CN105651327B - 一种适用于机载光电系统健康状态的监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种适用于机载光电系统健康状态的监测方法，属于机载光电技术领域。本发明采取光电系统产品内部设置健康状态监测单元，外部配合健康状态监测计算机的方法，实现对机载光电系统的半智能化外场维护。自动采集产品内部关键信号参数，与事先确定的参数正常范围进行实时比对，若出现参数异常，满足警示条件后，自动向光电系统主计算机上报异常内容，并给出警告、某型功能丧失、立即维护等使用建议。在地面产品维护状态，可以进入高级维护模式，对产品实施详查，待维护结束，将维护信息记录到产品内部健康状态监测单元的非易失存储器中，便于产品质量过程管理的可追溯性。

Description

一种适用于机载光电系统健康状态的监测方法

技术领域

本发明属于机载光电技术领域，是一种适用于机载光电系统健康状态的监测方法，该方法是通过内置处理器实时监测机载光电系统多路关键信号，判断系统健康状态，将传统视情维护升级为半智能化的健康维护。

背景技术

光电系统作为飞机平台的重要任务设备，具备执行战场侦察，目标指示等作战能力。系统维护则是保证光电任务设备出色完成各项作战使命的重要步骤。随着武器装备的发展，光电系统被赋予更多的功能模式，维护的需求和难度也随之加大。传统的系统维护方式有光电系统上电自检测维护和人工地面检测维护两种方式，这两种方式已经无法满足光电系统智能化和故障定位修复快速化的趋势需求，设计一种适用于机载光电系统健康状态的监测方法和装置来提高其战前维护效能显得尤为重要。

目前，机载光电任务设备系统维护采用上电自检测维护配合人工地面检测维护的方式。系统上电自检测维护是指光电系统在上电之后，伺服系统、各个传感器单体、陀螺等进行自我检测，检测结束之后将结果上报给任务管理计算机，当检测结果异常时，地面维护人员对异常部件进行相应操作。这种检测方式属于一种被动监测方式。被检部件的种类受限，除了可自检部件，对很多关键单元无法做到有效监测。部件种类越多，需要的串口硬件资源和被占用的任务计算机资源越多，容易造成系统资源浪费。不具备人机交互功能，操作人员无法及时准确地掌握系统实时状态信息，维护起来十分不易。

发明内容

为解决当前机载光电任务设备维护难度大、维护成本高、维护效率低和智能化程度低的问题，本发明提出了一种适用于机载光电系统健康状态的监测方法，该方法以安装在系统母板上的监测装置为硬件平台进行实现，监测装置内置有微处理器、A/D转换器、通讯模块、信号选择器、存储器和健康状态监测软件包。

本发明的技术方案为：

所述一种适用于机载光电系统健康状态的监测方法，其特征在于：包括机载光电系统实时监测部分和机载光电系统地面维护部分；

所述机载光电系统实时监测部分包括以下步骤：

步骤1：机载光电系统上电后，监测装置初始化，监测装置初始化延迟若干秒启动，保证监测装置启动滞后于机载光电系统任务计算机；

步骤2：设置两个参数数组(β₁，β₂，β₃…β_n)和(γ₁，γ₂，γ₃…γ_n)，(β₁，β₂，β₃…β_n)分别表示机载光电系统n个对应信号的正常数值下限，(γ₁，γ₂，γ₃…γ_n)分别表示机载光电系统n个对应信号的正常数值上限；

步骤3：设置一个故障编码ξ及一个故障次数数组T：ξ＝(ξ₁，ξ₂，ξ₃…ξ_n)，故障编码ξ的初值全取1，T＝(T₁，T₂，T₃…T_n)，故障次数数组T的初值全取0；ξ_j表示第j路信号的状态，0表示故障，1表示正常；T_j表示第j路信号的故障次数；

步骤4：监测装置将机载光电系统n个对应信号以此进行A/D转换，得到信号数组(α₁，α₂，α₃…α_n)；

步骤5：对三个数组分别做差，得到

(δ₁，δ₂，δ₃…δ_n)＝(α₁，α₂，α₃…α_n)-(β₁，β₂，β₃…β_n)

(ε₁，ε₂，ε₃…ε_n)＝(γ₁，γ₂，γ₃…γ_n)-(α₁，α₂，α₃…α_n)

