CN101806559B

CN101806559B - 半实物仿真模拟器的遥测数据接收转发方法及装置

Info

Publication number: CN101806559B
Application number: CN2010101369462A
Authority: CN
Inventors: 彭宇; 乔立岩; 周建宝; 刘大同; 潘大为; 赵光权
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: CN101806559A

Abstract

半实物仿真模拟器的遥测数据接收转发方法及装置，属于航空航天领域，本发明为解决现有半实物仿真导弹遥测系统进行振动试验测试时，通过无线方式接收到的易受干扰、误码率高的问题。本发明半实物仿真模拟器的遥测数据接收转发方法为：将所述遥测数据接收转发装置通过定位孔固定在弹上信息处理器上，遥测数据接收转发装置包括FPGA、遥测数据接收端口电路、数据转发端口电路和存储单元，遥测数据接收端口电路接收弹上信息处理器的遥测数据，并传输给FPGA处理，FPGA处理后的数据存储在存储单元中，当接收完数据，且转台静止后，数据转发端口电路在地面接收装置的控制下将存储单元中的数据转发给地面接收装置，完成遥测数据接收和转发。

Description

半实物仿真模拟器的遥测数据接收转发方法及装置

技术领域

本发明涉及半实物仿真模拟器的遥测数据接收转发方法及遥测数据接收转发装置，属于航空航天领域。

背景技术

遥测系统是导弹系统测试设备的主要组成部分，是其数据接收转发的基本技术之一，在信号传输方面有至关重要的作用。在遥测系统中，半实物仿真模拟器的研制工作非常重要。由于导弹、火箭、航天器等造价昂贵，飞行试验次数受限，对地面遥测设备进行调试和性能检测，不可能每次都用外场试飞。因此，采用半实物仿真模拟技术来制造一个类似实际箭(弹)、星上遥测数据信号的接收、发送试验环境，对于遥测系统的研究十分必要。目前，在试验环境下进行弹上遥测信息的传输主要有两种方式：一是采用无线传输方式，在信号传输过程中，由于受到外界电磁等因素干扰以及本身在特定试验环境下受到振动、冲击等因素的影响，数据信号的传输效果不佳，误码率较高，导致信息采集不完整；二是采用有线遥测接口方式，该方式的特点是将半实物仿真模拟器的遥测数据通过某种有线串行通讯电缆与地面测试设备直接相连，在试验过程中遥测数据实时地传输给地面测试设备。在导弹、火箭等设备上，试验时半实物仿真模拟器一般随转台进行高速的转动，所以串行通讯电缆需要通过滑环固定在半实物仿真模拟器上，但由于转台的电磁干扰、电缆振动、噪声等因素导致遥测数据误码率较高、数据不完整。例如某型号弹上半实物仿真弹上信息处理器，其工作原理如图1所示，在转台1的台面上以转台的转动轴为中心放置弹上信息处理器2，弹上信息处理器2通过滑环5、串行通讯电缆6与地面接收装置3实现通讯，该半实物仿真弹上信息处理器配套与某型导弹进行模拟飞行试验使用，试验时该弹上信息处理器2固定在转台1上。串行通讯电缆6起到数据传输的作用，一端连接在地面接收装置3上，另一端通过滑环5连接到弹上信息处理器2上，连接电缆长度为3m。所述弹上信息处理器2的遥测接口采用同步自定义通讯协议，数据传输速率为1~5Mbps，可以进行设置。在进行试验时弹上信息处理器2与转台1一起进行高速转动，转动过程中遥测数据通过专用电缆——串行通讯电缆6实时传送到地面接收装置3中，试验结束后地面接收装置3对遥测数据进行分析和处理。在试验过程中由于电缆的振动噪声的影响，数据混乱，误码率较高。

发明内容

本发明目的是为了解决现有半实物仿真导弹遥测系统进行振动试验测试时，通过无线方式接收到的易受干扰、误码率高的问题，提供了一种半实物仿真模拟器的遥测数据接收转发方法及装置。

