CN106292360A - 一种基于数字总线的飞行器上遥测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于数字总线的飞行器上遥测系统，该飞行器上遥测系统具体包括锂电池、数字配电器、二次电源、接口控制器、采编器、存储器和传感器变换器组，本发明采用数字总线和自动自检功能设计，在测试过程中能够通过对关键点电压、电流的测量以及存储器状态数据自动判断系统的工作状态(即系统是否工作正常)，发生故障时能准确定位，提高了系统智能化程度，本发明采用状态测量存储设计，能够将关键点电压、电流测量值、存储器状态以及自检结果发送给采编器(成帧后存储在存储器中)和地面测控系统，便于更好掌握飞行器飞行过程中系统工作情况，同时本发明简化地面测试设备及操作，节约研制成本和人力成本。

Description

一种基于数字总线的飞行器上遥测系统

技术领域

本发明涉及一种基于数字总线的飞行器上遥测系统，属于遥外测系统，应用于高速飞行器的回收遥测领域。

背景技术

遥测系统主要完成飞行器在飞行过程中各种力学、热学以及其他环境参数和其他数据的测量和存储工作。回收遥测是高速飞行器的主要遥测方式之一，存储技术是回收遥测的核心技术。高速飞行器存储回收遥测系统的一般组成相近，多采用存储器系统，一般由供配电设备、传感器变换器组、采编器、接口控制器、存储器等设备组成。地面测控系统一般由存储器测试台、PLC、地面综合测控台以及地面电源系统组成。系统一般技术指标为：

供配电技术一般采用PLC技术，使用地面测控台，通过电磁继电器对飞行器上的设备进行供配电控制。此种方式地面设备多、操作复杂，采用电磁继电器导致系统可靠性低，与其他外系统没有统一的互联互通接口。

存储器容量一般为4GB，并采用单片单页编程方式。目前的容量已无法满足遥测系统需求；未采用纠错算法，导致误码率较高。

系统一般没有自动自检功能，大多数在飞行器发射前通过人工判断系统工作是否正常，此种方式效率不高，不够智能，而且容易出现误判。

系统一般不具有工作状态的测量功能，飞行完成后，事后数据判读时，不能很好地掌握系统的工作状态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于数字总线的遥测系统，该遥测系统提高了存储器存储容量和可靠性，减低存储器误码率，简化地面测试设备及操作，节约研制成本和人力成本；具有自动自检功能，在测试过程中能够自动判读系统工作状态，并能准确定位故障；能够测量并记录系统工作过程中的工作状态，便于更好掌握飞行器飞行过程中系统工作情况。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于数字总线的飞行器上遥测系统，包括锂电池、数字配电器、二次电源、接口控制器、采编器、存储器和传感器变换器组，其中：

锂电池：为飞行器上遥测系统提供一次电源；

数字配电器：供电输入包括锂电池供电和地面电源供电；通过1553B数字总线接口从地面测控系统接收控制指令，将控制指令转化为相应的电平信号，控制内部多路固态继电器动作，为飞行器上遥测系统供配电；对供配电电压、电流进行测量，对二次电源的输出电压进行测量，并从接口控制器接收存储器状态数据，根据上述测量值和存储器状态数据判断存储器、数字配电器和二次电源是否工作正常，将判断结果通过1553B数字总线发送给地面测控系统，并将上述测量值、存储器状态数据同时发送给采编器和地面测控系统；

二次电源：接收数字配电器的供电输入，转换为存储器和传感器变换器组需要的电压；

接口控制器：接收地面测控系统的控制指令并转发给存储器，接收存储器的存储数据并转发给地面测控系统，接收存储器的状态数据并转发给数字配电器，接收外部系统的备份数据并转发给存储器；

