CN203433354U - 航空器分布式监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电检验式监视控制系统的航空器分布式监控系统，其包括光纤通道数据接口卡、速度传感器、温度传感器、总线测试装置，总线测试装置、速度传感器、温度传感器均与光纤通道数据接口卡连接。它可以实现分布式管理航空电子设备，提高航空器综合化的能力。

Description

航空器分布式监控系统

技术领域

本实用新型涉及控制或调节系统整体设计与应用技术领域，具体说是一种电检验式监视控制系统。

背景技术

从上世纪末,全球化的浪潮席卷全球,产业全球化带动贸易、资源、人员交流、军事的全球化，这股全球化潮流带动航空器产业以惊人的速度向前发展。

航空器产业的快速发展，主要得益于同期航空电子技术的飞速发展。航空电子系统是航空器上所有电子系统的总和，它是航空器的“大脑”，它承载了航空器的通信、导航、显示管理、电子对抗等绝大多数任务。随着航空器续航能力的提高，进入空域的扩大，执行任务的多样性，所需机载电子设备增多，机载电子设备的任务项增多，任务量加大，这就急需将航空电子系统综合化。综合化是航空电子系统发展的核心和灵魂，综合化能压缩航空电子系统的体积和重量，减轻飞行控制人员的工作负担，提高系统的可靠性，降低全寿命周期费用等。这种综合已不限于单机之内，最大限度地利用机外信息资源将是今后的一个显著特点。

这种以功能划分为基点的综合化的航空电子系统，涉及的功能区更多、更细 ，各个功能区或者子功能区之间都是联动的。其各个功能区内部和功能区之间都存在着大量数据的交换需求，它对传输带宽、传输可靠性和传输延时都有极高的要求，普通的电通信已经不能满足航空电子系统数据通信的需求。

光纤通信，是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。一对单模光导纤维可以同时开通35000个电话，和电通信相比具有传输频带宽、传输损耗低、损耗均匀且不受温度的影响、抗干扰能力强、保真度高、信号保密度高、工作可靠度高等特点，其采用的高速串行能力的传输协议，具有高可靠性、高带宽、实时性高的特点。随着光纤技术的进步，特别是无水峰的全波窗口光纤的发展，从1280nm到1625nm的广阔的光频范围内，都能实现低损耗、低色散传输，传输容量呈几百倍、几千倍甚至上万倍的增长。同时光纤通信采用点对点、星形、链状、环形网络拓扑结构，中间设备少，不需要进行复杂的协议转换。正是如此，光纤通信系统成为航空电子系统的主流通信系统。

光纤通信系统不仅包括基础的硬件系统，还包括监控管理系统，其主要功能是对组成光纤传输系统的各种机载设备进行性能和工作状态的监测，进行发生故障时会自动告警并予以处理，对保护倒换系统实行自动控制。同时它还可以实现对数据的实时显示和存储，以及对存储的数据进行即时分析处理。监控管理系统不仅可以接收光端机发送的光纤通道数据，还可以直接与另一个光纤网络终端进行互连。

光纤通信系统的运行和监控功能主要是通过光纤通道数据接口卡来实现。光纤通道数据接口卡的系统功能和电路逻辑比较复杂，需要较多的可配置逻辑块。这种可配置性主要通过现场可编程门阵列（FPGA）来实现，设计工程师利用FPGA上的资源将许多系统功能配置到器件的逻辑电路上，缩减系统电路板上的电路数量，设计工程师还可以利用FPGA的可配置特性来更改逻辑以增加或移除功能、修补逻辑漏洞或者改善性能。

航空电子系统的机载设备，具有多种接口和航空通信总线，通过FPGA的逻辑设计和模块配置可实现对各种机载设备的支持。光纤通信技术目前在航空电子领域，还主要是进行单个设备之间的连接，正是这个原因，航空器操控人员采用计算机上的监控程序通过串口控制和监测单个机载设备，测试完成，再对其他的设备逐一进行测试。这种测试方式导致每个设备的测试的时间点不一样，也无法进行统一的分析，无法清楚地了解航空器的机载电子设备在一具体时点运行状况，更无法对设备在这个时点获得的数据进行统一分析。

