CN109459098A - 一种进气道空气流量实时计算系统 - Google Patents

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CN109459098A CN201811156492.8A CN201811156492A CN109459098A CN 109459098 A CN109459098 A CN 109459098A CN 201811156492 A CN201811156492 A CN 201811156492A CN 109459098 A CN109459098 A CN 109459098A
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石冯磊
高志远
黄如昌
彭瑞元
王茜
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Chinese Flight Test Establishment
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Chinese Flight Test Establishment
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure

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Abstract

本发明涉及一种进气道空气流量实时计算系统，包括前端参数采集模块和进气道空气流量机载实时解算模块；前端参数采集模块采用通用机载测试采集系统，进气道空气流量机载实时解算模块采用基于ARM+FPGA+DSP的嵌入式处理系统，操作系统选用嵌入式Linux操作系统。本发明利用了通用机载测试系统的可靠采集功能，实现了进气道出口空气流量相关参数的可靠采集，利用嵌入式实时处理的高效性，在机载测试端实现了进气道出口空气流量的实时高效计算，进而避免了地面解算所受影响因素多的难题。

Description

一种进气道空气流量实时计算系统
技术领域
本发明属于机载测试数据实时处理领域，涉及飞机进气道空气流量机载计算技术，尤其涉及一种飞机进气道空气流量机载实时计算系统。
背景技术
在飞行试验中，为了考核进气道/发动机匹配特性，需要实时监测进气道出口空气流量，这些参数如果在地面进行解算，结果受遥测信号质量影响较大。因此如何在机载采集端实现进气道出口空气流量实时解算是一项重要研究内容。
在试飞测试领域，需要实时计算进气道空气流量，传统的方法是采用事后处理的方式进行计算，效率低，实时性差，难以满足试飞任务需求。因此需要采用机载嵌入式方式进行实时计算，遥测下传计算结果。
发明内容
本发明的目的：
本发明的目的在于，在试飞采集系统的构架下，本发明提供了一种以嵌入式实时处理模块为核心，结合现有机载测试系统的实时计算系统。利用现有测试系统采集功能进行进气道总温、总压、静压等参数采集，利用嵌入式实时处理模块获取采集系统采集的数据，设计了一种进气道出口空气流量实时解算系统。最终，实时解算模块将解算结果传送给采集系统，用于后续任务需要。
本发明采取的技术方案为：
一种进气道空气流量实时计算系统，包括：前端参数采集模块和进气道空气流量机载实时解算模块；
其中，前端参数采集模块采用通用机载测试采集系统，包括振动数据采集单元、压力数据采集单元、温度数据采集单元，分别采集进气道出口处振动、总压、静压差、总温参数，并进行滤波处理，输出量化后的量值，通过背板总线交由进气道空气流量机载实时解算模块进行实时解算；
进气道空气流量机载实时解算模块采用基于ARM+FPGA+DSP的嵌入式处理系统，操作系统选用嵌入式Linux操作系统；根据设备硬件架构，进气道空气流量机载实时解算模块包括FPGA协控制器模块和SOC计算模块；FPGA协控制器模块接收前端参数采集模块发送的数据，解调、存储后发送至SOC计算模块，接收SOC计算模块解算后的数据，将计算结果通过背板总线发送出去；SOC计算模块包括ARM主处理器模块和DSP批处理模块，ARM主处理器模块对从FPGA协控制器模块接收的数据进行解析分流，通过移植到嵌入式系统的畸变参数实时解算算法，对振动数据通过DSP批处理模块进行处理，对压力和温度数据由ARM主处理器模块直接计算，最后ARM主处理器模块将全部数据处理结果输出至FPGA协控制器模块，由FPGA协控制器模块将解算出的进气道空气流量传送给采集系统，用于记录和遥测监控。
本发明的有益效果：
本发明利用了通用机载测试系统的可靠采集功能，实现了进气道出口空气流量相关参数的可靠采集，利用嵌入式实时处理的高效性，在机载测试端实现了进气道出口空气流量的实时高效计算，进而避免了地面解算所受影响因素多的难题。
附图说明
图1为进气道空气流量机载实时解算模块硬件结构框图；
图2为进气道空气流量实时计算系统功能框图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。
一种进气道出口空气流量实时计算系统，以小型化通用化思想为设计基础，以嵌入式实时处理模块为核心，利用可编程逻辑控制器进行接口转换，通过底板总线获取通用采集器采集的原始数据。嵌入数实时处理模块对获取的数据进行处理，计算出进气道出口空气流量，将其存入输出缓冲区，依据系统配置由通用采集器进行采样。
如图2所示，本发明的进气道空气流量实时计算系统，包括：前端参数采集模块和进气道空气流量机载实时解算模块；
其中，前端参数采集模块采用通用机载测试采集系统，包括振动数据采集单元、压力数据采集单元、温度数据采集单元，分别采集进气道出口处振动、总压、静压差、总温参数，并进行滤波处理，输出量化后的量值，通过背板总线交由进气道空气流量机载实时解算模块进行实时解算；
进气道空气流量机载实时解算模块采用基于ARM+FPGA+DSP的嵌入式处理系统，操作系统选用嵌入式Linux操作系统；根据设备硬件架构，进气道空气流量机载实时解算模块包括FPGA协控制器模块和SOC计算模块，如图1所示；FPGA协控制器模块接收前端参数采集模块发送的数据，解调、存储后发送至SOC计算模块，接收SOC计算模块解算后的数据，将计算结果通过背板总线发送出去；SOC计算模块包括ARM主处理器模块和DSP批处理模块，ARM主处理器模块对从FPGA协控制器模块接收的数据进行解析分流，通过移植到嵌入式系统的畸变参数实时解算算法，对振动数据通过DSP批处理模块进行处理，对压力和温度数据由ARM主处理器模块直接计算，最后ARM主处理器模块将全部数据处理结果输出至FPGA协控制器模块，由FPGA协控制器模块将解算出的进气道空气流量传送给采集系统，用于记录和遥测监控。
本发明的系统具体工作流程为：
第一前端数据获取
FPGA协控制器模块采用FPGA进行接口转换，与通用采集背板总线进行连接，根据采集背板总线通信协议，读取背板总线上的原始数据，包括振动、温度、压力、压差等参数，存储在其输入缓冲区中。该种方法相关的测试参数均来自同一测试设备，数据路由与传输仅仅在设备内部总线上，不同测试参数的采集时间具有确定的相关性，且通用数据采集的内部总线数据传输带宽大、时延小，所以这种方案能够满足进气道出口空气流量实时解算的要求，且利于与事后离线处理结果进行比对分析。
第二采集参数分流
ARM主处理器模块依据输入缓冲区参数存储规则，对采集到的参数进行分流处理，提取所需计算原始数据，并将其传送给实时处理程序。
第三进气道空气流量实时解算
进气道空气流量实时解算以嵌入式实时处理模块为核心，采用嵌入式Linux操作系统，通过编写进气道空气流量实时解算程序进行处理。实时处理程序获取输入分流后的数据，交由计算处理程序进行处理。实时处理程序依据进气道空气流量计算方程进行编写，首先进行算法建模，针对嵌入式实时处理设备，对算法进行优化处理，并将计算任务分解为批量计算与其它运算后，交由ARM直接进行计算或调用DSP处理处理函数进行解算。
第四解算结果输出
由ARM主处理器模块将解算结果以一定格式输出至FPGA协控制器模块的输出缓冲区后，由前端参数采集模块依据配置信息进行相应采样操作并输出。重复以上过程，最终完成进气道空气流量的机载实时解算任务。

