CN106296872B - 飞行试验数据记录装置及记录和读取试验数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行试验数据记录装置及方法，装置包括主控电路和存储电路；主控电路包括外部电气接口电路、主控端电源及时钟管理电路、千兆以太网接口电路、RS‑485接口电路、主控端中央处理电路、配置存储电路和存储体接口电路；外部电气接口电路分别连接主控端电源及时钟管理电路、千兆以太网接口电路、RS‑485接口电路，千兆以太网接口电路、RS‑485接口电路、配置存储电路和存储体接口电路分别连接主控端中央处理电路；所述存储电路包括至少两个结构相同且互为备份的存储体。本发明能满足同时记录多个载荷传输数据的需求，保证了数据记录的高效性。

Description

飞行试验数据记录装置及记录和读取试验数据的方法

技术领域

本发明属于高速数据存储技术领域，更具体地，涉及一种试验数据记录装置及记录和读取试验数据的方法，尤其适用于高速率视频、图像原始数据的快速存储。

背景技术

新世纪以来，世界各国越来越认识到飞行器技术在国家安全、经济发展、环境监测和资源保护等领域的重要意义，飞行器的设计持续向大吨位、高可靠性、广适应性的方向发展，飞行器通过与传感器网络、探测雷达、地面指控、飞行器、卫星及其它导弹系统的实时交互，逐步实现导航、探测、制导、侦察、组网协同等能力。

目前飞行器的研制型号大部分属于无人飞行器，在研制试验过程中，采集飞行器上信息的手段主要有两种:第一种是通过遥测无线电信道将飞行试验过程中的数据实时下传至地面，优点在于实时性高，但是由于无线电信道环境的多变性以及信道传输距离较远，传输容量有限，一般只能传输一些传感器缓变数据和有损压缩图像数据，难以满足完整描述飞行器的飞行试验状态的需求，给后续的产品研制和高精度技术指标提升带来一定影响；第二种手段是通过数据记录装置存储飞行试验数据，待飞行器坠地后，通过地面搜寻获取数据记录装置及内部数据。该类装置的存储容量往往较大，能够完整的存储整个飞行试验过程中各类载荷的原始数据，同时具有极强的抗震性，能够在飞行器坠地的剧烈冲击环境下保证存储的可靠性。

目前，随着飞行器的信息化载荷不断增多，我国对飞行试验数据的整体采集能力的要求也不断提高，内部视频监测系统、光学摄像头、雷达摄像头、等载荷都有大容量数据的采集要求，每一种载荷都需要历经地面和多次飞行试验的反复验证才能证明其可靠性和有效性；另一方面，随着飞行器的行程增加和速度增高，对试验数据记录装置的抗冲击能力要求也在不断提高。而国内现有的数据记录装置一般采用RS-485、USB2.0或百兆以太网等数字接口以及单路串行总线进行数据接收和存储阵列写入，存储速率较低，同时，传统的结构设计也越来越难以保证在飞行器高速坠地后存储体的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种试验数据记录装置及记录和读取试验数据的方法，能满足同时记录多个载荷传输数据的需求，保证了数据记录的高效性。

一种飞行试验数据记录装置，包括主控电路和存储电路；

所述主控电路包括外部电气接口电路、主控端电源及时钟管理电路、千兆以太网接口电路、RS-485接口电路、主控端中央处理电路、配置存储电路和存储体接口电路；外部电气接口电路分别连接主控端电源及时钟管理电路、千兆以太网接口电路、RS-485接口电路，千兆以太网接口电路、RS-485接口电路、配置存储电路和存储体接口电路分别连接主控端中央处理电路，主控端电源及时钟管理电路还连接千兆以太网接口电路、RS-485接口电路、存储体接口电路、主控端中央处理电路；外部电气接口电路用于上位机与主控端电源及时钟管理电路、千兆以太网接口电路、RS-485接口电路之间的信号交互；主控端电源及时钟管理电路用于对来自上位机的供电信号进行隔离和电压转换以对其它模块供电；千兆以太网接口电路用于将来自上位机的UDP数据包传送给主控端中央处理电路；RS-485接口电路用于将rs-485数据帧传送给主控端中央处理电路；主控端中央处理电路用于对整个主控电路的功能逻辑进行控制运算，将UDP数据包和rs-485数据帧缓存至配置存储电路；配置存储电路用于缓存UDP协议数据包和rs-485数据帧；存储体接口电路采用多路并行的LVDS串行总线，用于将缓存的数据传送给存储电路，同时对存储电路进行直流供电；