采编器：接收传感器变换器组输出的电压模拟量信号，对所述电压模拟量信号进行采集、编码、组帧，并发送给存储器；

存储器：接收接口控制器输出的备份数据和采编器输出的采编数据，进行存储；接收经接口控制器转发的控制指令，进行相应的操作；

传感器变换器组：测量飞行器上的环境参数，并将环境参数值转换为电压模拟量输出给采编器。

在上述基于数字总线的飞行器上遥测系统中，数字配电器包括数字控制模块、供配电模块和测量模块，其中：

数字控制模块：通过1553B数字总线接口从地面测控系统接收控制指令，将控制指令转化为相应的电平信号，将电平信号输出至供配电模块；接收测量模块发送的判断结果，并通过1553B数字总线接口发送给地面测控系统；

供配电模块：供电输入包括飞行器上的锂电池供电和地面电源供电，该模块从数字控制模块接收电平信号，控制内部多路固态继电器动作，为飞行器上遥测系统供配电；

测量模块：从接口控制器接收存储器状态数据；对供配电模块的输出电压、电流进行测量；并对二次电源的输出电压进行测量；分别判断存储器、数字配电器和二次电源是否工作正常，并将判断结果发送给数字控制模块；将存储器状态数据、上述测量数据同时发送给采编器和地面测控系统。

在上述基于数字总线的飞行器上遥测系统中，数字控制模块包括DSP模块和CPLD模块，其中DSP模块通过1553B数字总线接口从地面测控系统接收控制指令，解码后将控制信号输出至CPLD模块；CPLD模块接收DSP模块发送的控制信号，输出相应的电平信号至供配电模块，控制供配电模块的固态继电器动作。

在上述基于数字总线的飞行器上遥测系统中，供配电模块包括固态继电器K1、K2、K3，二极管V1、V2，其中地面电源供电直接连接至固态继电器K2，并通过二极管V1连接至固态继电器K1；锂电池供电通过固态继电器K3后，再通过二极管V2连接至固态继电器K1。

在上述基于数字总线的飞行器上遥测系统中，将所述存储器状态数据、供配电模块的输出电压、电流测量数据、二次电源的输出电压测量数据分别与各自的设定值进行比较，若在要求的标准偏差范围内，则认为相应设备工作正常，否则工作不正常。

在上述基于数字总线的飞行器上遥测系统中，存储器使用六片16GB Flash芯片，其中四片用于存储采编数据，且四片互为备份，以提高可靠性；另外两片用于存储外部的备份数据，两片之间进行串行存储，容量扩展至32GB。

在上述基于数字总线的飞行器上遥测系统中，存储器采用了ECC校验算法；在数据存储时使用汉明编码产生ECC校验码，将ECC校验码存储在存储器中的空闲区域，在数据下载时，若发现错误比特，则通过ECC校验算法进行纠正。

在上述基于数字总线的飞行器上遥测系统中，存储器接收经接口控制器转发的控制指令，进行相应的操作，具体包括擦除、下载、停止下载操作。

在上述基于数字总线的飞行器上遥测系统中，CPLD模块接收DSP模块发送的控制信号，输出相应的电平信号至供配电模块，并将输出的电平信号锁定，即使DSP模块出现故障，CPLD模块仍能保持输出电平信号的稳定。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明采用大容量、低误码率、高可靠存储器设计，提高了存储器存储容量，降低了存储器误码率，提高了存储的可靠性；

(2)、本发明采用数字化总线供配电技术设计，简化了地面测试设备及操作，节约了研制成本和人力成本，同时能够更好与其他系统进行互联互通。

(3)、本发明采用自动自检功能设计，在测试过程中能够通过对关键点电压、电流的测量以及存储器状态数据自动判断系统的工作状态(即系统是否工作正常)，发生故障时能准确定位，提高了系统智能化程度。

(4)、本发明采用状态测量存储设计，能够将关键点电压、电流测量值、存储器状态以及自检结果发送给采编器(成帧后存储在存储器中)和地面测控系统，便于更好掌握飞行器飞行过程中系统工作情况。

