Hướng truyền Địa chỉ ОУ Kỹ thuật điều khiển & Điện tử H.T. Khanh, P.T. Công, L.K. Biên, “Nghiên cứu giao thức truyền phòng không PALMA.” 72 КС 0 1 1 0 0 (hoặc 1) 0 1 1 СД1 Uпрт (7 разряд - знак) СД2 Uпрк (7 разряд - знак) СД3 НЦ з СД4 П-ПП РЕЖИМ-Т зг СД5 П-ТР П-КРЛ РП tв СД6 Dự trữ Dự trữ Dự trữ Dự trữ Dự trữ Dự trữ Dự trữ Dự trữ Checksum Cấu trúc khung tin gửi thiết bị giả đạn khi mọi thành phần trong thiết bị giả đạn đều tốt như bảng 2. 3. LOGIC CÁC TÍN HIỆU TRONG QUÁ TRÌNH KIỂM TRA Qua nghiên cứu tài liệu có thể xác định và phân loại các nhóm tín hiệu logic như sau: - Nhóm tín hiệu tới thiết bị điều khiển bắn: +15V, -15V. - Nhóm tín hiệu từ thiết bị giả đạn về thiết bị điều khiển bắn: dấu hiệu nhận biết thiết bị giả đạn có mặt trên bệ nào. - Nhóm tín hiệu từ khối vô tuyến trên bệ tới thiết bị giả đạn: КOД Б0, КOД Б1, КOД Б2, ОТСЧЕТ. - Nhóm tín hiệu từ thiết bị giả đạn tới khối vô tuyến trên bệ ОТBET Б±. Bảng 2. Cấu trúc khung tin gửi tới thiết bị điều khiển bắn từ thiết bị giả đạn. Số byte Chuỗi bit 7 6 5 4 3 2 1 0 Dự trữ Số từ Hướng truyền Địa chỉ ОУ ОС 0 1 1 1 1 0 1 1 СД1 Контр.Исп НКВ-Гот КРЛ-Гот ЛЛКУ-Гот БЭ-Гот ПЗ- Прин. резерв ОК-И СД2 Испр.Деш Испр.Пр. Испр.ВРУ Эхо-отсчет Эхо-Б2 Эхо-Б1 Эхо-Б0 ПК-И СД3 Эхо-Uпрт (7 разряд - знак) СД4 Эхо-Uпрк (7 разряд - знак) СД5 Эхо- НЦ Эхо-з СД6 Эхо-П-П Эхо-РЕЖИМ-Т Эхо- зг СД7 Эхо-П-ТР Эхо-П-РЛ Эхо- РП Эхо- tв Checksum Qua khảo sát nhận thấy các tín hiệu ±15V DC là nguồn cấp cho thiết bị giả đạn nên nguồn này luôn có. Bằng cách đo đạc nhiều lần dựa trên thiết bị trích xuất thông tin thì Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 41, 02 - 2016 73 nhận thấy nguồn này luôn ổn định trong khoảng sai số ±0.2V. Có thể nhận thấy sai số này là hoàn toàn đủ để đảm bảo cho thiết bị giả đạn hoạt động ổn định và chính xác. Dấu hiệu nhận biết thiết bị giả đạn đang nằm ở vị trí nào trên giá phóng được tạo ra bằng cách nối tắt hai chân 20 và 21 của giắc phóng. Các tín hiệu khác được khảo sát lần lượt dựa trên logic phóng của tên lửa phòng không Sosna - R bằng oxylo. Dựa trên các kết quả khảo sát trên, chúng tôi đã xây dựng kết giản đồ thời gian chung cho tất cả các tín hiệu như hình 4. Hình 4. Giản đồ thời gian các tín hiệu logic. Dựa vào giản đồ thời gian có thể nhận thấy các tín hiệu thiết bị giả đạn tên lửa phòng không sẽ gửi trả về tín hiệu trả lời dựa trên logic các tín hiệu КOД Б0, КOД Б1, КOД Б2, ОТСЧЕТ từ khối thiết bị vô tuyến trên bệ gửi lên. Sườn lên của КOД Б0 sẽ khởi đầu quá trình tạo xung của tín hiệu ОТBET Б±. Độ rộng xung của КOД Б1 sẽ quyết định độ rộng khoảng rỗng của tín hiệu ОТBET Б±. Sườn lên của xung thứ hai trong КOД Б2 sẽ kích hoạt cụm xung thứ hai của tín hiệu ОТBET Б±. Ngoài ra, giữa khoảng nghỉ của xung này có một chùm 6 xung nhỏ ở giữa, chùm xung này được quyết định bởi sườn xuống của xung ОТСЧЕТ thứ nhất. Sườn lên của xung ОТСЧЕТ thứ hai sẽ ngắt quá trình tạo xung của tín hiệu trả lời ОТBET Б±. Hình 5. Đo tần số lõi dao động trong tín hiệu ОТBET Б±. Dựa vào tín hiệu trên oxylo có thể nhận thấy tín hiệu ОТBET Б± có lõi dao động. Chúng tôi đã tiến hành khảo sát nhiều lần đối với từng vị trí phóng và nhận thấy tần số này Kỹ thuật điều khiển & Điện tử H.T. Khanh, P.T. Công, L.K. Biên, “Nghiên cứu giao thức truyền phòng không PALMA.” 