CN109901458A - 近地告警系统的无线电模拟量自适应采集控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种近地告警系统的无线电模拟量自适应采集控制系统，为装配在多型号大型运输机上的近地告警系统提供一种兼容型大型运输机高精度无线电模拟信号识别与采集控制方法，从而为各类型运输机近地告警系统准确获取当前飞机高精度无线电模拟信号提供保障，为飞机的安全飞行提供保护，减少非人为因素导致的安全事故。

Description

近地告警系统的无线电模拟量自适应采集控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种飞机近地告警领域的高精度无线电模拟量自适应采集控制方法，尤其是涉及一种针对大型运输机近地告警系统的无线电模拟量自适应采集控制系统及方法。

背景技术

近地告警系统特别是大型运输机的近地告警系统应用于低空飞行区域，告警算法需要实时获取无线电发射装置输出的无线电高度信息，为运输机近地告警系统进行实时告警提供有效可靠的无线电高度数据来源，从而确保近地告警系统准确无误进行告警输出，为飞行机组提供安全可靠的飞行环境。现有的各类运输机特别是大型运输机的无线电设备不同(不同飞机装配的无线电设备有国产机载无线电设备、俄式机载无线电设备、欧美式机载无线电设备)，即使是同一型号运输机的机载无线电设备也不尽相同，但信号格式一般为模拟量信号(不同型号机载无线电设备包含0V～－40V，0～－50V，0～20V,0～37.5V等)，现有技术中需要针对不同规格的机载无线电设备专门研制一种应用于航电系统的模拟信号采集电路及方法，现在为实现不同型号飞机近地告警系统无线电信号自适应识别及高精度模拟信号采集控制，特提出一种针对运输机特别是大型运输机近地告警系统中机载无线电模拟信号自适应采集控制方法，以此实现同一型号飞机不同无线电信号和不同飞机不同型号无线电信号在近地告警系统中的自适应采集控制处理方法。无线电信号自适应采集控制方法能够快速自适应识别当前飞机的不同规格的机载无线电模拟信号、进行数据处理，为运输机特别是大型运输机近地告警系统提供准确无误的高精度无线电告警数据来源。

发明内容

本发明的目的是提供一种近地告警系统的无线电模拟量自适应采集控制系统，为装配在多型号大型运输机上的近地告警系统提供一种兼容型大型运输机高精度无线电模拟信号识别与采集控制方法，从而为各类型运输机近地告警系统准确获取当前飞机高精度无线电模拟信号提供保障，为飞机的安全飞行提供保护，减少非人为因素导致的安全事故。

为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：一种近地告警系统的无线电模拟量自适应采集控制系统，其特征在于所述系统包括

信号调理电路，信号调理电路用于实现机载无线输出电模拟信号调理功能，包括前一级一次信号滤波电路，以及与前一级一次信号滤波电路连接的信号转换电路；前一级一次信号滤波电路用于实现无线电输出模拟信号差分处理及信号滤波处理；信号转换电路实现满量程信号转换处理，通过分压电阻实现模拟分压处理；

信号放大电路，信号放大电路与信号调理电路连接，用于对信号进行放大处理，并实现采集电压反向转换；

信号选择控制电路，信号选择控制电路与信号放大电路的输出端连接，用于实现不同机载无线电设备信号的自适应识别和输出控制，当机载无线电设备输出模拟电压为负电压范围信号，则经过放大电路处理后通过第一条支路输出；当机载无线电设备输出模拟电压为正电压范围信号，则经过放大电路处理后通过第二条支路输出并进行控制输出；

主处理器，主处理器将两条支路采集结果进行数据识别与判定，并进行机载无线电模拟信号数字化融合处理，自动选择高可靠性的数据信息，并根据该高可靠性的数据信息，自适应判定当前的机载无线电设备信号范围，并根据信号范围确定与近地告警系统交联的机载无线电设备的线性关系；同时根据离散量组合方式实现型号识别，进而实现正负向电压不同量程大小的机载无线电设备信号的识别与处理；同时根据当前机载无线电设备状态信息实时更新比例系数，综合计算当前无线电高度值。

本发明的目的是提供一种近地告警系统的无线电模拟量自适应采集控制方法，为装配在多型号大型运输机上的近地告警系统提供一种兼容型大型运输机高精度无线电模拟信号识别与采集控制方法，从而为各类型运输机近地告警系统准确获取当前飞机高精度无线电模拟信号提供保障，为飞机的安全飞行提供保护，减少非人为因素导致的安全事故。