(5)、本发明遥测系统已应用于某飞行器中，并经过多项试验考核，取得良好测量效果，完整获取到了飞行器各项测量参数。

附图说明

图1为本发明飞行器上遥测系统组成框图；

图2为本发明数字配电器组成框图；

图3为本发明供配电模块原理图；

图4为本发明存储器组成框图；

图5为本发明ECC校验码产生原理框图；

图6为本发明数据输出控制模块原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为本发明飞行器上遥测系统组成框图，由图可知本发明飞行器上遥测系统具体包括锂电池、数字配电器、二次电源、接口控制器、采编器、存储器和传感器变换器组，其中锂电池为飞行器上遥测系统提供一次电源。

如图2所示为本发明数字配电器组成框图，由图可知数字配电器包括数字控制模块、供配电模块和测量模块。

数字控制模块通过1553B数字总线接口从地面测控系统接收控制指令，将控制指令转化为相应的电平信号，将电平信号输出至供配电模块；接收测量模块发送的判断结果，并通过1553B数字总线接口发送给地面测控系统。

数字控制模块具体包括DSP模块、CPLD模块，其中DSP模块通过1553B数字总线接口从地面测控系统接收控制指令，解码后将控制信号输出至CPLD模块；CPLD模块接收DSP模块发送的控制信号，输出相应的电平信号至供配电模块，控制供配电模块的固态继电器动作。

其中CPLD模块接收DSP模块发送的控制信号，输出相应的电平信号至供配电模块，并将输出的电平信号锁定，即使DSP模块出现故障，CPLD模块仍能保持输出电平信号的稳定。

供配电模块供电输入包括地面电源供电和飞行器上的锂电池供电，该模块从数字控制模块接收电平信号，控制内部多路固态继电器动作，为飞行器上遥测系统供配电。

如图3所示为本发明供配电模块原理图，由图可知供配电模块包括固态继电器K1、K2、K3，二极管V1、V2，其中地面电源供电直接连接至固态继电器K2，并通过二极管V1连接至固态继电器K1；锂电池供电通过固态继电器K3后，再通过二极管V1连接至固态继电器K1。

测量模块从接口控制器接收存储器状态数据；对供配电模块的输出电压、电流进行测量；并对二次电源的输出电压进行测量；分别判断存储器、数字配电器和二次电源是否工作正常，并将判断结果发送给数字控制模块；将存储器状态数据、测量数据同时发送给采编器和地面测控系统。

将所述存储器状态数据、所述供配电模块的输出电压、电流测量数据、二次电源的输出电压测量数据分别与各自的设定值进行比较，若在要求的标准偏差范围内，则认为相应设备工作正常，否则工作不正常。

二次电源接收数字配电器的供电输入，转换为存储器和传感器变换器组需要的电压。

接口控制器接收地面测控系统的控制指令并转发给存储器，接收存储器的存储数据并转发给地面测控系统，接收存储器的状态信息并转发给数字配电器，接收外部系统的备份数据并转发给存储器。

采编器接收传感器变换器组输出的电压模拟量信号，对所述电压模拟量信号进行采集、编码、组帧，并发送给存储器。

存储器接收接口控制器输出的备份数据和采编器输出的采编数据，进行存储；接收经接口控制器转发的控制指令，进行相应的操作，具体包括擦除、下载、停止下载操作。

如图4所示为本发明存储器组成框图，存储器使用六片16GB Flash芯片，其中四片用于存储采编数据，为了提高可靠性，四片互为备份；另外两片用于存储外部的备份数据，两片之间进行串行存储，容量扩展至32GB。存储器采用了ECC校验算法；在数据存储时使用汉明编码产生ECC校验码，将ECC校验码存储在存储器中的空闲区域，在数据下载时，若存在错误比特，则通过ECC校验算法进行纠正。