本发明半实物仿真模拟器包括转台、弹上信息处理器和地面接收装置，

半实物仿真模拟器的遥测数据接收转发方法为：

将遥测数据接收转发装置通过定位孔固定在弹上信息处理器上，遥测数据接收转发装置包括FPGA、遥测数据接收端口电路、数据转发端口电路和存储单元，

遥测数据接收端口电路接收弹上信息处理器的遥测数据，并传输给FPGA处理，FPGA处理后的数据存储在存储单元中，

当接收完数据，且转台静止后，数据转发端口电路在地面接收装置的控制下将存储单元中的数据转发给地面接收装置，完成遥测数据接收和转发。

实现上述方法的遥测数据接收转发装置，它包括FPGA、遥测数据接收端口电路、数据转发端口电路和存储单元，遥测数据接收端口电路的输入端为接收遥测数据端口，遥测数据接收端口电路的输出端与FPGA的输入端相连，FPGA的数据输入输出端与数据转发端口电路的数据输入输出端相连，FPGA的存储输入输出端与存储单元的存储输入输出端相连。

本发明的优点：

本发明所述方法可以实现对高速、大容量数据的接收、转发。遥测数据接收方式、速率可远程控制；屏蔽性能好，抗干扰能力强；在转台高速转动时将遥测数据保存好，试验结束后再将将保存的数据给地面接收设备，这样避免了在转台高速转动时用电缆将数据传输给地面接收设备存在的问题。

附图说明

图1是背景技术中采用有线遥测接口方式的半实物仿真模拟器的结构示意图，图2是本发明结构示意图，图3是实施方式二的结构示意图，图4是遥测数据接收转发装置的详细结构示意图，图5是遥测端口的位同步信号、字节同步信号及遥测数据的时序关系图，图6是遥测数据接收模块流程图，图7是同步接收模块的原理框图，图8是同步发送模块的原理框图，图9是半实物仿真模拟器接收转发遥测数据的工作流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式所述半实物仿真模拟器包括转台1、弹上信息处理器2和地面接收装置3，

半实物仿真模拟器的遥测数据接收转发方法为：

将遥测数据接收转发装置4通过定位孔固定在弹上信息处理器2上，遥测数据接收转发装置4包括FPGA41、遥测数据接收端口电路42、数据转发端口电路43和存储单元44，

遥测数据接收端口电路42接收弹上信息处理器2获取的遥测数据，并传输给FPGA41处理，FPGA41处理后的数据存储在存储单元44中，

当接收完数据，且转台1静止后，数据转发端口电路43在地面接收装置3的控制下将存储单元44中的数据转发给地面接收装置3，完成遥测数据接收和转发。

在试验时遥测数据接收转发装置4与弹上信息处理器2保持同步转动，遥测数据接收转发装置4通过特定的遥测接口接收弹上信息处理器2的遥测数据，与弹上信息处理器2通讯的数据接收电缆长10cm，存储单元44的数据存储容量32Mbit ，试验结束后，遥测数据接收转发装置4通过同步串行通讯将遥测数据转发给地面测试设备3，通讯协议为HDLC协议，速率最高为8Mbps（可设置）。装置具有很强的抗电磁干扰的能力、避免了电缆振动带来的影响，可以保证半实物仿真系统的遥测数据传输的正确性、完整性。

遥测数据接收端口电路42的位同步信号（BS）、字节同步信号（WS）及遥测数据（DATA）的时序关系如图5所示。

遥测数据接收转发装置4上电后，会连续发送位同步BS信号，默认速率为5.0MHz，装置在地面测试计算机的控制可以输出1~5个字节长度的字节同步信号WS。WS为低电平有效，发送的字节同步信号下沿对应位同步信号的上沿，弹上信息处理器2在位同步信号的下沿读字节同步信号，在下一个位同步信号的下沿使能弹上信息处理器2发送遥测数据，遥测数据接收转发装置4在接着的下一个位同步信号的上沿接收数据。数据的接收过程通过在FPGA41内部Verilog语言编程实现。

遥测数据接收为装置的核心部分，遥测数据通过光电耦合器42-1进入可编程逻辑器件FPGA41，通过在FPGA41内部Verilog语言编程，按照特定协议实现遥测数据的串并转换及存储，在FPGA41内部遥测数据接收单独设计成一个模块，即为遥测数据接收模块41-1。遥测数据接收模块41-1的工作流程如图6所示。

FPGA41包括遥测数据接收模块41-1、数据存储模块41-2、同步发送模块41-3和同步接收模块41-4，同步接收模块41-4接收来自数据转发端口电路43的控制命令，并根据所述控制命令控制数据存储模块41-2将存储单元44中的数据通过同步发送模块41-3转发至数据转发端口电路43，同步接收模块41-4还控制遥测数据接收模块41-1接收遥测数据接收端口电路42发送过来的遥测数据，遥测数据接收模块41-1将接收的串行的遥测数据转换成并行的遥测数据，并通过数据存储模块41-2存储到存储单元44中。

