CN114020563A - 基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于设备参数检测技术领域，具体涉及一种基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的系统及方法，系统包括模拟信号采集模块、网络数据采集模块、PCM数据处理模块、RS232/422串口模块、健康/测试数据管理单元、显示/控制单元。本技术方案通过解析机载测试系统各子系统状态数据包及试飞测试参数，设计各子系统的关键参数组，依据不同类型参数的特征建立参数组特征模型，实现机载测试系统中各子系统健康状态实时监控，依据特征模型判定测试参数的有效性，诊断各子系统的健康状态，并对系统故障进行快速定位。

Description

基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的系统及方法
技术领域
本发明属于设备参数检测技术领域，具体涉及一种基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的系统及方法。
背景技术
随着我国航空产业的迅速发展，在飞机研发及制造过程中对飞机进行试飞检测是对飞机的设计以及性能指标验证的一个不可替代的重要手段。在飞行过程中，一旦用于试飞检测的机载测试记录系统出现故障，必将影响试飞数据的正确性和准确性，甚至导致正在进行的该次试飞失效。而飞机飞行每个架次的成本都非常高，因此，在试飞飞行前对用于试飞检测的设备进行诊断检查，以及在试飞过程中对试飞设备状态进行实时监控都是十分必要的，目前还没有对机载测试系统(尤其是异构的机载测试系统)进行整体诊断检查及实时监控的措施，一般仅仅是各试飞设备自身具有的开机自检或者周期性自检的功能，如此一来，对于完成试飞检测任务的机载试飞参数测试系统就缺乏应有的诊断监视手段。
发明内容
本发明根据目前航空领域的发展需要，提出的一种基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的系统及方法，通过解析机载测试系统各子系统状态数据包及试飞测试参数，设计各子系统的关键参数组，依据不同类型参数的特征建立参数组特征模型，作为各子系统的健康状态专家诊断系统，实现以下机载测试系统各子系统健康状态实时监控，依据特征模型判定测试参数的有效性，诊断各子系统的健康状态，并对系统故障进行快速定位。
具体通过以下技术方案实现：
基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的系统，其特征在于，包括：模拟信号采集模块，用于接收机载测试系统中配电和控制子系统电源参数的模拟量及传感器参数；网络数据采集模块，用于接收机载测试系统中专用数据采集子系统输出的以太网数据包；PCM数据处理模块，用于接收机载测试系统中通用数据采集子系统输出的PCM流/UDP数据；RS232/422串口模块，用于接收机载测试系统中数据记录子系统和遥测发射子系统输出的UART数据；健康/测试数据管理单元，用于通过模拟信号采集模块、网络数据采集模块、PCM数据处理模块和RS232/422串口模块接收机载测试系统的相应数据包，从接收的数据包中获取健康状态参数，并依据健康状态参数数据的结构定义进行解析；显示/控制单元，接入机载测试系统，用于显示机载测试系统的健康状态。
对应上述基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的系统，本技术方案提供一种基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的方法，其特征在于：构建软件系统、硬件系统连接、测试健康状态。
所述构建软件系统：包括基于健康/测试数据管理单元，根据机载测试系统中各子系统的参数信息特征创建配置文件；依据各子系统的功能、关键技术指标以及试飞测试参数的特征，建立各子系统的关键参数组及关键参数组的特征模型。
所述硬件连接：向机载测试系统接入健康/测试数据管理单元和显示/控制单元；其中，通过模拟信号采集模块将健康/测试数据管理单元接入配电和控制子系统，通过网络数据采集模块将健康/测试数据管理单元接入专用数据采集子系统，通过PCM数据处理模块将健康/测试数据管理单元接入通用数据采集子系统，通过RS232/422串口模块将健康/测试数据管理单元接入数据记录子系统。