所述存储电路用于对主控电路输出的数据进行分路并行写入操作，其包括至少两个结构相同且互为备份的存储体；所述存储体包括若干个闪存芯片，用于存储通过RS-485接口输入的rs-485数据帧和千兆以太网接口输入的UDP数据包。

进一步地，还包括用于对主控电路和存储电路起到振动和冲击保护的减振壳体，包括外部壳体、连接插座、压螺、缓冲层、密封圈和金属防护体；

所述外部壳体包裹于所述主控电路和存储电路外部，在包裹需要安装螺钉的位置处放置有用于对主控电路和存储电路在运输及飞行过程中起到振动缓冲保护的橡胶减震垫；所述压螺位于所述存储电路侧面的外部壳体上，用于负责外部壳体开闭，所述主控电路部分和存储电路部分的电缆分路到所述外部壳体的压螺内侧位置；所述连接插座安装于所述外部壳体的顶端，用于主控电路部分与上位机的电气连接；所述金属防护体安装于所述主控电路和存储电路之间，用于防止内部存储电路在冲击之后变形；所述缓冲层位于所述主控电路与金属防护体之间；所述密封圈放置于所述装置各个结构衔接位置处，以实现设备的防水。

进一步地，所述主控电路的配置存储电路中存储RS-485接口数据帧和千兆以太网接口UDP数据包的地址空间相互独立。

应用所述装置记录和读取试验数据的方法，包括以下步骤：

(1)启动和初始化装置；

(2)主控端中央处理电路通过RS-422接口和千兆以太网接口接收上位机输入的数据，若通过RS-422接口接收到的数据为参数设置指示帧，则根据该指示帧包含的参数内容对装置的接口特性进行设置，然后将设置的结果回送上位机；若通过RS-422接口接收到的数据为待存储数据帧，在帧头之前添加试验次数、接口类型标识，然后将其缓存至主控电路的配置存储电路中；通过千兆以太网接收到的数据为具有指定长度的且基于UDP协议的数据包，在数据包的包头之前添加试验次数标识、接口类型标识，然后将其缓存至主控电路部分的配置存储电路中；

(3)当缓存的RS-485接口数据帧或千兆以太网接口数据包达到指定数量，则将其写入存储电路的两个存储体；当两个存储体的RS-485接口数据存储区或千兆以太网接口数据存储区存满后，则先擦除两个存储体的所有存储芯片的对应存储区的下一帧或下一个数据包存放的地址空间，再存入新的数据帧或数据包；

(4)当飞行试验数据记录完毕后，所述装置将随导弹一起撞击地面目标；

(5)通过地面人工搜寻回收所述装置，通过旋转压螺母或切割方式打开所述装置的外部壳体；

(5)切断主控电路与存储电路分的信号连接，将一个新的主控电路连接到存储电路，并将上位机连接至新的主控电路上，通过上位机读取存储电路部分的两存储模块保留的数据帧和数据包；

(7)上位机根据所述数据帧或数据包的试验次数标识、接口类型标识，找到本次试验的数据帧和数据包，然后对找到的数据进行解帧和解包处理，得到所需的原始试验数据。

进一步地，所述步骤(1)初始化的内容包括：检查两个存储体是否工作正常；采用默认的参数设置所述装置的IP地址、MAC地址、IP数据包长度、IP数据包的包头格式、RS-422接口数据帧长度、RS-422接口数据帧头的格式和RS-422接口的波特率；根据存储地址的顺序，依次将两个存储模块的每块存储芯片均划分为RS-485接口数据存储区和千兆以太网接口数据存储区。

进一步地，所述参数设置指示帧包含了所述装置的IP地址、MAC地址、IP数据包长度、IP数据包的包头格式、RS-422接口数据帧长度、RS-422接口数据帧头的格式和RS-422接口的波特率。