遥测数据接收端口电路42包括光电耦合器42-1和电平转换芯片42-2，电平转换芯片42-2用于接收遥测数据接收模块41-1的控制信号，电平转换芯片42-2还用于输出位同步信号和字节同步信号来控制遥测数据的传输方式，光电耦合器42-1用于接收遥测数据，光电耦合器42-1还用于输出遥测数据给遥测数据接收模块41-1。

遥测数据接收端口电路42采用了隔离技术，数据接收用的光电耦合器42-1选用HCPL2430芯片，为光隔离技术，HCPL2430为DIP8封装，体积小，传输速率可达到40Mbps，用于输出位同步信号和字节同步信号的电平转换芯片42-2采用IL-422，为磁隔离技术，其功耗很低、体较小、集成度高，传输速率可到到150Mbps。

数据转发端口电路43选用IL-422芯片。

数据转发端口电路43为同步全双工RS-422串行通讯接口，接口芯片采用高速IL-422芯片，IL-422兼容RS-422和RS-485两种通讯电平，通用性强。通讯采用标准HDLC协议，RS-422串行通讯包括接收模块和发送模块两部分，通过在FPGA41内部Veriolg语言编程实现，分别对应FPGA41中的同步发送模块41-3和同步接收模块41-4。

同步接收模块41-4主要完成帧同步字节“7E”识别、零码剔除、串/并转换、站址识别、CRC校验、无效帧检测，并按照约定的功能对启动遥测、停止遥测、字节同步信号的长度、遥测速率、遥测数据帧长度及转发速率设置进行控制。同步接收模块41-4原理框图如图7所示。

同步发送模块41-3由时钟生成子模块、数据移位寄存器、CRC移位寄存器、零码插入模块、控制模块等组成，完成发送时钟生成、遥测数据并/串转换、CRC校验码生成、零码插入、成帧等功能。发送模块的原理框图如图8所示。

存储单元44选用SDRAM。

存储单元44主要存储接收的遥测数据，设计中采用了SDRAM HY57V561620CLT，HY57V561620CLT体积小（长22mm，宽12mm）集成度高，速度快，最高可达到166MHz，容量大，单片容量为16Mbit，操作简便。

参见图9所示的流程图，半实物仿真模拟器进行数据接收转发的具体工作过程为：

一、系统上电，软硬件初始化，试验开始，转台1开始转动；

二、通讯设置：对RS-422串行通讯的速率、字节同步信号（WS）长度和位同步信号（BS）及遥测数据帧长设置；

三、启动遥测：软件启动遥测，即WS和BS有效，遥测数据接收端口电路42的电平转换芯片42-2输出WS和BS信号给弹上信息处理器2，然后弹上信息处理器2输出遥测数据，这时光电耦合器42-1才按照规定的协议接收弹上信息处理器2的遥测数据，并传送至FPGA41。

四、FPGA41中的遥测数据接收模块41-1按照规定的协议接收遥测数据，进行串并转换，同时将遥测数据存储到存储单元4（SDRAM）内。

五、数据存储的过程中对字节进行计数，当达到设定的帧长，重新开始进行下一帧的接收。

六、试验结束，转台1停止转动，半实物仿真系统停止发送遥测数据，遥测数据接收端口电路42不再接收遥测数据；

七、软件启动转发功能将存储在SDRAM内的遥测数据转发到地面测试设备。同步接收模块41-4将启动信号发送给数据存储模块41-2，启动转发，将存储在存储单元44中的数据通过同步发送模块41-3发送给数据转发端口电路43。

八、地面接收设备3对遥测数据进行处理。FPGA41通过数据转发端口电路43转发出去的遥测数据被地面接收设备3接收并处理。

具体实施方式二：本实施方式为实现本实施方式一所述的半实物仿真模拟器的遥测数据接收转发方法的遥测数据接收转发装置，所述遥测数据接收转发装置4包括FPGA41、遥测数据接收端口电路42、数据转发端口电路43和存储单元44，遥测数据接收端口电路42的输入端为接收遥测数据端口，遥测数据接收端口电路42的输出端与FPGA41的输入端相连，FPGA41的数据输入输出端与数据转发端口电路43的数据输入输出端相连，FPGA41的存储输入输出端与存储单元44的存储输入输出端相连。