为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：一种近地告警系统的无线电模拟量自适应采集控制方法，包括以下步骤：

A、将机载无线电设备的输出模拟信号与机载近地告警系统的无线电采集控制电路进行交联；

B、对机载无线电设备输出模拟信号进行信号处理和识别，当机载无线电设备输出模拟电压为负电压范围信号，则经过信号处理后通过第一条支路输出；当机载无线电设备输出模拟电压为正电压范围信号，则经过信号处理后通过第二条支路输出并进行控制输出；经过两条支路处理的无线电模拟信号分别通过两路 AD采样接口发送至主处理器，所述两条支路的模拟信号分别记为ADC1、ADC2；

C、主处理器实时采集ADC1、ADC2模拟信号，并实时计算ADC1与ADC2 电压值对应的十六进制数值；

D、主处理器实时计算，并将两路采集结果进行数据识别与判定，并进行机载无线电模拟信号数字化融合处理，自动选择高可靠性的数据信息，将其标识为 SIG_SAMPLE_ADC；

E、根据SIG_SAMPLE_ADC数值情况，自适应判定当前的机载无线电设备信号范围，并根据信号范围确定与近地告警系统交联的机载无线电设备的线性关系；同时根据离散量组合方式实现型号识别，进而实现正负向电压不同量程大小的机载无线电设备信号的识别与处理；

F、根据当前机载无线电设备状态信息实时更新比例系数ANALOG_RATIO；

G、主处理器通过综合计算当前无线电高度值R_A。

本发明的有益效果在于：本发明一种应用于近地告警系统的高精度无线电模拟量自适应采集控制方法，能够自动识别当前机载无线电模拟信号正负范围及类型，自动匹配控制启动或关闭不同采集通道；数据处理部分可以自动根据当前采集的数据类型进行异常处理、并根据当前的数值自动更新机载无线电融合处理的参数信息，从而准确获取当前飞机的无线电高度信息，进而达到快速自适应采集控制机载无线电模拟信号，为近地告警系统进行实时高效告警输出提供有效的数据来源，从而为飞行机组人员提供安全可靠的飞行环境。

附图说明

图1为本发明一种应用于近地告警系统的不同机载无线电采集控制方法总流程图。

图2为机载无线电信号机载交联示意图。

图3为近地告警系统中无线电模拟量信号采样示意图。

图4为近地告警系统中无线电高精度模拟量信号自适应采集控制电路。

图5为正负交叉、不同幅值机载无线电模拟信号采样自适应识别控制方法流程图。

图6为正负交叉、不同幅值机载无线电模拟信号调理、自动识别控制流程图。

具体实施方式

下面根据附图和本发明的具体实施例对本发明进行详细描述。

一种近地告警系统的无线电模拟量自适应采集控制系统，其特征在于所述系统包括

信号调理电路，信号调理电路用于实现机载无线输出电模拟信号调理功能，包括前一级一次信号滤波电路，以及与前一级一次信号滤波电路连接的信号转换电路；前一级一次信号滤波电路用于实现无线电输出模拟信号差分处理及信号滤波处理；信号转换电路实现满量程信号转换处理，通过分压电阻实现模拟分压处理；

信号放大电路，信号放大电路与信号调理电路连接，用于对信号进行放大处理，并实现采集电压反向转换；

信号选择控制电路，信号选择控制电路与信号放大电路的输出端连接，用于实现不同机载无线电设备信号的自适应识别和输出控制，当机载无线电设备输出模拟电压为负电压范围信号，则经过放大电路处理后通过第一条支路输出；当机载无线电设备输出模拟电压为正电压范围信号，则经过放大电路处理后通过第二条支路输出并进行控制输出；

主处理器，主处理器将两条支路采集结果进行数据识别与判定，并进行机载无线电模拟信号数字化融合处理，选择高可靠性的数据信息，并根据该高可靠性的数据信息，自适应判定当前的机载无线电设备信号范围，并根据信号范围确定与近地告警系统交联的机载无线电设备的线性关系；同时根据离散量组合方式实现型号识别，进而实现正负向电压不同量程大小的机载无线电设备信号的识别与处理；同时根据当前机载无线电设备状态信息实时更新比例系数，综合计算当前无线电高度值。

本发明的一种近地告警系统的高精度无线电模拟量自适应采集控制系统由模拟量调理单元(由分立元器件电阻、电容组成)、滤波单元、信号放大单元、信号选择控制电路和主处理器TI C2000系列DSP(TMS320F28335或其他控制器) 控制单元组成；系统控制软件主要由AD采样处理子程序、异常信号处理子程序、模拟信号类型自动识别子程序、参数自动更新子程序、模拟信号数据融合子程序、模拟信号运算子程序等组成。