本发明的有益技术效果体现在：

本发明具备RS-485低速串行总线和千兆以太网高速串行总线接口，能满足同时记录多个载荷传输数据的需求，采用了备份制的多存储芯片阵列和多路LVDS串行总线并行写入的方式，保证了数据记录的高效性。进一步地，具有抗冲击外形结构和多层封装的存储体内部结构，保证所述装置在高速坠地后的存储体可靠性。

附图说明

图1为所述试验数据高速记录装置的结构体系框图；

图2为所述试验数据高速记录的装置的主控电路功能框图；

图3为所述试验数据高速记录的装置的减振壳体结构示意图；

图4为所述试验数据高速记录的方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在下面的描述中，给出了某些具体细节以便对本发明多个实施例的充分理解。不过，本领域技术人员可知，没有这些细节也能实现本发明。在其他情况下，没有详细表示或描述与计算机、传输介质、测量设备、记录设备等设备有关的公知结构，以避免不必要的干扰对本发明实施例的描述。

除非内容需要，否则在说明书和权利要求书中，词语“包括”及其变化被理解成开放的“包含”的意思，即“包括，但不限于”。

本发明提供的一种试验数据高速记录的装置，如图1所示，包含主控电路部分、存储体电路部分和结构减振部分一共3个部分，下面分别详细说明：

(1)主控电路部分

主控电路负责对输入电压信号进行隔离和电压变换、外部接口数据的输入和输出、对输入和输出数据进行计算处理和存储，以及对存储体的供电和读写操作。如图2所示，主控电路包括外部电气接口电路、主控端电源及时钟管理电路、千兆以太网接口电路、RS-485接口电路、主控端中央处理电路、配置存储电路和存储体接口电路；其中，

外部电气接口电路负责所述装置与上位机之间的信号交互，通过该电路，上位机可对主控电路部分供电、读写所述装置的千兆以太网接口数据、读写所述装置的RS-485接口数据；主控端电源及时钟管理电路负责对输入的供电信号进行隔离和电压变换，例如，将输入的28V直流电压信号进行光耦隔离，并转换为5V直流信号和3.3V直流信号；千兆以太网接口电路负责以太网数据的物理层和MAC层处理，采用的物理层处理芯片一般为88E1111，MAC层处理芯片一般为AX88180；RS-485接口电路可为双工同步接口，传输速率一般为在800kbps至4Mbps之间；主控端中央处理主控电路包含Micro Blaze运算单元、时钟管理、以太网读写控制单元、串口收发控制单元、串行总线读写单元等，负责对整个主控电路的功能逻辑进行控制运算；配置存储电路一般采用固态存储器FLASH来存储所述装置的配置参数，配置参数包括所述装置的IP地址、MAC地址、UDP数据包长度、UDP数据包的包头格式、RS-422接口数据帧长度、RS-422接口数据帧头的格式和RS-422接口的波特率；存储体接口电路采用多路并行的LVDS串行总线，以实现对存储电路的高速读写，同时对存储电路进行5V直流供电。

(2)存储电路部分

存储电路负责对主控电路部分输出的高速率数据进行分路并行写入操作，对通过主控电路部分输入的指令进行参数配置和读取操作。如图1所示，存储电路包含相互独立且互为备份的第1存储体和第2存储体，每个存储模块均包括存储端电源及时钟管理电路、存储端主控电路接口、存储端中央处理电路、配置存储电路和数据存储阵列电路。其中，

2个存储模块的电路结构完全相同，每个存储体的存储端电源及时钟管理电路负责将主控电路部分供给的5V直流电压转换为3.3V直流电压；存储端主控电路接口电路负责接收主控电路部分送来的待存储数据和控制指令；存储端中央处理电路包含Micro Blaze运算单元、时钟管理、串口收发控制单元、固态存储器读写单元等，负责对整个存储电路的功能逻辑进行控制运算和并行读写数据存储器件阵列；存储端配置存储电路一般采用固态存储器FLASH来存储该存储模块的配置参数，配置参数包括数据块大小、数据帧的长度、UDP数据包的长度、数据帧和数据包的存储起始地址；数据存储阵列电路包含若干个(例如，12个)NAND FLASH芯片，可同时存储所述装置通过RS-485接口输入的数据帧和千兆以太网接口输入的UDP数据包；

