CN110850758B - 一种采编帧结构可配置的遥测系统及方法 - Google Patents

一种采编帧结构可配置的遥测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采编帧结构可配置的遥测系统及方法，其中，该系统包括：n个传感器组、切换控制装置、采集编码装置、数据存储装置和无线发射装置；其中，主控单元接收指令信息，主控单元根据该传感器组加载存储单元中对应帧结构，切换控制装置根据控制指令将采集通道切换到该传感器组；该传感器组采集环境参数得到模拟量数据，模数转换单元将模拟量数据进行模数转换得到数字信号，并将数字信号传输给主控单元；主控单元根据存储单元中的该传感器组对应的帧结构对该传感器组的数字信号进行编帧处理得到采编帧数据；主控单元将采编帧数据分别发送给数据存储装置和无线发射装置。本发明具有采编帧结构动态可配置的效果。

Description

一种采编帧结构可配置的遥测系统及方法
技术领域
本发明属于飞行器遥测技术领域，尤其涉及一种采编帧结构可配置的遥测系统及方法。
背景技术
随着飞行器设计技术的快速发展，需要测量的遥测参数与日俱增，且需要遥测系统能够根据指令在不同时间段和不同任务需求下完成不同参数的测量。传统的固定帧结构遥测系统在飞行试验前根据需求建立固定的帧结构，保存在遥测系统中，飞行过程中根据固定的帧结构采集相关传感器结果，供飞行试验后数据分析使用，该方案简单成熟，但当测量需求更改时，需重新设计遥测系统方案，建立新的帧结构，对当前飞行器测量需求多变的情况已经无法胜任。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种采编帧结构可配置的遥测系统及方法，具有采编帧结构动态可配置的效果。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：根据本发明的一个方面，提供了一种采编帧结构可配置的遥测系统，包括：n个传感器组、切换控制装置、采集编码装置、数据存储装置和无线发射装置；其中，所述采集编码装置包括模数转换单元、主控单元和存储单元；所述主控单元接收来自1553B总线的指令信息，指令信息指定需要采集的某个传感器组，主控单元根据该传感器组加载存储单元中对应帧结构，并发送控制指令给切换控制装置，切换控制装置根据控制指令将采集通道切换到该传感器组；该传感器组采集环境参数得到模拟量数据，并将模拟量数据传输给所述模数转换单元，所述模数转换单元将模拟量数据进行模数转换得到数字信号，并将数字信号传输给主控单元；所述主控单元根据存储单元中的该传感器组对应的帧结构对该传感器组的数字信号进行编帧处理得到采编帧数据；所述主控单元将采编帧数据分别发送给数据存储装置和无线发射装置，实现遥测数据的实时存储和无线回传工作。
上述采编帧结构可配置的遥测系统中，所述存储单元中的帧结构分别可通过地面总线和1553B总线进行动态更新。
上述采编帧结构可配置的遥测系统中，存储单元中的帧结构通过地面总线进行动态更新包括如下步骤：根据n个传感器组确定n个帧结构，将n个帧结构利用JTAG接口发送给主控单元，主控单元将帧结构通过I2C总线发送给存储单元进行保存。
上述采编帧结构可配置的遥测系统中，存储单元中的帧结构通过1553B总线进行动态更新包括如下步骤：当无法通过地面总线对存储单元中的帧结构进行动态更新时，将帧结构通过1553B总线发送给主控单元，主控单元将帧结构通过I2C总线发送给存储单元完成帧结构的更新。