所述测试健康状态：启动健康/测试数据管理单元，进入功能进程，读取配置文件中的配置信息，并根据配置信息接收机载测试系统的以太网健康数据信息、UART健康数据信息、PCM健康数据信息、模拟量采集及串口健康数据信息；然后依据健康状态参数数据的结构定义对各健康数据信息进行解析，并根据解析结果自动生成界面框架和界面图文后，通过机载测试系统发送至显示/控制单元进行显示。
优选的，所述构建软件系统的过程中，还包括设计检测滤波器程序，用于采集机载测试系统中采集器的状态残差。
优选的，所述测试健康状态的过程中，在接收各健康数据信息之前，还通过检测滤波器程序获取状态残差e(t)，获取状态残差e(t)包括以下步骤：
S3-1，根据检测滤波器程序与采集器之间的连接状态，判断健康/测试数据管理单元与机载测试系统之间是否通信正常；若判断通信异常，则停留在该步骤，检查并消除相应故障，直至判断出通信正常；若判断通信正常，则进行下一步；
S3-2，设置飞机静止状态下的三向过载参数预测值
Figure BDA0003321061670000021
并通过机载测试系统读取飞机静止态下的三向过载参数观测值x(t)，其中，
Figure BDA0003321061670000022
S3-4，判断|e(t)|是否大于0.005；若是，则通过显示/控制单元显示相关错误警示画面；若不是，则通过显示/控制单元显示当前飞机水平静止状态。
优选的，所述构建软件系统过程中的关键参数组包括机载采集设备状态参数组、机载记录设备状态参数组、遥测发射机状态参数组、CPS状态参数组、颤振参数组和试飞测试参数组。
优选的，所述测试健康状态的过程中，将界面框架和界面图文发送至显示/控制单元后，通过显示/控制单元对显示画面进行编辑，依据试飞科目的不同，选择重要参数进行显示。
优选的，所述测试健康状态的过程中，在进入功能进程之前，还需通过监控进程；即，进入监控进程后，查询是否需要升级程序，若需要，则接收并写入程序数据后，进入功能进程，若不需要，则直接进入功能进程。
本技术方案带来的有益效果：
1)本技术方案提供了一种机载测试系统健康状态的监控系统，针对机载测试系统数据结构多型异构，设备状态信息和测试数据融合多流的特性，该监控系统采用了包括模拟信号采集、网络数据采集、PCM数据处理和RS232/422串口的四个数据接收模块，有效获取机载测试系统中各子系统的测试参数信息和状态参数信息，确保了监控机载测试系统健康状态的可靠性；另外，健康/测试数据管理单元中包含有中央处理器，用于支持对获取参数的处理和解析，通过显示/控制单元对机载测试系统的健康状态进行显示，实现了机载测试系统健康状态的直观性。
2)本技术方案提出了一种基于基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的方法，改变了传统的仅通过各个测试设备本身自检结果、状态指示灯或依赖于地面支持设备来判别自身工作状态的诊断手段；使得测试系统的健康状态不仅可以在本地在线显示也可以远程监控，可以实现至少到SRU(内场可更换单元)故障诊断；系统状态管理和故障诊断从离散化升级为综合化，在装机前、装机后及飞行过程中都能实现整个系统的状态监控，可以快速及准确定位故障点，避免试飞测试数据失效；避免了离散检查设备的繁琐步骤，丰富了系统调试手段，提高了工作效率。
附图说明
图1为本技术方案系统工作原理框图；
图2为一种测试健康状态的流程图；
图3为例举发一种获取和运用状态残差的流程图；
图4为例举的一种机载记录设备状态参数组的监控界面示意图；
图5为例举的一种机载采集设备状态参数组的监控界面示意图；