该系统在接收到机载无线电设备模拟信号后，经过信号调理单元、滤波单元、 AD运算放大单元、信号选择控制电路处理完成后发送至主处理器；主处理器采集两路ADC通道的模拟信号，通过AD采样处理子程序后转换为可以识别的数字信号，再经过异常信号处理子程序进行信号是否异常判定并进行异常数据处理、识别，然后经过模拟信号数据融合子程序进行有效数据加权融合处理并自动选择高可靠性的数据信息，与此同时判定当前机载无线电类型、自动更新当前所需的参数信息，最后经过模拟信号运算子程序进行当前无线电高度数值计算并传送至告警算法处理数据库单元进行实时告警计算输出。具体步骤如图1所示的一种应用于近地告警系统的不同机载无线电采集控制方法总流程图。

根据本发明的具体实施例，具体描述如下。

一种应用于近地告警系统的不同机载无线电采集控制方法如下：

第一步：按照图2所示交联关系将机载无线电设备的输出模拟信号(量程： 0～xV)与机载近地告警系统的无线电采集控制电路进行交联，即将机载无线电设备的输出模拟信号连接至高度表和机载近地告警系统；

第二步：按照图3所示的信号采样进行信号采集后，由图4所示的自适应采集控制电路进行信号处理，该自适应采集控制电路由信号调理电路、二阶滤波电路、信号放大电路、信号选择控制电路组成；

信号调理电路主要实现机载无线电模拟信号调理功能，包括前一级一次信号滤波电路、大信号转换小信号电路；前一级一次信号滤波电路主要实现无线电模拟信号差分处理及信号滤波处理，通过将模拟信号差分化处理方法实现信号无损传输，一次滤波电路实现前期信号滤波处理；信号转换电路实现满量程信号转换处理，通过高精度分压电阻实现模拟分压处理，该电路包括依次连接的四个高精度电阻，分别为R6、R12、R13、R16，有所述四个高精度电阻串联实现分压处理，使得后端采集信号电压转换V_1in为公式1所示：

V_1in＝x*(R13+R16)/(R6+R12+R13+R16)(V) (公式1)

其中，模拟信号x的取值范围包括四种情况，分别为(-40v,0v)、 (-50v,0v)、(0v,20v)、(0v,37.5v)。根据试验经验选取R13、R6、R12、 R16分别选取为精度为0.1％、阻值为60KΩ、100KΩ、0KΩ、0KΩ。

二级滤波电路主要实现信号的滤波处理，由运算放大器、电容、电阻组成的信号滤波单元；其中电阻、电容选取根据机载无线电模拟信号传输的频率进行阻值容值选取；

信号放大电路主要实现信号无损传输，确保采集信号不失真，由运算放大器、反馈电路等组成，并实现采集电压反向转换；

信号放大电路分为两路，经过两路放大电路后输出电压分别为V_1out、V_1out'，见公式2所示；

V_1out＝V_2in*(-R1)/(R3)(V) (公式2-1)

V_1out'＝V_2in*(-R11)/(R15)(V) (公式2-2)

其中，R1、R3、R11、R15分别选取为精度为0.1％、阻值为100KΩ，V_2in为二级滤波电路的输出电压。

信号选择及分压控制电路，实现不同机载无线电设备信号的自适应识别和输出控制。如图所示，所述信号选择及分压控制电路如下设置：第一放大电路与第一支路输出端连接；第二放大电路后端分为两个链路连接，链路A与比较器连接实现与3V电压的比较控制，并将比较器输出使能控制信号与模拟量采集通道器件U2输出使能控制端连接，最终实现对链路B模拟量采集使能输出控制；链路B与模拟量采集通道器件U2输入端进行连接，并通过使能控制实现模拟量信号输出(当比较器输出高电平时，U2模拟量采集通道导通；当比较器输出低电平时，U2模拟量采集通道关闭，模拟量采集通道截止。)，并将模拟量采集通道器件U2的模拟量采集信号输出端与第三放大电路的负输入端连接，第三放大电路的正输入端接地，第三放大电路的输出端为第二支路输出端。

当机载无线电设备输出模拟电压为负电压范围信号，则经过放大电路处理后通过第一条支路输出；而当机载无线电设备输出模拟电压为正电压范围信号，则经过放大电路处理后通过第二条支路输出并进行控制输出；选择控制输出相见公式3；

V_2out＝{V_1out*R7/(R7+R4),V_1out＞0} (公式3-1)