上述采编帧结构可配置的遥测系统中，帧结构采用混合编帧采集，其中，通过串行数据流的时分复用，实现速变参数和缓变参数的混合编帧；当对速变参数进行采集时，按照采集到的速变参数顺序依次填入串行数据流中的字1、字2和后续位置；同时将每个帧结构分割成若干子结构，对子结构中的副帧中的数据重新编帧，构成新的循环单元，其中每个副帧为一个独立的子结构，当采集某个副帧中的缓变参数时，将采集结果在不同时刻依次放入对应副帧的位置，完成遥测系统的混合编帧采集；其中，子结构包括副帧1、副帧2和后续位置。
上述采编帧结构可配置的遥测系统中，在帧结构写入存储单元时，为每个帧结构建立索引，将其保存在存储单元起始位置，其中，索引包括帧结构序号、帧结构长度和帧结构CRC校验。
上述采编帧结构可配置的遥测系统中，采集编码装置主控单元加载帧结构N时，首先通过索引的帧结构序号进行检索，得到帧结构N的存储地址，然后跳转到该存储地址，根据帧结构长度将帧结构N的信息读出，并对读取的信息进行CRC校验，并与索引中的帧结构CRC校验信息进行校核，当校核一致时，表明数据读取正确，则加载该帧结构信息，否则保留原帧结构，并返回错误信息。
上述采编帧结构可配置的遥测系统中，主控单元将采编帧数据分别发送给数据存储装置和无线发射装置，数据存储装置保存所有的采编帧数据。
上述采编帧结构可配置的遥测系统中，无线发射装置发送部分采编帧数据，其中，部分采编帧数据通过以下方式得到：根据1553B总线接收到的控制指令，对采编帧数据中某个波道进行动态剪裁，将该波道信息去除得到部分采编帧数据。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种采编帧结构可配置的遥测方法，所述方法包括如下步骤：主控单元接收来自1553B总线的指令信息，指令信息指定需要采集的某个传感器组，主控单元根据该传感器组加载存储单元中对应帧结构，并发送控制指令给切换控制装置，切换控制装置根据控制指令将采集通道切换到该传感器组；该传感器组采集环境参数得到模拟量数据，并将模拟量数据传输给所述模数转换单元，所述模数转换单元将模拟量数据进行模数转换得到数字信号，并将数字信号传输给主控单元；主控单元根据存储单元中的该传感器组对应的帧结构对该传感器组的数字信号进行编帧处理得到采编帧数据；主控单元将采编帧数据分别发送给数据存储装置和无线发射装置，实现遥测数据的实时存储和无线回传工作。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明涉及的遥测系统采用采编帧可动态配置的技术，适应不同测量需求场景，避免遥测系统方案的更改，提高了系统的通用性和适应性；
(2)本发明采用1553B总线实现采编帧的动态更新配置，确保飞行器能够在不分解的情况下实时在线更新，提高任务执行时的响应速度；
(3)本发明采编帧采用混合编帧模式，通过串行数据流的时分复用，满足速变和缓变参数的同时采集；
(4)本发明为存储的每个帧结构建立索引，提高帧结构的搜索速度，确保帧结构的准确有效定位；
(5)本发明对采编帧进行动态裁剪，适应不同无线下行速率的通信需求。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的采编帧结构可配置的遥测系统的示意图；
图2是本发明实施例提供的采编帧动态更新信号流图；
图3是本发明实施例提供的混合编帧结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例提供的采编帧结构可配置的遥测系统的示意图。如图1所示，该采编帧结构可配置的遥测系统包括n个传感器组、切换控制装置、采集编码装置、数据存储装置和无线发射装置；其中，
采集编码装置包括模数转换单元、主控单元和存储单元；
主控单元接收来自1553B总线的指令信息，指令信息指定需要采集的某个传感器组，主控单元根据该传感器组加载存储单元中对应帧结构，并发送控制指令给切换控制装置，切换控制装置根据控制指令将采集通道切换到该传感器组；