步骤6：依次判断(δ₁，δ₂，δ₃…δ_n)以及(ε₁，ε₂，ε₃…ε_n)：对于第j路信号，若δ_j<0或ε_j<0，则将ξ_j置0，T_j自增1，若δ_j≥0且ε_j≥0，则将ξ_j置1，T_j置0；

步骤7：故障次数数组T中是否有元素达到真实故障阈值，若有，则将故障编码ξ发送给光电系统任务管理计算机，并将故障编码ξ和系统时间存入监测装置存储器，同时将达到真实故障阈值的元素置0，对应信号的故障编码元素置1；

步骤8：循环进行步骤4～步骤8，直至监测装置关闭；

所述机载光电系统地面维护部分包括以下步骤：

步骤a：机载光电系统上电后，监测装置初始化，监测装置初始化延迟若干秒启动，保证监测装置启动滞后于机载光电系统任务计算机；

步骤b：光电系统任务管理计算机向监测装置发送读取历史故障信息、读取光电系统电子履历指令；

步骤c：监测装置根据接收的光电系统任务计算机操控指令，对存储器进行读取、写入操作，将读取的历史故障信息、光电系统电子履历信息以及维护建议通过RS422反馈给光电系统任务计算机；任务计算机将上述信息转发给地面操控设备进行界面显示；

步骤d：地面维护人员参照历史故障信息、光电系统电子履历信息和维护建议对光电系统进行相应的维护操作。

有益效果

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

(一)本发明的光电系统健康状态监测装置将传统的系统被动检测改为半智能化的主动监测，能够快速发现故障、定位故障、上报故障、存储故障信息和给出维护建议，大大缩减系统维护需要的人力成本和时间成本。

(二)本发明的光电系统健康状态监测方法需要的硬件资源较少，有利于监测装置的小型化，便捷化。

(三)本发明的光电系统健康状态监测装置采用与系统并联的方式进行安装与设计，拆装方便。该装置不但可以实时对光电系统进行监测，而且在它出现故障时，不会影响光电系统的正常使用，保证了光电系统的可靠性。

(四)本发明的光电系统健康状态监测方法和装置，具有较强的通用性和工程应用价值。

附图说明

图1是本发明方法的工作流程图。

图2是本发明信号流程图。

图3是本发明监测装置内部器件连接图。

图4是本发明监测装置结构安装示意图。

1—母板，2—监测装置。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

本发明优选实施例是针对安装在光电任务设备中的光电系统健康状态监测装置的监测实施方法。监测装置内部设置有微处理器、A/D转换器、通讯模块、信号选择器、存储器和健康状态监测软件包。本实例选择了光电系统关键的信号集。其中伺服系统包括4路SDC使能(内方位、内俯仰、外方位、外俯仰)、4路SDC电流反馈(内方位、内俯仰、外方位、外俯仰)及4路SCL输出(内方位、内俯仰、外方位、外俯仰)。电压信号集有+28V(激光器、热像传感器供电电压及驱动板使用电压)、+24V(环控系统供电电压)、±15V(计算机、SCL、SDC等电路板使用电压)、±12V(电视传感器及旋转变压器供电电压)及±5V(计算机板、跟踪器板等使用电压)，电流信号集包含激光器、热像传感器过流信号，环控系统过流信号，SCL、SDC电路板过流信号，电视传感器及旋转变压器过流信号，计算机板和跟踪器板过流信号。该电流信号集分别对应于+28V电流、+24V电流、±15V电流、±12V电流及±5V电流。还有一路光电系统电子舱的温度信号，共28路。

本实施例的机载光电系统健康状态监测方法包括机载光电系统实时监测部分和机载光电系统地面维护部分：

所述机载光电系统实时监测部分包括以下步骤：

步骤1：机载光电系统上电后，监测装置初始化，监测装置初始化延迟若干秒启动，保证监测装置启动滞后于机载光电系统任务计算机；

步骤2：设置两个参数数组(β₁，β₂，β₃…β₂₈)和(γ₁，γ₂，γ₃…γ₂₈)，(β₁，β₂，β₃…β₂₈)分别表示机载光电系统28路对应信号的正常数值下限，(γ₁，γ₂，γ₃…γ₂₈)分别表示机载光电系统28路对应信号的正常数值上限；