(3)减振壳体部分

减振壳体对所述装置的振动和冲击防护。如图3所示，减振壳体包括外部壳体1、连接插座2、压螺3、缓冲层4、密封圈和金属防护体，负责所述装置的安装、固定、包裹主控电路部分和存储电路部分。其中，

外部壳体1为不锈钢结构，包括安装支耳和方形壳体，在包裹主控电路部分和存储电路部分时，还用到橡胶减震垫和安装螺钉，橡胶减震垫位于存储电路PCB板的安装位置与安装螺钉之间，负责对PCB板在运输及飞行过程中的振动缓冲保护；连接插座2用于主控电路部分与上位机的电气连接；主控电路部分和存储电路部分的电缆分路到压螺3的内侧位置，确保装置在经历大过载冲击后，仍可通过打开压螺找到存储电路模块的外部接口电缆；压螺3负责外部壳体的开闭，在飞行器坠地后，可通过其打开外部壳体，切断存储体与主控电路的电缆连接，以将上位机连接存储体；缓冲层4位于存储电路部分与金属防护体之间，选用成型缓冲材料(例如，橡胶材料)；金属防护体为柱形结构，采用铝合金材质，如图3所示，外壁进行了加厚处理，以防止内部存储电路在冲击之后变形；密封圈是所述装置各个结构衔接位置的密封材料，选用弹性阻尼材料，以实现设备的防水效果；

应用本发明装置对飞行试验数据进行记录、读取的方法如图4所示，包括如下步骤：

(1)所述装置上电后，进行初始化处理；

其中，初始化处理的内容包括：检查2个存储模块是否工作正常；采用默认的参数设置所述装置的IP地址、MAC地址、IP数据包长度、IP数据包的包头格式、RS-422接口数据帧长度、RS-422接口数据帧头的格式和RS-422接口的波特率；根据存储地址的顺序，依次将2个存储模块的每块存储芯片均划分为RS-485接口数据存储区和千兆以太网接口数据存储区；

例如，设存储模块A、B的数据存储器件阵列各有12块存储芯片，分别命名为A1至A12、B1至B12，每块存储芯片的容量为2Gbit，其中，前400Mbit的地址空间用于存储RS-485接口收到的数据；后1500Mbit地址空间用于存储千兆以太网接口收到的数据；

(2)所述装置通过RS-422接口和千兆以太网接口接收上位机输入的数据，并将数据在主控电路部分的存储体接口模块中缓存；

其中，通过RS-422接口接收到的数据为具有确定格式的数据帧，数据帧分为两类，第一类为参数设置指示帧，该类帧包含了所述装置的新的IP地址、MAC地址、IP数据包长度、IP数据包的包头格式、RS-422接口数据帧长度、RS-422接口数据帧头的格式和RS-422接口的波特率，所述装置收到该第一类帧后，根据该类帧包含的参数内容对装置的接口特性进行设置，然后将设置的结果回送上位机；第二类为待存储数据帧，所述装置收到第二类帧后，在帧头之前添加试验次数、接口类型标识，然后将其缓存至主控电路部分的配置存储电路RAM中；

并且，通过千兆以太网接收到的数据为具有指定长度的且基于UDP协议的数据包，所述装置收到数据包后，在数据包的包头之前添加试验次数标识、接口类型标识，然后将其缓存至主控电路部分的RAM中；

并且，主控电路部分的RAM中存储RS-485接口数据帧和千兆以太网接口UDP数据包的地址空间相互独立；

(3)所述装置每缓存指定数量的RS-485接口数据帧或千兆以太网接口数据包，则将其写入存储电路部分的数据存储器件阵列的各个数据存储芯片中；

其中，缓存的RS-485接口数据帧或千兆以太网接口数据包的数量与数据存储器件阵列的数据存储芯片的数量相同，例如，数据存储器件阵列各有12块存储芯片，则缓存的为数据帧或数据包的数量均为12；