图6为例举的一种遥测发射机状态参数组的监控画面示意图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是为了解释本发明而非对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例公开了基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的系统。机载测试系统通常由通用数据采集设备(通用数据采集子系统)、总线数据采集设备(专用数据采集子系统)、数据记录设备(数据记录子系统)以及数据遥测设备(遥测发射子系统)、配电及控制子系统等组成；系统的测试参数和设备状态参数融合在不同的数据流(如：网络数据包-UDP、串口数据流-UART、PCM数据流)中。子系统数据接口各不相同，数据结构多型异构，设备状态信息和测试数据融合多流，因此要实现管理机载测试系统的健康状态，首先要采集来自于不同数据接口的各类数据流，再依据数据类型与结构，解析出测试参数和状态参数。如图1所示，作为本发明一种基本的实施方案，包括模拟信号采集模块、网络数据采集模块、PCM数据处理模块、RS232/422串口模块、健康/测试数据管理单元、显示/控制单元。其中，模拟信号采集模块用于接收机载测试系统中配电和控制子系统电源参数的模拟量及传感器参数；网络数据采集模块用于接收机载测试系统中专用数据采集子系统输出的以太网数据包；PCM数据处理模块用于接收机载测试系统中通用数据采集子系统输出的PCM流/UDP数据；RS232/422串口模块用于接收机载测试系统中数据记录子系统和遥测发射子系统输出的UART数据；健康/测试数据管理单元用于通过模拟信号采集模块、网络数据采集模块、PCM数据处理模块和RS232/422串口模块接收机载测试系统的相应数据包，从接收的数据包中获取健康状态参数，并依据健康状态参数数据的结构定义进行解析；显示/控制单元接入机载测试系统，用于显示机载测试系统的健康状态。
本技术方案提供了一种机载测试系统健康状态的监控系统，针对机载测试系统数据结构多型异构，设备状态信息和测试数据融合多流的特性，该监控系统采用了包括模拟信号采集、网络数据采集、PCM数据处理和RS232/422串口的四个数据接收模块，有效获取机载测试系统中各子系统的测试参数信息和状态参数信息，确保了监控机载测试系统健康状态的可靠性；另外，健康/测试数据管理单元中包含有中央处理器，用于支持对获取参数的处理和解析，通过显示/控制单元对机载测试系统的健康状态进行显示，实现了机载测试系统健康状态的直观性。
实施例2
本实施例公开了基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的方法，作为本发明一种基本的实时方案，包括构建软件系统、硬件系统连接、测试健康状态。
构建软件系统：基于健康/测试数据管理单元，创建工作程序，包括根据机载测试系统中各子系统的参数信息特征创建配置文件，依据各子系统的功能、关键技术指标以及试飞测试参数的特征，建立各子系统的关键参数组及关键参数组的特征模型；
硬件连接：向机载测试系统接入健康/测试数据管理单元和显示/控制单元；其中，通过模拟信号采集模块将健康/测试数据管理单元接入配电和控制子系统，通过网络数据采集模块将健康/测试数据管理单元接入专用数据采集子系统，通过PCM数据处理模块将健康/测试数据管理单元接入通用数据采集子系统，通过RS232/422串口模块将健康/测试数据管理单元接入数据记录子系统；
测试健康状态：启动健康/测试数据管理单元，进入功能进程，读取配置文件中的配置信息，并根据配置信息接收机载测试系统的以太网健康数据信息、UART健康数据信息、PCM健康数据信息、模拟量采集及串口健康数据信息；然后依据健康状态参数数据的结构定义对各健康数据信息进行解析，并根据解析结果自动生成界面框架和界面图文后，通过机载测试系统发送至显示/控制单元进行显示。
本技术方案提出了一种基于基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的方法，改变了传统的仅通过各个测试设备本身自检结果、状态指示灯或依赖于地面支持设备来判别自身工作状态的诊断手段；使得测试系统的健康状态不仅可以在本地在线显示也可以远程监控，可以实现至少到SRU(内场可更换单元)故障诊断；系统状态管理和故障诊断从离散化升级为综合化，在装机前、装机后及飞行过程中都能实现整个系统的状态监控，可以快速及准确定位故障点，避免试飞测试数据失效；避免了离散检查设备的繁琐步骤，丰富了系统调试手段，提高了工作效率。
实施例3