传感器变换器组测量飞行器上的力学、热学环境参数，并将参数值转换为电压模拟量输出给采编器。

实施例1

数字配电器通过1553B接口接收地面测控系统控制指令，包括自检、转电、关机指令，完成供配电控制、自检以及状态测量功能。

二次电源完成将直流28V电压转换为2路±15V、1路5V和1路4.8V直流电压的功能。

锂电池为飞行器上设备提供直流28V电压。

1、主要测量参数和指标

该遥测系统主要完成飞行器力学、热学等环境参数，以及外系统备份数据的测量和存储。主要指标如下：

1)测量参数：共90路；

2)总采样率：550.88KHz；

3)编码位宽：8位；

4)码速率：4.407Mbps；

5)外系统备份数据形式：PCM码流；

6)外系统备份数据码速率：5.5Mbps。

2、大容量、低误码率、高可靠存储器设计

1)大容量存储设计

存储器由三个独立的存储模块组成，每个存储模块有两块容量为16GB的Flash芯片。如图4所示。

存储模块1的两块Flash芯片同步进行记录，互为备份；存储模块2的两块Flash芯片同步进行记录，互为备份；存储模块3的两块Flash芯片串行记录，先记录第一片，第一片记录满之后开始记录第二片，存储容量扩展为32GB。

用于存储测量参数的存储模块1和存储模块2，可测量时长为16GB*1024*8/4.407Mbps＝29741s＝8.2h，即该存储器可连续存储8.2h的测量参数。

用于存储外系统备份数据的存储模块3，可存储时长为32GB*1024*8/5.5Mbps＝47662s＝13.2h。即该存储器可连续存储13.2h的外系统备份数据。

3)低误码率设计

NAND Flash芯片在进行编程时存在比特翻转的情况，而且容量越大，比特翻转的可能性越大。因此为了减小误码率，设计中增加了ECC校验算法，使用汉明编码产生模块，产生ECC校验码，每512Byte有效数据产生3Byte的校验码，并存储在每页的用户空闲区域，每页共存储8Kbyte有效数据，因此共产生16组校验码。如图5所示。

数据下载过程中，首先从Flash芯片的每页中读出有效数据，同时从每页的用户空闲区域读出ECC校验码，根据汉明码产生模块产生新的ECC校验码，比特纠错定位模块将新生成的ECC校验码和读出的校验码进行对比，如果有误码，确定出误码位置。为了加快下载速度，设计时增加了乒乓缓存模块，在乒乓缓存模块中根据误码位置对误码进行纠正。如图6所示。

4)高可靠性设计

存储器响应的指令有“下载”、“停止下载”，“擦除”三个指令。接收到“下载”指令后，存储器不再进行记录，开始下载数据；若下载过程中接收到“停止下载”指令，存储器停止下载，不再记录，进入空闲状态；接收到“擦除”指令，存储器擦除Flash芯片中所有数据。

为了防止飞行器在飞行过程中，存储器由于受到干扰接收到异常指令，以及出现意外断电重启现象。进行了以下可靠性设计。

存储器每次上电后等待30s，只在30s内响应“下载”、“擦除”指令。存储器工作模式如下：

a)在30s之内如果接收到下载指令，则下载存储器数据，在下载数据过程中，如果接收到停止下载指令，则停止下载，存储器进入空闲状态，可继续接收下载或擦除指令。存储器数据下载完成之后，存储器也进入空闲状态，可接收下载或擦除指令。

b)在30s内如果接收到擦除指令，则擦除存储器数据，同时将当前写地址复位为存储器首地址。

c)在30s之内如果没有接收到任何指令，30s后则自动进入记录状态，存储器从当前存储的记录地址顺序记录，能够存储并实时更新当前记录地址，当前记录地址在存储器断电后不消失，断电重启后能够从上次存储位置自动进行续存，不会将上次数据覆盖。进入记录状态后，不再接收任何指令。存储器记满后，则不再记录，防止覆盖以往数据。