例如，设原始接收数据帧的长度为512字节，添加试验次数标识、接口类型标识之后，数据帧总长度为520字节，存储芯片的总线长度为32bit，则收到前12帧数据后，则将第1帧数据存入存储芯片A1的0x000000地址至0x000081地址空间内，将第2帧数据存入存储芯片A2的0x000000地址至0x000081地址空间内，如此反复，直至将第12帧数据存入存储芯片A12的0x000000地址至0x000081地址空间内；

当所述装置的2个数据存储器件阵列的RS-485接口数据存储区或千兆以太网接口数据存储区存满后，则擦除2个数据存储器件阵列的所有存储芯片的对应存储区的下一帧或下一个数据包存放的地址空间，然后存入新的数据帧或数据包；

例如，当前12帧数据已存储至芯片A1至A12的0x3B9AC00地址至0x3B9AC81地址空间，各芯片的剩余地址空间无法存满一帧数据，则所述装置将擦除芯片A1至A12的0x000000地址至0x000081地址空间，然后将这段地址空间用于存储新的数据帧；

(4)当飞行试验数据记录完毕后，所述装置将随导弹一起撞击地面目标，该装置的外部安装支耳将被剪断而脱离导弹舱壁，并与导弹舱内其他部位或地面碰撞，主控电路部分可能遭到损毁，主控电路部分的存储体接口模块中缓存的未达到指定数量的RS-485接口数据帧或千兆以太网接口数据包将被丢弃；

其中，该装置的外部安装支耳可承受的过载(例如，2000g)远小于所述装置的结构壳体可承受的过载(例如，20000g)；主控电路部分的损毁并不影响对存储体部分的数据保护；丢弃的少量RS-485接口数据帧或千兆以太网接口数据包并不对试验结果分析造成影响；

(5)通过地面人工搜寻来回收所述装置，若回收到的装置的压螺未损毁，则可直接旋转压螺母以打开所述装置的外部壳体；若所述装置的螺母损毁，则通过切割方式打开外部壳体；

(5)找到压螺内侧的电缆线，切断主控电路部分与存储电路部分的信号连接，然后将一个新的主控电路连接到试验后的存储电路，并将上位机连接至新的主控电路上，通过上位机读取存储电路部分的2个存储模块保持的数据帧和数据包；

(7)上位机根据所述装置存储的数据帧或数据包的试验次数标识、接口类型标识，找到本次试验的数据帧和数据包，然后对找到的数据进行解帧和解包处理，便可得到所需的原始试验数据；

其中，飞行试验所对应的数据的试验次数应为最大值；根据接口类型标识可区分RS-485接口数据帧和千兆以太网接口数据包；解帧处理的过程为去除该数据帧的帧头之前的试验次数标识、接口类型标识；解包处理的过程为去除该数据包的包头之前的试验次数标识、接口类型标识。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种飞行试验数据记录装置，其特征在于，包括主控电路和存储电路；

所述主控电路包括外部电气接口电路、主控端电源及时钟管理电路、千兆以太网接口电路、RS-485接口电路、主控端中央处理电路、配置存储电路和存储体接口电路；外部电气接口电路分别连接主控端电源及时钟管理电路、千兆以太网接口电路、RS-485接口电路，千兆以太网接口电路、RS-485接口电路、配置存储电路和存储体接口电路分别连接主控端中央处理电路，主控端电源及时钟管理电路还连接千兆以太网接口电路、RS-485接口电路、存储体接口电路、主控端中央处理电路；外部电气接口电路用于上位机与主控端电源及时钟管理电路、千兆以太网接口电路、RS-485接口电路之间的信号交互；主控端电源及时钟管理电路用于对来自上位机的供电信号进行隔离和电压转换以对其它模块供电；千兆以太网接口电路用于将来自上位机的UDP数据包传送给主控端中央处理电路；RS-485接口电路用于将RS-485数据帧传送给主控端中央处理电路；主控端中央处理电路用于对整个主控电路的功能逻辑进行控制运算，将UDP数据包和RS-485数据帧缓存至配置存储电路；配置存储电路用于缓存UDP协议数据包和RS-485数据帧；存储体接口电路采用多路并行的LVDS串行总线，用于将缓存的数据传送给存储电路，同时对存储电路进行直流供电；