实用新型内容

为了克服现有技术在航空电子系统各设备进行监控测试时，采用单个设备逐个测试，效率低，测试数据没有同时性，无法对数据进行统一分析，这种测试系统也不符合航空电子系统综合化的发展需求的技术缺陷，本实用新型提供一种航空器分布式监控系统。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

航空器分布式监控系统，包括光纤通道数据接口卡、速度传感器、温度传感器、总线测试装置，总线测试装置、速度传感器、温度传感器均与光纤通道数据接口卡连接。

本实用新型投入使用时，第一步，检查、调试设备：检查光纤通道数据接口卡有无硬件异常，检查速度传感器、温度传感器、总线测试装置和光纤通道数据接口卡的硬件连接是否正常，如果出现异常，予以纠正。第二步，加电测试设备：启动电源，确认航空器分布式监控系统的各个设备的工作状态是否正常，设备正常后才投入使用；第三步，执行监控任务，速度传感器、温度传感器和总线测试装置采集到的数据通过光纤传入光纤通道数据接口卡，光纤通道数据接口卡对这些数据进行处理和监控。

本实用新型的工作原理是，通过光纤网络将航空电子的各个设备连接起来，进行全局式的管理，从而成为一个统一的整体。它可以更好的共享光纤通道数据接口卡的采集资源，对航空电子系统的各个电子设备并行处理多参数采集任务，单个设备连接出现问题不影响系统的其他部分的运行。

和现有技术在对航空电子设备进行监控、测试时，采用单设备逐个测试的技术方案相比，本实用新型采用光纤网络将各个航空电子设备连接起来形成分布式的监控系统，有利于实现多个设备的同时监控，每个设备的监控通道互相独立，互不影响，这比现有的单个设备进行监控，无论是效率，还是数据同步上都有积极的意义，还可以将各个设备同一时间的数据进行分析和数据挖掘，获得有价值的信息，这种方式符合航空电子系统综合化的要求。

为了进一步优化，提高光纤通道数据接口卡的接入设备的数量，作为优选，总线测试装置包括RS422总线测试装置、ARINC429总线测试装置、GJB-289总线测试装置中至少一种，总线测试装置与光纤通道数据接口卡通过光纤连接。

以上是对航空器分布式监控系统设备接入能力的进一步改进。航空电子的绝大多数设备采用RS422总线、ARINC429总线、GJB-289总线，光纤通道数据接口卡支持这些总线结构，这些设备就能通过这些总线和光纤通道数据接口卡进行通信，从而实现对其进行监控。

为了进一步优化，提高光纤通道数据接口卡的结构合理性和可配置能力，作为优先，光纤通道数据接口卡包括第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片、中央处理器、光收发器、FPGA现场可编程门阵列、Flash存储器、高速数据缓存器SRAM，第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片均与中央处理器相连，总线测试装置、速度传感器、温度传感器均与光收发器连接，光收发器、Flash存储器、高速数据缓存器SRAM和中央处理器均与FPGA现场可编程门阵列连接。

以上是对航空器分布式监控系统整体可配置能力的进一步改进。采用Flash存储器来存储配置程序,系统启动快,数据安全、可靠;采用高速数据缓存器SRAM为FPGA提供高速数据缓存，有利于提高光纤传输系统监控装置处理数据的能力，以适应更高速、更大容量的数据传输载荷;采用FPGA现场可编程门阵列可通过配置FPGA现场可编程门阵列的电路逻辑，来增加或移除功能，同时修补逻辑漏洞或者改善性能。第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片为处理器提供异步时钟，根据可配置FPGA的光纤通道数据接口卡的工作负荷自行调整时钟频率，从而调整中央处理器的工作频率，中央处理器还对FPGA现场可编程门阵列及其他板载芯片执行管理职能。采用光收发器来实现光信号和电信号的互相转换和收发,从而实现光纤通信系统和电通信系统的无缝切换。