本实施例中：

(β₁，β₂，β₃…β₂₈)＝(1950，-2050，500，-600，1150，-1250···)

(γ₁，γ₂，γ₃…γ₂₈)＝(2050，-1950，600，-500，1250，-1150···)

步骤3：设置一个故障编码ξ及一个故障次数数组T：

ξ＝(ξ₁，ξ₂，ξ₃…ξ₂₈)，故障编码ξ的初值全取1，T＝(T₁，T₂，T₃…T₂₈)，故障次数数组T的初值全取0；ξ_j表示第j路信号的状态，0表示故障，1表示正常；T_j表示第j路信号的故障次数；

步骤4：通过微处理器和信号选择器配合使用，监测装置将机载光电系统28路对应信号以此进行A/D转换，得到信号数组(α₁，α₂，α₃…α₂₈)；例如，得到28路信号参数组(2005，-2004，555，-545，1228，-1300···)；

步骤5：对三个数组分别做差，得到

(δ₁，δ₂，δ₃…δ_n)＝(α₁，α₂，α₃…α_n)-(β₁，β₂，β₃…β_n)

(ε₁，ε₂，ε₃…ε_n)＝(γ₁，γ₂，γ₃…γ_n)-(α₁，α₂，α₃…α_n)

本实施例中：

(δ₁，δ₂，δ₃…δ₂₈)＝(55，46，55，55，78，-50···)

(ε₁，ε₂，ε₃…ε₂₈)＝(45，54，45，45，22，150···)

步骤6：依次判断(δ₁，δ₂，δ₃…δ₂₈)以及(ε₁，ε₂，ε₃…ε₂₈)：对于第j路信号，若δ_j<0或ε_j<0，则将ξ_j置0，T_j自增1，若δ_j≥0且ε_j≥0，则将ξ_j置1，T_j置0；

步骤7：故障次数数组T中是否有元素达到真实故障阈值，若有，则将故障编码ξ发送给光电系统任务管理计算机，并将故障编码ξ和系统时间存入监测装置存储器，同时将达到真实故障阈值的元素置0，对应信号的故障编码元素置1；本实施例中，真实故障阈值取4；

例如本实施例中，第6路信号达到真实故障阈值：

ξ＝1111101111111111111111111111

T＝(0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0)

则认为故障真实，将该故障编码ξ转化为十六进制序列0x0F、0xBF、0xFF、0xFF，通过RS422发送给光电系统任务管理计算机，并给出维护建议(例如-5V电压故障，建议进行电源维护)，同时，将故障编码0x0F、0xBF、0xFF、0xFF加上系统时间一并存入存储器中，以备维护复查，再将T₆置0，ξ₆置1；

步骤8：循环进行步骤4～步骤8，直至监测装置关闭；

所述机载光电系统地面维护部分包括以下步骤：

步骤a：机载光电系统上电后，监测装置初始化，监测装置初始化延迟若干秒启动，保证监测装置启动滞后于机载光电系统任务计算机；

步骤b：光电系统任务管理计算机向监测装置发送读取历史故障信息、读取光电系统电子履历指令；

步骤c：监测装置根据接收的光电系统任务计算机操控指令，对存储器进行读取、写入操作，将读取的历史故障信息、光电系统电子履历信息以及维护建议通过RS422反馈给光电系统任务计算机；任务计算机将上述信息转发给地面操控设备进行界面显示；

步骤d：地面维护人员参照历史故障信息、光电系统电子履历信息和维护建议对光电系统进行相应的维护操作。

图2所示为本发明的信号流程图。硬件电路为本发明的实现平台，而监测软件则是本发明信号处理的核心，通过地面操控设备的触摸屏可以完成对监测装置的指令操控与数据控制。由于光电系统的关键信号均是模拟信号，需先将这些信号进行提取与调制，然后由单片机配合AD芯片进行模数转换处理，形成故障编码。一路由单片机处理后，经其上的UART模块通过RS422串行总线发送到光电系统管理计算机；令一路由单片机通过数据总线直接送到存储单元进行数据存储。地面操控设备通过1553B总线与光电系统任务计算机进行逻辑操作与运算产生相应的操作指令和数据交互，进而实现监测装置与任务计算机及任务计算机与地面操控设备之间的数据、指令交互，完成各种功能。