所述存储电路用于对主控电路输出的数据进行分路并行写入操作，其包括至少两个结构相同且互为备份的存储体；所述存储体包括若干个闪存芯片，用于存储通过RS-485接口输入的RS-485数据帧和千兆以太网接口输入的UDP数据包；

还包括用于对主控电路和存储电路起到振动和冲击保护的减振壳体，包括外部壳体、连接插座、压螺、缓冲层、密封圈和金属防护体；

所述外部壳体包裹于所述主控电路和存储电路外部，在包裹需要安装螺钉的位置处放置有用于对主控电路和存储电路在运输及飞行过程中起到振动缓冲保护的橡胶减震垫；所述压螺位于所述存储电路侧面的外部壳体上，用于负责外部壳体开闭，所述主控电路部分和存储电路部分的电缆分路到所述外部壳体的压螺内侧位置；所述连接插座安装于所述外部壳体的顶端，用于主控电路部分与上位机的电气连接；所述金属防护体安装于所述主控电路和存储电路之间，用于防止内部存储电路在冲击之后变形；所述缓冲层位于所述主控电路与金属防护体之间；所述密封圈放置于所述装置各个结构衔接位置处，以实现设备的防水。

2.根据权利要求1所述的飞行试验数据记录装置，其特征在于，所述主控电路的配置存储电路中存储RS-485接口数据帧和千兆以太网接口UDP数据包的地址空间相互独立。

3.应用权利要求1或2所述装置记录和读取试验数据的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)启动和初始化装置；

(2)主控端中央处理电路通过RS-485接口和千兆以太网接口接收上位机输入的数据，若通过RS-485接口接收到的数据为参数设置指示帧，则根据该指示帧包含的参数内容对装置的接口特性进行设置，然后将设置的结果回送上位机；若通过RS-485接口接收到的数据为待存储数据帧，在帧头之前添加试验次数、接口类型标识，然后将其缓存至主控电路的配置存储电路中；通过千兆以太网接收到的数据为具有指定长度的且基于UDP协议的数据包，在数据包的包头之前添加试验次数标识、接口类型标识，然后将其缓存至主控电路部分的配置存储电路中；

(3)当缓存的RS-485接口数据帧或千兆以太网接口数据包达到指定数量，则将其写入存储电路的两个存储体；当两个存储体的RS-485接口数据存储区或千兆以太网接口数据存储区存满后，则先擦除两个存储体的所有存储芯片的对应存储区的下一帧或下一个数据包存放的地址空间，再存入新的数据帧或数据包；

(4)当飞行试验数据记录完毕后，所述装置将随导弹一起撞击地面目标；

(5)通过地面人工搜寻回收所述装置，通过旋转压螺母或切割方式打开所述装置的外部壳体；

(6)切断主控电路与存储电路的信号连接，将一个新的主控电路连接到存储电路，并将上位机连接至新的主控电路上，通过上位机读取存储电路部分的两存储体保留的数据帧和数据包；

(7)上位机根据所述数据帧或数据包的试验次数标识、接口类型标识，找到本次试验的数据帧和数据包，然后对找到的数据进行解帧和解包处理，得到所需的原始试验数据。

4.根据权利要求3所述的记录和读取试验数据的方法，其特征在于，所述步骤(1)初始化的内容包括：检查两个存储体是否工作正常；采用默认的参数设置所述装置的IP地址、MAC地址、IP数据包长度、IP数据包的包头格式、RS-485接口数据帧长度、RS-485接口数据帧头的格式和RS-485接口的波特率；根据存储地址的顺序，依次将两个存储体的每块存储芯片均划分为RS-485接口数据存储区和千兆以太网接口数据存储区。

5.根据权利要求3或4所述的记录和读取试验数据的方法，其特征在于，所述参数设置指示帧包含了所述装置的IP地址、MAC地址、IP数据包长度、IP数据包的包头格式、RS-485接口数据帧长度、RS-485接口数据帧头的格式和RS-485接口的波特率。