本领域技术人员可根据实际施工环境和工件的要求自由选择组件的参数。

为了进一步优化，提高PGA现场可编程门阵列的电路逻辑配置能力，实现更好的系统功能和电路逻辑，作为优先，FPGA现场可编程门阵列为Xilinx XC5VLX110T。

FPGA现场可编程门阵列，自身拥有的可编程输入输出单元、可配置逻辑块、数字时钟管理模块、嵌入式块RAM、布线资源、底层内嵌功能单元、内嵌专用硬核各模块的性能和功能直接取决于其核心芯片。

以上是对航空器分布式监控系统综合可配置能力的进一步改进。Xilinx是FPGA现场可编程门阵列行业的技术先行企业，Virtex-5系列芯片是Xilinx公司推出的全球首款65nm FPGA产品，使用1.0V三栅极氧化层工艺，使用创新的ExpressFabric构架并实现终极的系统集成平台。XC5VLX110T属于对低功耗串行I/O的高性能逻辑进行优化的LXT平台。

本领域技术人员可根据实际需求自由选择FPGA现场可编程门阵列的型号。

为了进一步优化，提高航空器分布式监控系统和计算机的通信能力，光纤通道数据处理模块还包括PCI-EXPRESS接口，PCI-EXPRESS接口连接FPGA现场可编程门阵列。

以上是对光纤传输系统监控装和计算机数据交换能力的进一步改进。PCI Express总线是点对点的高速串行总线，每一个PCI Express设备都拥有自己独立的数据连接，保证了通道的专有性，避免其他设备的干扰。PCI Express总线支持双向传输模式， PCI Express总线每向数据传输带宽高达4GB/s，双向数据传输带宽有8GB/s之多。

为了进一步优化，提高航空器分布式监控系统对系统各模块的管理能力，作为优选，中央处理器为Cortex-M3 核ARM微处理器LPC1769。

以上是对航空器分布式监控系统的系统管理能力的进一步改进。中央处理器用于控制FPGA芯片的工作状态以及缓存队列调度，对FLASH配置芯片进行管理。Cortex-M3 核ARM微处理器LPC1769，是面向行业嵌入式市场的低功耗的芯片它具有JTAG 接口，支持JTAG 调试，提供了专门的指令追踪单元。

本领域技术人员可根据实际需求自由选择中央处理器的型号

为了进一步优化，提高航空器分布式监控系统的光信号转换和收发能力，作为优先，光收发器的型号为FTRJ-8519-1-2.5。

以上是对航空器分布式监控系统的数据信号转换和收发能力的进一步改进。采用Finisar公司FTRJ-8519-1-2.5光收发器，它采用850nm激光器，提供2.125Gbps传输速率，具有良好的抖动和EMI特性。

本领域技术人员可根据实际需求自由选择光收发器的型号。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.          和现有技术在对航空电子设备进行监控、测试时，采用单设备逐个测试的技术方案相比，本实用新型采用光纤网络将各个航空电子设备连接起来形成分布式的监控系统，有利于实现多个设备的同时监控，每个设备的监控通道互相独立，互不影响，这比现有的单个设备进行监控，无论是效率，还是数据同步上都有积极的意义，还可以将各个设备同一时间的数据进行分析和数据挖掘，获得有价值的信息，这种方式符合航空电子系统综合化的要求。

2.          本实用新型采用ARM架构的处理器来管理FPGA现场可编程门阵列，Flash存储器来存储FPGA现场可编程门阵列的配置程序，将数据缓存模块分为接收缓存和发送缓存适应数据双向传输的需要，它具有工作性能强大，可配置能力强，工作稳定性好、可靠性高等特点。

本实用新型解决了在监控和仿真光纤网络时，采用单设备逐个测试效率低，测试数据没有太多的实用价值的技术问题，它采用光纤网络将各个航空电子设备连接起来形成分布式的监控系统，有利于实现多个设备的同时监控，每个设备的监控通道互相独立，互不影响，还有利于将采集到的数据进行分析和数据挖掘，获得有价值的信息，具有很好的产业价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施例，下面将对描述本实用新型实施例中所需要用到的附图作简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其它附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型，下面将结合本实用新型实施例中的附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本实用新型实施例中的一部分，而不是全部。基于本实用新型记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本实用新型保护的范围内。