遥测数据接收端口电路42包括光电耦合器42-1和电平转换芯片42-2，电平转换芯片42-2用于输出位同步信号和字节同步信号来控制遥测数据的传输方式，光电耦合器42-1用于接收遥测数据，光电耦合器42-1还用于输出遥测数据给遥测数据接收模块41-1。

光电耦合器42-1选用HCPL2430芯片。电平转换芯片42-2选用IL-422芯片。

数据转发端口电路43选用IL-422芯片。

存储单元44选用SDRAM。

本发明尺寸小，金属结构件直径12cm，高度10cm，屏蔽性能好，抗干扰能力强，可以实现对高速、大容量数据的接收、转发。遥测数据接收方式、速率可远程控制。主要性能指标有：

1）遥测数据接口采用隔离技术；

2) 遥测接收速率默认为5Mbps，可远程设置； 2Mbps、4Mbps、5Mbps、8Mbps；

3) 数据缓冲存储深度32Mbit；

4) 数据转发部分采用全双工RS-422通讯：支持HDLC传输协议，采用CCITT-16格式自动计算16位CRC校验码；

5) 转发速率默认1Mbps，可设置800kbps、2Mbps、4Mbps、8Mbps。

Claims

1.半实物仿真模拟器的遥测数据接收转发方法，所述半实物仿真模拟器包括转台（1）、弹上信息处理器（2）和地面接收装置（3），

其特征在于，半实物仿真模拟器的遥测数据接收转发方法为：

将遥测数据接收转发装置（4）通过定位孔固定在弹上信息处理器（2）上，遥测数据接收转发装置（4）包括FPGA（41）、遥测数据接收端口电路（42）、数据转发端口电路（43）和存储单元（44），

遥测数据接收端口电路（42）接收弹上信息处理器（2）发送的遥测数据，并传输给FPGA（41）处理，FPGA（41）处理后的数据存储在存储单元（44）中，

当接收完数据，且转台（1）静止后，数据转发端口电路（43）在地面接收装置（3）的控制下将存储单元（44）中的数据转发给地面接收装置（3），完成遥测数据接收和转发。

2.实现权利要求1所述的半实物仿真模拟器的遥测数据接收转发方法的遥测数据接收转发装置，其特征在于，所述遥测数据接收转发装置（4）包括FPGA（41）、遥测数据接收端口电路（42）、数据转发端口电路（43）和存储单元（44），遥测数据接收端口电路（42）的输入端为接收遥测数据端口，遥测数据接收端口电路（42）的输出端与FPGA（41）的输入端相连，FPGA（41）的数据输入输出端与数据转发端口电路（43）的数据输入输出端相连，FPGA（41）的存储输入输出端与存储单元（44）的存储输入输出端相连。

3.根据权利要求2所述的遥测数据接收转发装置，其特征在于，FPGA（41）包括遥测数据接收模块（41-1）、数据存储模块（41-2）、同步发送模块（41-3）和同步接收模块（41-4），同步接收模块（41-4）接收来自数据转发端口电路（43）的控制命令，并根据所述的控制命令控制数据存储模块（41-2）将存储单元（44）中的数据通过同步发送模块（41-3）转发至数据转发端口电路（43），同步接收模块（41-4）还控制遥测数据接收模块（41-1）接收遥测数据接收端口电路（42）发送过来的遥测数据，遥测数据接收模块（41-1）将接收的串行的遥测数据转换成并行的遥测数据，并通过数据存储模块（41-2）存储到存储单元（44）中。

4.根据权利要求2所述的遥测数据接收转发装置，其特征在于，遥测数据接收端口电路（42）包括光电耦合器（42-1）和电平转换芯片（42-2），电平转换芯片（42-2）用于输出位同步信号和字节同步信号来控制遥测数据的传输方式，光电耦合器（42-1）用于接收遥测数据，光电耦合器（42-1）还用于输出遥测数据给遥测数据接收模块（41-1）。

5.根据权利要求4所述的遥测数据接收转发装置，其特征在于，光电耦合器（42-1）选用HCPL2430芯片。

6.根据权利要求4所述的遥测数据接收转发装置，其特征在于，电平转换芯片（42-2）选用IL-422芯片。

7.根据权利要求2所述的遥测数据接收转发装置，其特征在于，数据转发端口电路（43）选用IL-422芯片。

8.根据权利要求2所述的遥测数据接收转发装置，其特征在于，存储单元（44）选用SDRAM。