其中，R4、R7、R25、R24分别选取为精度为0.1％、阻值为12KΩ、3K Ω、1KΩ、1KΩ。

经过两条支路处理的无线电模拟信号输出分别通过两路AD采样接口发送至主处理器进行采集处理，并进行AD转换，见公式4所示；

ADC1＝V_2out (公式4-1)

ADC2＝V_2out' (公式4-2)

如图6所示为正负交叉、不同幅值机载无线电模拟信号调理、自动识别控制流程图。由图中可见，该流程分为第一支路和第二支路两个分支，其中第一支路为：采集第一支路的信号后，进行信号衰减及采集处理，判断信号是否为正，如为正，则主处理器进行ADC1采集处理，如信号为负，则主处理器进行ADC1 异常处理。其中第二支路为：采集第二支路信号后，进行信号采集比较控制及识别，判断电压信号是否小于3V，如否则模拟量采集通道关闭；如是则模拟量采集通道开通，进行信号反向放大控制，判断电压信号是否为正，如为正，则主处理器进行ADC2采集处理，如为负则主处理器进行ADC2异常处理。

图5所示的正负交叉、不同幅值机载无线电模拟信号采样自适应识别控制方法总流程图。具体地，该流程包括第三步到第八步运行过程。

第三步：通过上述模拟信号处理电路后的ADC1、ADC2模拟信号分别被传送至主处理器，主处理器实时采集ADC1、ADC2模拟信号，并实时计算ADC1 与ADC2电压值对应的十六进制数值，分别标识为SIG_SAMPLE_ADC1、SIG_SAMPLE_ADC2，计算结果相见公式5；

其中，α、β、γ、θ均为十六进制数,处理器为16bit AD转换，由处理器直接获取。

第四步：主处理器实时计算，并将两路采集结果进行数据识别与判定，并进行机载无线电模拟信号数字化融合处理，标识为SIG_SAMPLE_ADC，相见公式6；

第五步：根据SIG_SAMPLE_ADC数值情况进行自适应判定当前的机载无线电设备信号范围，并根据信号范围确定与近地告警系统交联的机载无线电设备的线性关系；同时根据离散量组合方式实现型号识别，进而实现正负向电压不同量程大小的机载无线电设备信号的识别与处理，见公式7；

其中，ANALOG_CLASS对应为机载无线电设备类型，0-无线电设备1(电压范围：0V～－40V；无线电高度范围：0m～1500m)，1-无线电设备2(电压范围：0～－50V；无线电高度范围：0m～1500m)；2-无线电设备3(电压范围： 0～20V；无线电高度范围：0m～1000m)；3-无线电设备4(电压范围：0～37.5V；无线电高度范围：0m～1500m)。

其中，K、L分表表示当前近地告警设备中接口离散量状态信息，由此识别当前机载无线电设备信号范围，不同机型中根据寻址K、L状态以此进行后续计算参数索引处理；该信息为现有技术，在此不再赘述。

第六步：根据当前机载无线电设备状态信息实时更新比例系数，比例系数ANALOG_RATIO见公式8；

ANALOG_RATIO的取值范围{37.5,30,50,40}，由r、s、t、m给定。

其中，r，s，t，m分别对应上述不同类型机载无线电设备的比例系数，参数数值见公式9；

r＝Height/Voltage＝1500/40＝37.5 (公式9-1)

s＝Height/Voltage＝1500/50＝30 (公式9-2)

t＝Height/Voltage＝1000/20＝50 (公式9-3)

m＝Height/Voltage＝1500/37.5＝40 (公式9-4)

注：Height表示机载无线电设备指示高度范围，Voltage指示机载无线电设备电压范围。

第七步：主处理器通过综合计算当前无线电高度值R_A,见公式10；

R_A＝ANALOG_SAMPLE_ADC*ANALOG_RATIO(m) (公式10)

ANALOG_SAMPLE_ADC由SIG_SAMPLE_ADC得到，为 SIG_SAMPLE_ADC对应的模拟量值。

第八步：基于不同无线电设备模拟量采集控制结束。

Claims (6)

1.一种近地告警系统的无线电模拟量自适应采集控制系统，其特征在于所述系统包括

信号调理电路，信号调理电路用于实现机载无线输出电模拟信号调理功能，包括前一级一次信号滤波电路，以及与前一级一次信号滤波电路连接的信号转换电路；前一级一次信号滤波电路用于实现无线电输出模拟信号差分处理及信号滤波处理；信号转换电路实现满量程信号转换处理，通过分压电阻实现模拟分压处理；信号放大电路，信号放大电路与信号调理电路连接，用于对信号进行放大处理，并实现采集电压反向转换；