实施例一：

如图1所示，本实用新型, 包括光纤通道数据接口卡、速度传感器、温度传感器、总线测试装置，总线测试装置、速度传感器、温度传感器均与光纤通道数据接口卡连接。

本领域技术人员可根据实际施工环境和工件的要求自由选择组件的参数。

实施例二：

为了提高航空器分布式监控系统的GPS通信能力，本实施例在实施例一的基础上进一步地改进，本实施例的总线测试装置包括RS422总线测试装置、ARINC429总线测试装置、GJB-289总线测试装置中至少一种，总线测试装置与光纤通道数据接口卡通过光纤连接。

实施例三：

为了提高航空器分布式监控系统的GPS通信能力，本实施例在实施例一～二的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的光纤通道数据接口卡包括第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片、中央处理器、光收发器、FPGA现场可编程门阵列、Flash存储器、高速数据缓存器SRAM，第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片均与中央处理器相连，总线测试装置、速度传感器、温度传感器均与光收发器连接，光收发器、Flash存储器、高速数据缓存器SRAM和中央处理器均与FPGA现场可编程门阵列连接。

实施例四：

为了提高航空器分布式监控系统的综合可配置能力，本实施例在实施例三的基础上进一步地改进，本实施例的FPGA现场可编程门阵列为Xilinx XC5VLX110T。

本领域技术人员可根据实际需求自由选择FPGA现场可编程门阵列的型号。

实施例五：

为了提高航空器分布式监控系统的控装和计算机数据交换能力，本实施例在实施例三～四的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的光纤通道数据接口卡还包括PCI-EXPRESS接口，PCI-EXPRESS接口连接FPGA现场可编程门阵列。

实施例六：

为了提高航空器分布式监控系统的系统管理能力，本实施例在实施例三～五的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的中央处理器为Cortex-M3 核ARM微处理器LPC1769。

本领域技术人员可根据实际需求自由选择中央处理器的型号。

实施例七：

为了提高航空器分布式监控系统的数据信号转换和收发能力，本实施例在实施例三～六的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的光收发器的型号为FTRJ-8519-1-2.5。

本领域技术人员可根据实际需求自由选择光收发器的型号。

如上所述便可实现该实用新型。

Claims (7)

1.航空器分布式监控系统，其特征在于：包括光纤通道数据接口卡、速度传感器、温度传感器、总线测试装置，所述总线测试装置、速度传感器、温度传感器均与光纤通道数据接口卡连接。

2.根据权利要求1所述的航空器分布式监控系统，其特征在于：所述总线测试装置包括RS422总线测试装置、ARINC429总线测试装置、GJB-289总线测试装置中至少一种，总线测试装置与光纤通道数据接口卡通过光纤连接。

3.根据权利要求1所述的航空器分布式监控系统，其特征在于：所述的光纤通道数据接口卡包括第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片、中央处理器、光收发器、FPGA现场可编程门阵列、Flash存储器、高速数据缓存器SRAM，所述第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片均与中央处理器相连，总线测试装置、速度传感器、温度传感器均与光收发器连接，所述光收发器、Flash存储器、高速数据缓存器SRAM和中央处理器均与FPGA现场可编程门阵列连接。

4.根据权利要求3所述的航空器分布式监控系统，其特征在于：所述的FPGA现场可编程门阵列为Xilinx XC5VLX110T。

5.根据权利要求3所述的航空器分布式监控系统，其特征在于：所述的光纤通道数据接口卡还包括PCI-EXPRESS接口，所述PCI-EXPRESS接口连接FPGA现场可编程门阵列。

6.根据权利要求3所述的航空器分布式监控系统，其特征在于：所述的中央处理器为Cortex-M3 核ARM微处理器LPC1769。

7.根据权利要求3所述的航空器分布式监控系统，其特征在于：所述的光收发器的型号为FTRJ-8519-1-2.5。

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