该传感器组采集环境参数得到模拟量数据，并将模拟量数据传输给所述模数转换单元，所述模数转换单元将模拟量数据进行模数转换得到数字信号，并将数字信号传输给主控单元；
主控单元根据存储单元中的该传感器组对应的帧结构对该传感器组的数字信号进行编帧处理得到采编帧数据；
主控单元将采编帧数据分别发送给数据存储装置和无线发射装置，实现遥测数据的实时存储和无线回传工作。
存储单元中的帧结构分别可通过地面总线和1553B总线进行动态更新。其中，
存储单元中的帧结构通过地面总线进行动态更新包括如下步骤：根据n个传感器组确定n个帧结构，将n个帧结构利用JTAG接口发送给主控单元，主控单元将帧结构通过I2C总线发送给存储单元进行保存，如图2所示。
存储单元中的帧结构通过1553B总线进行动态更新包括如下步骤：当遥测系统已装载到飞行器上，此时无法通过地面总线对存储单元中的帧结构进行动态更新，当有新的帧结构添加或原帧结构更改时，现有技术需对飞行器进行分解，将遥测系统还原为散态状态，才能使用地面总线重新配置帧结构；本发明利用飞行器通用1553B总线，将新帧结构通过1553B总线发送给主控单元，主控单元将帧结构通过I2C总线发送给存储单元完成帧结构的更新。
帧结构采用混合编帧模式，通过串行数据流的时分复用，实现速变参数(振动、冲击、噪声等)和缓变参数(温度、压力、热流等)的混合编帧；如图3所示，当对速变参数进行采集时，按照采集到的速变参数顺序依次填入串行数据流“字1”“字2”和后续位置；同时将每个帧结构分割成若干子结构，如图3中的“副帧1”“副帧2”和后续位置，对副帧中的数据重新编帧，构成新的循环单元，其中每个副帧为一个独立的子结构，，当采集某个副帧中的缓变参数时，将采集结果在不同时刻依次放入对应副帧的位置，完成遥测系统的混合编帧采集。
由于帧结构之间存在差异，写入存储单元中的每个帧结构的所占用的存储空间大小也不尽相同；为了实现帧结构N的快速查找定位，在帧结构写入存储单元时，为每个帧结构建立索引，将其保存在存储单元起始位置，索引包括帧结构序号、帧结构长度和帧结构CRC校验；其中，
采集编码装置主控单元加载帧结构N时，首先通过索引的帧结构序号进行检索，得到帧结构N的存储地址，然后跳转到该存储地址，根据帧结构长度将帧结构N的信息读出，并对读取的信息进行CRC校验，并与索引中的帧结构CRC校验信息进行校核，当校核一致时，表明数据读取正确，则加载该帧结构信息，否则保留原帧结构，并返回错误信息。
主控单元将采编帧数据分别发送给数据存储装置和无线发射装置，其中数据存储装置保存所有的采编帧数据。
无线发射装置由于无线带宽的限制发送部分采编帧数据，主控单元根据1553B总线接收到的控制指令，对采编帧中波道进行动态剪裁或添加，例如图3中由于带宽限制“字1”波道要求裁剪时，主控单元向无线发射装置发送的数据中则将该波道信息去除，以适应不同的无线遥测下行速率；
上电后，遥测系统工作流程为：
1)采集编码装置的主控单元接收来自1553B总线的指令信息，指令信息指定需要采集的传感器组号N，主控单元根据传感器组号N加载EEPROM中的帧结构N，并发送控制指令给切换控制装置，使切换控制装置将采集通道切换到传感器组N；
2)采集编码装置的模数转换单元实时对切换控制装置转发的传感器组N的模拟量数据进行模数转换，并将转换结果发送给主控单元；
3)主控单元根据EEPROM的帧结构N对传感器组N的数据进行编帧处理；
4)主控单元将编帧完成的数据分别分发给数据存储装置和无线发射装置，实现遥测数据的实时存储和无线回传工作；
EEPROM中的帧结构分别可通过地面总线和1553B总线进行动态更新，满足不同应用的需求，动态更新可实现帧结构的添加、删除以及更改操作：