信号选择控制电路，信号选择控制电路与信号放大电路的输出端连接，用于实现不同机载无线电设备信号的自适应识别和输出控制，当机载无线电设备输出模拟电压为负电压范围信号，则经过放大电路处理后通过第一条支路输出；当机载无线电设备输出模拟电压为正电压范围信号，则经过放大电路处理后通过第二条支路输出并进行控制输出；

主处理器，主处理器将两条支路采集结果进行数据识别与判定，并进行机载无线电模拟信号数字化融合处理，自动选择高可靠性的数据信息，并根据该高可靠性的数据信息，自适应判定当前的机载无线电设备信号范围，并根据信号范围确定与近地告警系统交联的机载无线电设备的线性关系；同时根据离散量组合方式实现型号识别，进而实现正负向电压不同量程大小的机载无线电设备信号的识别与处理；同时根据当前机载无线电设备状态信息实时更新比例系数，综合计算当前无线电高度值。

2.一种近地告警系统的无线电模拟量自适应采集控制方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

A、将机载无线电设备的输出模拟信号与机载近地告警系统的无线电采集控制电路进行交联；

B、对机载无线电设备输出模拟信号进行信号处理和识别，当机载无线电设备输出模拟电压为负电压范围信号，则经过信号处理后通过第一条支路输出；当机载无线电设备输出模拟电压为正电压范围信号，则经过信号处理后通过第二条支路输出并进行控制输出；经过两条支路处理的无线电模拟信号分别通过两路AD采样接口发送至主处理器，所述两条支路的模拟信号分别记为ADC1、ADC2；

C、主处理器实时采集ADC1、ADC2模拟信号，并实时计算ADC1与ADC2电压值对应的十六进制数值，并将两路采集结果进行数据识别与判定；

D、主处理器实时计算，进行机载无线电模拟信号数字化融合处理，自动选择高可靠性的数据信息，将其标识为SIG_SAMPLE_ADC；

E、根据SIG_SAMPLE_ADC数值情况，自适应判定当前的机载无线电设备信号范围，并根据信号范围确定与近地告警系统交联的机载无线电设备的线性关系；同时根据离散量组合方式实现型号识别，进而实现正负向电压不同量程大小的机载无线电设备信号的识别与处理；

F、根据当前机载无线电设备状态信息实时更新比例系数ANALOG_RATIO；

G、主处理器通过综合计算当前无线电高度值R_A。

3.按权利要求2所述的近地告警系统的无线电模拟量自适应采集控制方法，其特征在于：步骤C中，主处理器实时采集ADC1、ADC2模拟信号，并实时计算ADC1与ADC2电压值对应的十六进制数值，分别标识为SIG_SAMPLE_ADC1、SIG_SAMPLE_ADC2，

其中，α、β、γ、θ均为十六进制数。

4.按权利要求3所述的近地告警系统的无线电模拟量自适应采集控制方法，其特征在于：步骤D中，SIG_SAMPLE_ADC的计算公式如下：

5.按权利要求2所述的近地告警系统的无线电模拟量自适应采集控制方法，其特征在于：根据离散量组合方式实现型号识别方法如下：

其中，ANALOG_CLASS对应为机载无线电设备类型，0-无线电设备1(电压范围：0V～－40V；无线电高度范围：0m～1500m)，1-无线电设备2(电压范围：0～－50V；无线电高度范围：0m～1500m)；2-无线电设备3(电压范围：0～20V；无线电高度范围：0m～1000m)；3-无线电设备4(电压范围：0～37.5V；无线电高度范围：0m～1500m)；

其中，K、L分表表示当前近地告警设备中接口离散量状态信息，由此识别当前机载无线电设备信号范围。

6.按权利要求5所述的近地告警系统的无线电模拟量自适应采集控制方法，其特征在于：步骤F中，根据当前机载无线电设备状态信息实时更新比例系数，比例系数ANALOG_RATIO如下：

ANALOG_RATIO的取值范围{37.5,30,50,40}，由r、s、t、m给定；

其中，r，s，t，m分别对应上述不同类型机载无线电设备的比例系数，

r＝Height/Voltage＝1500/40＝37.5

s＝Height/Voltage＝1500/50＝30

t＝Height/Voltage＝1000/20＝50

m＝Height/Voltage＝1500/37.5＝40，

Height表示机载无线电设备指示高度范围，Voltage指示机载无线电设备电压范围。