本实施例公开了基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的方法，作为本发明一种优选的实施方案，即实施例2构建软件系统的过程中，还包括设计检测滤波器程序，用于采集机载测试系统中采集器的状态残差。进一步的，测试健康状态的过程中，在接收各健康数据信息之前，还通过检测滤波器程序获取状态残差e(t)，获取状态残差e(t)包括以下步骤：
S3-1，根据检测滤波器程序与采集器之间的连接状态，判断健康/测试数据管理单元与机载测试系统之间是否通信正常；若判断通信异常，则停留在该步骤，检查并消除相应故障，直至判断出通信正常；若判断通信正常，则进行下一步；
S3-2，设置飞机静止状态下的三向过载参数预测值
Figure BDA0003321061670000051
并通过机载测试系统读取飞机静止态下的三向过载参数观测值x(t)，其中，
Figure BDA0003321061670000052
S3-4，判断|e(t)|是否大于0.005；若是，则通过显示/控制单元显示相关错误警示画面；若不是，则通过显示/控制单元显示当前飞机水平静止状态。
如图3所示，例举了一种具体获取和运用状态残差的过程。本技术方案可通过获取状态残差判断记载测试参数的状态信息，即，状态残差若在安全范围内，显示/控制单元显示当前飞机水平静止状态，则表明机载测试系统满足基本工作要求，然后便可进一步对机载测试系统的健康状态进行监测；若状态残差若未在安全范围内，显示/控制单元显示相关错误警示画面，即表明目前机载测试系统未达到基本工作要求，也就不必要进行机载测试系统的健康状态监测了，应当及时消除机载测试系统存在的故障。
进一步的，由于随着飞机性能提高，机载测试系统的性能也在随之更新，机载测试系统的健康状态参数和/或试飞测试参数也可能随之发生变化，因此为了适应机载测试系统性能的更新速度，建造构建软件系统时还设置了监控进程，由此一来，测试健康状态的过程中，在进入功能进程之前，还需通过监控进程；即，进入监控进程后，查询是否需要升级程序，若需要，则接收并写入程序数据后，进入功能进程，若不需要，则直接进入功能进程。
实施例4
本实施例公开了基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的方法，作为本发明一种优选的实施方案，即实施例2构建软件系统过程中的关键参数组包括机载采集设备状态参数组、机载记录设备状态参数组、遥测发射机状态参数组、CPS状态参数组、颤振参数组和试飞测试参数组。如下表所示，例举了部分关键参数组。
Figure BDA0003321061670000061
Figure BDA0003321061670000071
Figure BDA0003321061670000081
对于关键参数组特征模型建立，例举如下：
如图4所示，机载记录设备状态参数组的监控界面中，建立了用于显示参数组名的参数组区(第一列)、参数特征区(第二列，图中显示的是各采集通道的带宽载荷)和状态区(第三列)，状态区中，绿色代表无错误，存在一个及多个错误则为红色；
如图5所示，机载采集设备状态参数组的监控界面，用于查看各个卡槽的状态，尾部状态显示中，绿色代表无错误，存在一个及多个错误为红色。
如图6所示，遥测发射机状态参数组的监控画面，根据每个参数将自动选择指定的空间进行显示，对I/O状态类的用状态显示灯，在此界面，遥测发射机的界面可对参数进行编辑，编辑完成后设置值将直接对遥测发射机生效，此界面将在下一次读取参数进行，工作人员可以查看是否设置成功。
进一步的，测试健康状态的过程中，将界面框架和界面图文发送至显示/控制单元后，通过显示/控制单元对显示画面进行编辑，依据试飞科目的不同，选择重要参数进行显示。

Claims (7)

1.基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的系统，其特征在于，包括：
模拟信号采集模块：用于接收机载测试系统中配电和控制子系统电源参数的模拟量及传感器参数；
网络数据采集模块：用于接收机载测试系统中专用数据采集子系统输出的以太网数据包；
PCM数据处理模块：用于接收机载测试系统中通用数据采集子系统输出的PCM流/UDP数据；
RS232/422串口模块：用于接收机载测试系统中数据记录子系统和遥测发射子系统输出的UART数据；