Claims (4)

1.一种进气道空气流量实时计算系统，包括：前端参数采集模块和进气道空气流量机载实时解算模块；
其中，前端参数采集模块采用通用机载测试采集系统，采集进气道空气流量实时参数，并进行滤波处理，输出量化后的量值，通过背板总线交由进气道空气流量机载实时解算模块进行实时解算；
进气道空气流量机载实时解算模块采用基于ARM+FPGA+DSP的嵌入式处理系统，根据设备硬件架构，进气道空气流量机载实时解算模块包括FPGA协控制器模块和SOC计算模块；FPGA协控制器模块接收前端参数采集模块发送的数据，解调、存储后发送至SOC计算模块，接收SOC计算模块解算后的数据，将计算结果通过背板总线发送出去。
2.如权利要求1所述的一种进气道空气流量实时计算系统，其特征在于，所述前端参数采集模块包括振动数据采集单元、压力数据采集单元、温度数据采集单元，分别采集进气道出口处振动、总压、静压差、总温参数。
3.如权利要求2所述的一种进气道空气流量实时计算系统，其特征在于，进气道空气流量机载实时解算模块的操作系统选用嵌入式Linux操作系统。
4.如权利要求3所述的一种进气道空气流量实时计算系统，其特征在于，所述SOC计算模块，包括ARM主处理器模块和DSP批处理模块，ARM主处理器模块对从FPGA协控制器模块接收的数据进行解析分流，通过移植到嵌入式系统的畸变参数实时解算算法，对振动数据通过DSP批处理模块进行处理，对压力和温度数据由ARM主处理器模块直接计算，最后ARM主处理器模块将全部数据解算结果输出至FPGA协控制器模块，由FPGA协控制器模块将解算出的进气道空气流量传送给采集系统，用于记录和遥测监控。
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