3、数字化总线供配电技术设计

数字配电器具有1553B数字总线接口，能够接收地面测控系统发送的自检、转电、关机指令，并给地面测控系统反馈自检和转电结果。如图3所示，其中K1、K2、K3为固态继电器开关，V1、V2为二极管。核心处理器采用DSP芯片。

地面测控系统首先给数字配电器供电，数字配电器加电后，其中的DSP开始工作，接通K1和K2，完成28V配电和电池加温配电功能，遥测系统其他设备开始工作，加温电路视环境温度选择是否进行加温。

当数字配电器通过1553B接口接收到转电指令后，接通K3，保持K1接通，同时切断K2。二极管V1和V2的作用是防止电流反灌。

为了提高系统可靠性，防止DSP芯片因受到干扰导致死机或程序跑飞，继电器K1和K3具有指令保持功能。采用将DSP的控制信号输出到CPLD，由CPLD输出高电平直接控制固态继电器。即使DSP出现复位现象，CPLD仍然能够按照内部逻辑锁定控制信号，输出高电平以保持K1和K3的接通。

当数字配电器通过1553B接口接收到关机指令后，切断K1、K2和K3。系统断电，停止工作。

4、自动自检功能设计

数字配电器接收到地面测控系统发出的自检指令后，在2s内，完成系统自检，并通过1553B总线上报自检结果，地面测控系统根据自检结果，确定飞行器是否具备发射条件。自检项目包括供电自检和存储器自检。

供电自检包括：28V供电电压，即图3中C点电压；28V输出电压、电流，即图3中B点的电压和电流。

存储器自检包括：存储模块1、存储模块2和存储模块3的工作状态。

5、状态测量存储设计

在飞行器地面测试以及飞行过程中，数字配电器会对系统工作状态进行测量，测量的内容包括模拟量测量和指令测量。

模拟量测量包括图3中的A、B、C点三点的28V电压；图3中的A、B两点的28V电流；二次电源输出的两路+15V、两路-15V、一路5V和一路4.8V电压。指令测量包括自检、转电、关机等指令。

数字配电器把模拟量测量数据、指令测量数据以及自检和转电结果打包为一个数据帧，测量数据帧格式如表1所示。通过两路RS422接口分别发送给存储器进行存储，同时也发送给地面测控系统进行实时状态监测。

表1数字配电器测量数据帧格式

字节	内容
		1、2	0X5A54
3	A点28V电压
		4	A点电流
5	B点28V电压
		6	B点电流
7	C点28V电压
		8	+15V电压I
9	-15V电压I
		10	+15V电压II
11	-15V电压II
		12	5V电压
13	4.8V电压
		14、15	1553B指令
16、17	自检结果
		18、19	转电结果
20、21、22	帧计数值
		23	校验和
24、25	0X5AFE

6、实际应用情况

该遥测系统提高了系统智能化程度和可靠性，同时提高了获取到的测量参数的正确性，能够与其他系统更好的进行互联互通，另外，简化了地面测试设备及操作，节约了研制成本和人力成本。

该遥测系统已应用于某飞行器中，并经过多项试验考核，取得良好测量效果，完整获取到了飞行器各项测量参数。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种基于数字总线的飞行器上遥测系统，其特征在于：包括锂电池、数字配电器、二次电源、接口控制器、采编器、存储器和传感器变换器组，其中：

锂电池：为飞行器上遥测系统提供一次电源；

数字配电器：供电输入包括锂电池供电和地面电源供电；通过1553B数字总线接口从地面测控系统接收控制指令，将控制指令转化为相应的电平信号，控制内部多路固态继电器动作，为飞行器上遥测系统供配电；对供配电电压、电流进行测量，对二次电源的输出电压进行测量，并从接口控制器接收存储器状态数据，根据上述测量值和存储器状态数据判断存储器、数字配电器和二次电源是否工作正常，将判断结果通过1553B数字总线发送给地面测控系统，并将上述测量值、存储器状态数据同时发送给采编器和地面测控系统；