1)在遥测系统设计初期，根据总体需求确定N个帧结构，通过帧结构写入软件配置N个帧结构信息，通过地面总线将帧结构烧写到EEPROM中，烧写时首先利用JTAG接口将帧结构信息发送给采集编码装置的主控单元，然后通过I2C总线写入EEPROM完成帧结构的配置存储；
2)当遥测系统装入飞行器内，无法通过地面总线进行EEPROM帧结构的更新，则通过1553B总线由控制系统完成，来满足总体需求的更改。
遥测系统帧结构采用混合编帧模式，满足速变/缓变传感器同时采集的需求，每个帧结构被分割成若干子结构，子结构中数据重新编帧，构成新的循环单元，称为副帧。
由于帧结构之间存在差异，写入EEPROM中的每个帧结构的所占用的存储空间也不尽相同；为了实现帧结构N的快速查找，为每个帧结构建立索引，索引结构包括帧结构序号、帧结构长度和CRC校验信息；采集编码装置主控单元加载帧结构N时，首先通过索引进行检索，得到帧结构N的存储位置，然后跳转到该存储区间将帧结构N的信息读出，并对读取的信息进行CRC校验，并与索引中的校验信息进行比对，当校验通过时，加载新的帧结构信息，否则保留原帧结构，并返回错误信息。
采集变慢装置的主控单元在完成采集编码工作后，将数据分别发送给数据存储装置和无线发射装置，其中数据存储装置保存所有的遥测数据，无线发射装置由于带宽的限制发送部分遥测数据，同时，主控单元实时接收1553B总线控制指令，对采编帧中波道进行动态剪裁/添加，例如图3中当字1所示波道要求裁剪时，主控单元向无线发射装置发送的数据中则将该波道信息去除，以适应不同的无线遥测下行速率。
本实施例还提供了一种采编帧结构可配置的遥测方法，该方法包括如下步骤：主控单元接收来自1553B总线的指令信息，指令信息指定需要采集的某个传感器组，主控单元根据该传感器组加载存储单元中对应帧结构，并发送控制指令给切换控制装置，切换控制装置根据控制指令将采集通道切换到该传感器组；该传感器组采集环境参数得到模拟量数据，并将模拟量数据传输给所述模数转换单元，所述模数转换单元将模拟量数据进行模数转换得到数字信号，并将数字信号传输给主控单元；主控单元根据存储单元中的该传感器组对应的帧结构对该传感器组的数字信号进行编帧处理得到采编帧数据；主控单元将采编帧数据分别发送给数据存储装置和无线发射装置，实现遥测数据的实时存储和无线回传工作。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种采编帧结构可配置的遥测系统，其特征在于包括：n个传感器组、切换控制装置、采集编码装置、数据存储装置和无线发射装置；其中，
所述采集编码装置包括模数转换单元、主控单元和存储单元；
所述主控单元接收来自1553B总线的指令信息，指令信息指定需要采集的某个传感器组，主控单元根据该传感器组加载存储单元中对应帧结构，并发送控制指令给切换控制装置，切换控制装置根据控制指令将采集通道切换到该传感器组；
该传感器组采集环境参数得到模拟量数据，并将模拟量数据传输给所述模数转换单元，所述模数转换单元将模拟量数据进行模数转换得到数字信号，并将数字信号传输给主控单元；
所述主控单元根据存储单元中的该传感器组对应的帧结构对该传感器组的数字信号进行编帧处理得到采编帧数据；
所述主控单元将采编帧数据分别发送给数据存储装置和无线发射装置，实现遥测数据的实时存储和无线回传工作；
所述存储单元中的帧结构分别可通过地面总线和1553B总线进行动态更新；
存储单元中的帧结构通过地面总线进行动态更新包括如下步骤：根据n个传感器组确定n个帧结构，将n个帧结构利用JTAG接口发送给主控单元，主控单元将帧结构通过I2C总线发送给存储单元进行保存；
存储单元中的帧结构通过1553B总线进行动态更新包括如下步骤：当无法通过地面总线对存储单元中的帧结构进行动态更新时，将帧结构通过1553B总线发送给主控单元，主控单元将帧结构通过I2C总线发送给存储单元完成帧结构的更新；