图3所示为监测装置内部器件连接图。光电系统信号集通过信号选择器选择其中1路送到A/D转换器进行模数转换，将转换结果送给微控制器，通过监测软件包进行数据分析，将分析结果通过通讯模块发送给上位机，并对分析结果进行选择性存储。

图4所示为监测装置结构安装示意图。其中，1为系统母板，2为监测装置。

本发明采取光电系统产品内部设置健康状态监测单元，外部配合健康状态监测计算机的方法，实现对机载光电系统的半智能化外场维护。自动采集产品内部关键信号参数，与事先确定的参数正常范围进行实时比对，若出现参数异常，满足警示条件后，自动向光电系统主计算机上报异常内容，并给出警告、某型功能丧失、立即维护等使用建议。在地面产品维护状态，可以进入高级维护模式，对产品实施详查，待维护结束，将维护信息记录到产品内部健康状态监测单元的非易失存储器中，便于产品质量过程管理的可追溯性。

本发明能够在线监控光电系统健康状态，快速发现系统故障，有效避免故障带来的“次生危害”，同时解决了系统故障定位难的问题，可将传统视情维护升级为半智能化的健康维护，降低对维护人员的要求，提高产品外场使用和维护效率。本装置体积小，适用于不同型号的光电系统，通用性强。

Claims (1)

1.一种适用于机载光电系统健康状态的监测方法，其特征在于：包括机载光电系统实时监测部分和机载光电系统地面维护部分；

所述机载光电系统实时监测部分包括以下步骤：

步骤1：机载光电系统上电后，监测装置初始化，监测装置初始化延迟若干秒启动，保证监测装置启动滞后于机载光电系统任务计算机；

步骤2：设置两个参数数组(β₁，β₂，β₃…β_n)和(γ₁，γ₂，γ₃…γ_n)，(β₁，β₂，β₃…β_n)分别表示机载光电系统n个对应信号的正常数值下限，(γ₁，γ₂，γ₃…γ_n)分别表示机载光电系统n个对应信号的正常数值上限；

步骤3：设置一个故障编码ξ及一个故障次数数组T：ξ＝(ξ₁，ξ₂，ξ₃…ξ_n)，故障编码ξ的初值全取1，T＝(T₁，T₂，T₃…T_n)，故障次数数组T的初值全取0；ξ_j表示第j路信号的状态，0表示故障，1表示正常；T_j表示第j路信号的故障次数；

步骤4：监测装置将机载光电系统n个对应信号依次进行A/D转换，得到信号数组(α₁，α₂，α₃…α_n)；

步骤5：对三个数组分别做差，得到

(δ₁，δ₂，δ₃…δ_n)＝(α₁，α₂，α₃…α_n)-(β₁，β₂，β₃…β_n)

(ε₁，ε₂，ε₃…ε_n)＝(γ₁，γ₂，γ₃…γ_n)-(α₁，α₂，α₃…α_n)

步骤6：依次判断(δ₁，δ₂，δ₃…δ_n)以及(ε₁，ε₂，ε₃…ε_n)：对于第j路信号，若δ_j<0或ε_j<0，则将ξ_j置0，T_j自增1，若δ_j≥0且ε_j≥0，则将ξ_j置1，T_j置0；

步骤7：故障次数数组T中是否有元素达到真实故障阈值，若有，则将故障编码ξ发送给机载光电系统任务计算机，并将故障编码ξ和系统时间存入监测装置存储器，同时将达到真实故障阈值的元素置0，对应信号的故障编码元素置1；

步骤8：循环进行步骤4～步骤8，直至监测装置关闭；

所述机载光电系统地面维护部分包括以下步骤：

步骤a：机载光电系统上电后，监测装置初始化，监测装置初始化延迟若干秒启动，保证监测装置启动滞后于机载光电系统任务计算机；

步骤b：机载光电系统任务计算机向监测装置发送读取历史故障信息、读取机载光电系统电子履历指令；

步骤c：监测装置根据接收的机载光电系统任务计算机操控指令，对存储器进行读取、写入操作，将读取的历史故障信息、机载光电系统电子履历信息以及维护建议通过RS422反馈给机载光电系统任务计算机；任务计算机将上述信息转发给地面操控设备进行界面显示；

步骤d：地面维护人员参照历史故障信息、机载光电系统电子履历信息和维护建议对机载光电系统进行相应的维护操作。