二次电源：接收数字配电器的供电输入，转换为存储器和传感器变换器组需要的电压；

接口控制器：接收地面测控系统的控制指令并转发给存储器，接收存储器的存储数据并转发给地面测控系统，接收存储器的状态数据并转发给数字配电器，接收外部系统的备份数据并转发给存储器；

采编器：接收传感器变换器组输出的电压模拟量信号，对所述电压模拟量信号进行采集、编码、组帧，并发送给存储器；

存储器：接收接口控制器输出的备份数据和采编器输出的采编数据，进行存储；接收经接口控制器转发的控制指令，进行相应的操作；

传感器变换器组：测量飞行器上的环境参数，并将环境参数值转换为电压模拟量输出给采编器。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字总线的飞行器上遥测系统，其特征在于：所述数字配电器包括数字控制模块、供配电模块和测量模块，其中：

数字控制模块：通过1553B数字总线接口从地面测控系统接收控制指令，将控制指令转化为相应的电平信号，将电平信号输出至供配电模块；接收测量模块发送的判断结果，并通过1553B数字总线接口发送给地面测控系统；

供配电模块：供电输入包括飞行器上的锂电池供电和地面电源供电，该模块从数字控制模块接收电平信号，控制内部多路固态继电器动作，为飞行器上遥测系统供配电；

测量模块：从接口控制器接收存储器状态数据；对供配电模块的输出电压、电流进行测量；并对二次电源的输出电压进行测量；分别判断存储器、数字配电器和二次电源是否工作正常，并将判断结果发送给数字控制模块；将存储器状态数据、上述测量数据同时发送给采编器和地面测控系统。

3.根据权利要求2所述的一种基于数字总线的飞行器上遥测系统，其特征在于：所述数字控制模块包括DSP模块和CPLD模块，其中DSP模块通过1553B数字总线接口从地面测控系统接收控制指令，解码后将控制信号输出至CPLD模块；CPLD模块接收DSP模块发送的控制信号，输出相应的电平信号至供配电模块，控制供配电模块的固态继电器动作。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于数字总线的飞行器上遥测系统，其特征在于：所述供配电模块包括固态继电器K1、K2、K3，二极管V1、V2，其中地面电源供电直接连接至固态继电器K2，并通过二极管V1连接至固态继电器K1；锂电池供电通过固态继电器K3后，再通过二极管V2连接至固态继电器K1。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于数字总线的飞行器上遥测系统，其特征在于：将所述存储器状态数据、供配电模块的输出电压、电流测量数据、二次电源的输出电压测量数据分别与各自的设定值进行比较，若在要求的标准偏差范围内，则认为相应设备工作正常，否则工作不正常。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于数字总线的飞行器上遥测系统，其特征在于：所述存储器使用六片16GB Flash芯片，其中四片用于存储采编数据，且四片互为备份，以提高可靠性；另外两片用于存储外部的备份数据，两片之间进行串行存储，容量扩展至32GB。

7.根据权利要求1或2所述的一种基于数字总线的飞行器上遥测系统，其特征在于：所述存储器采用了ECC校验算法；在数据存储时使用汉明编码产生ECC校验码，将ECC校验码存储在存储器中的空闲区域，在数据下载时，若发现错误比特，则通过ECC校验算法进行纠正。

8.根据权利要求1所述的一种基于数字总线的飞行器上遥测系统，其特征在于：所述存储器接收经接口控制器转发的控制指令，进行相应的操作，具体包括擦除、下载、停止下载操作。

9.根据权利要求3所述的一种基于数字总线的飞行器上遥测系统，其特征在于：所述CPLD模块接收DSP模块发送的控制信号，输出相应的电平信号至供配电模块，并将输出的电平信号锁定，即使DSP模块出现故障，CPLD模块仍能保持输出电平信号的稳定。