帧结构采用混合编帧采集，其中，通过串行数据流的时分复用，实现速变参数和缓变参数的混合编帧；当对速变参数进行采集时，按照采集到的速变参数顺序依次填入串行数据流中的字1、字2和后续位置；同时将每个帧结构分割成若干子结构，对子结构中的副帧中的数据重新编帧，构成新的循环单元，其中每个副帧为一个独立的子结构，当采集某个副帧中的缓变参数时，将采集结果在不同时刻依次放入对应副帧的位置，完成遥测系统的混合编帧采集；其中，子结构包括副帧1、副帧2和后续位置。
2.根据权利要求1所述的采编帧结构可配置的遥测系统，其特征在于：在帧结构写入存储单元时，为每个帧结构建立索引，将其保存在存储单元起始位置，其中，索引包括帧结构序号、帧结构长度和帧结构CRC校验。
3.根据权利要求2所述的采编帧结构可配置的遥测系统，其特征在于：采集编码装置主控单元加载帧结构N时，首先通过索引的帧结构序号进行检索，得到帧结构N的存储地址，然后跳转到该存储地址，根据帧结构长度将帧结构N的信息读出，并对读取的信息进行CRC校验，并与索引中的帧结构CRC校验信息进行校核，当校核一致时，表明数据读取正确，则加载该帧结构信息，否则保留原帧结构，并返回错误信息。
4.根据权利要求1所述的采编帧结构可配置的遥测系统，其特征在于：主控单元将采编帧数据分别发送给数据存储装置和无线发射装置，数据存储装置保存所有的采编帧数据。
5.根据权利要求4所述的采编帧结构可配置的遥测系统，其特征在于：无线发射装置发送部分采编帧数据，其中，
部分采编帧数据通过以下方式得到：
根据1553B总线接收到的控制指令，对采编帧数据中某个波道进行动态剪裁，将该波道信息去除得到部分采编帧数据。
6.一种采编帧结构可配置的遥测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
主控单元接收来自1553B总线的指令信息，指令信息指定需要采集的某个传感器组，主控单元根据该传感器组加载存储单元中对应帧结构，并发送控制指令给切换控制装置，切换控制装置根据控制指令将采集通道切换到该传感器组；
该传感器组采集环境参数得到模拟量数据，并将模拟量数据传输给模数转换单元，所述模数转换单元将模拟量数据进行模数转换得到数字信号，并将数字信号传输给主控单元；
主控单元根据存储单元中的该传感器组对应的帧结构对该传感器组的数字信号进行编帧处理得到采编帧数据；
主控单元将采编帧数据分别发送给数据存储装置和无线发射装置，实现遥测数据的实时存储和无线回传工作；
所述存储单元中的帧结构分别可通过地面总线和1553B总线进行动态更新；
存储单元中的帧结构通过地面总线进行动态更新包括如下步骤：根据n个传感器组确定n个帧结构，将n个帧结构利用JTAG接口发送给主控单元，主控单元将帧结构通过I2C总线发送给存储单元进行保存；
存储单元中的帧结构通过1553B总线进行动态更新包括如下步骤：当无法通过地面总线对存储单元中的帧结构进行动态更新时，将帧结构通过1553B总线发送给主控单元，主控单元将帧结构通过I2C总线发送给存储单元完成帧结构的更新；
帧结构采用混合编帧采集，其中，通过串行数据流的时分复用，实现速变参数和缓变参数的混合编帧；当对速变参数进行采集时，按照采集到的速变参数顺序依次填入串行数据流中的字1、字2和后续位置；同时将每个帧结构分割成若干子结构，对子结构中的副帧中的数据重新编帧，构成新的循环单元，其中每个副帧为一个独立的子结构，当采集某个副帧中的缓变参数时，将采集结果在不同时刻依次放入对应副帧的位置，完成遥测系统的混合编帧采集；其中，子结构包括副帧1、副帧2和后续位置。
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