74 là khác nhau đối với từng vị trí phóng. Như vậy, mỗi vị trí phóng tên lửa sẽ bắt tay với khối vô tuyến trên bệ trên một tần số khác nhau. Điều này sẽ giúp tránh hiện tượng can nhiễu lẫn nhau khi có nhiều hơn một quả tên lửa cùng được lắp lên giá phóng. Các hình ảnh thể hiện, kết quả khảo sát trên đều là kết quả được thực hiện đối với vị trí phóng số 7 trên bệ. Đối với vị trí này, dao động lõi của tín hiệu ОТBET Б± có tần số là 485,4 Hz (Hình 5). Dựa trên các kết quả khảo sát chúng tôi nhận thấy rằng khởi đầu của tổ hợp bộ tín hiệu КOД Б0, КOД Б1, КOД Б2 là khác nhau đối với mỗi vị trí phóng. Như vậy, thiết bị giả đạn đã phân biệt các vị trí phóng để đưa ra lõi tần số cho tín hiệu ОТBET Б± dựa trên tổ hợp tín hiệu này. Tổng hợp các kết quả nhận được sự phụ thuộc của tần số này như trong bảng sau [6]. Mã КOД Б0 Б1 Б2 Chu kỳ xung Тотв,μs (Tần số, Hz) 001 2048 (488,28) 010 2052 (487,33) 011 2056 486,38 100 2060 (485,44) 101 2064 484,5 110 2068 (483,56) Dựa theo bảng trên có thể nhận thấy, các kết quả ở trên tương ứng với vị trí số 7 trên giá phóng và có mã vô tuyến 100, xung lõi tần số ОТBET Б± là 485,4Hz. 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 nay của Nga, các thiết bị thành phần đã được số hóa với tỷ lệ rất lớn. 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 điêu kiện thuận lợi cho việc cải tiến, thay thế các thành phần trong hệ thống. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. “Изделение 3P - 99Э Руководство по эксплуатации, часть 1,2,3,4”. 2008. [2]. “Электрический имитатор зенитной управляемой ракеты 9М340. Руководство по эксплуатации. ИМ.00.00РЭ ". 2008. [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 phòng không Sosna - R” . 2013. [6]. ИЗДЕЛИЕ 9С851 Руководство по эксплуатации Часть 1,2 - АВИМ.461312.001 РЭ Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 41, 02 - 2016 75 ABSTRACT STUDYING THE DATA PROTOCOL IN PALMA ANTI-AIR CRAFT MISSILE AND ARTILLERY SYSTEM The paper presents the results of the data exchange protocol between the fire control equipment and the missile in the Sosna-R anti-aircraft missile system during a test process. The studied data include the digital data on RS485 communication lines and logic data on the signal lines. Keywords: Anti-aircraft missile, Palma, Sosna - R, RS 485 Nhận bài ngày 16 tháng 08 năm 2015 Hoàn thiện ngày 06 tháng 11 năm 2015 Chấp nhận đăng ngày 22 tháng 02 năm 2016 Địa chỉ: 1 Viện Tên lửa, Viện Khoa học và công nghệ quân sự; 2 Viện Điện tử, Viện Khoa học và công nghệ quân sự. * Email: thekhanh126@yahoo.com