健康/测试数据管理单元：用于通过模拟信号采集模块、网络数据采集模块、PCM数据处理模块和RS232/422串口模块接收机载测试系统的相应数据包，从接收的数据包中获取健康状态参数，并依据健康状态参数数据的结构定义进行解析；
显示/控制单元：接入机载测试系统，用于显示机载测试系统的健康状态。
2.基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的方法，其特征在于：构建软件系统、硬件系统连接、测试健康状态：
所述构建软件系统：包括基于健康/测试数据管理单元，根据机载测试系统中各子系统的参数信息特征创建配置文件；依据各子系统的功能、关键技术指标以及试飞测试参数的特征，建立各子系统的关键参数组及关键参数组的特征模型；
所述硬件连接：向机载测试系统接入健康/测试数据管理单元和显示/控制单元；其中，通过模拟信号采集模块将健康/测试数据管理单元接入配电和控制子系统，通过网络数据采集模块将健康/测试数据管理单元接入专用数据采集子系统，通过PCM数据处理模块将健康/测试数据管理单元接入通用数据采集子系统，通过RS232/422串口模块将健康/测试数据管理单元接入数据记录子系统；
所述测试健康状态：启动健康/测试数据管理单元，进入功能进程，读取配置文件中的配置信息，并根据配置信息接收机载测试系统的以太网健康数据信息、UART健康数据信息、PCM健康数据信息、模拟量采集及串口健康数据信息；然后依据健康状态参数数据的结构定义对各健康数据信息进行解析，并根据解析结果自动生成界面框架和界面图文后，通过机载测试系统发送至显示/控制单元进行显示。
3.如权利要求2所述基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的方法，其特征在于：所述构建软件系统的过程中，还包括设计检测滤波器程序，用于采集机载测试系统中采集器的状态残差。
4.如权利要求3所述基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的方法，其特征在于：所述测试健康状态的过程中，在接收各健康数据信息之前，还通过检测滤波器程序获取状态残差
Figure FDA0003321061660000021
获取状态残差
Figure FDA0003321061660000022
包括以下步骤：
S3-1，根据检测滤波器程序与采集器之间的连接状态，判断健康/测试数据管理单元与机载测试系统之间是否通信正常；若判断通信异常，则停留在该步骤，检查并消除相应故障，直至判断出通信正常；若判断通信正常，则进行下一步；
S3-2，设置飞机静止状态下的三向过载参数预测值
Figure FDA0003321061660000023
并通过机载测试系统读取飞机静止态下的三向过载参数观测值
Figure FDA0003321061660000024
其中，
Figure FDA0003321061660000025
S3-4，判断
Figure FDA0003321061660000026
是否大于0.005；若是，则通过显示/控制单元显示相关错误警示画面；若不是，则通过显示/控制单元显示当前飞机水平静状态。
5.如权利要求2所述基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的方法，其特征在于，所述构建软件系统过程中的关键参数组包括机载采集设备状态参数组、机载记录设备状态参数组、遥测发射机状态参数组、CPS状态参数组、颤振参数组和试飞测试参数组。
6.如权利要求5所述基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的方法，其特征在于：所述测试健康状态的过程中，将界面框架和界面图文发送至显示/控制单元后，通过显示/控制单元对显示画面进行编辑，依据试飞科目的不同，选择重要参数进行显示。
7.如权利要求5所述基于关键参数组监控机载测试系统健康状态的方法，其特征在于：所述测试健康状态的过程中，在进入功能进程之前，还需通过监控进程；即，进入监控进程后，查询是否需要升级程序，若需要，则接收并写入程序数据后，进入功能进程，若不需要，则直接进入功能进程。
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