CN213957933U - 一种适用于平流层飞艇的艇务管理计算机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种适用于平流层飞艇的艇务管理计算机，包括机箱和功能电路板卡，机箱上设置有背板和连接器板；机箱内安装有艇务计算机板A、艇务计算机板B、自主飞控计算机板、信号表决板、外部设备接口处理板A、外部设备接口处理板B和电源管理板，艇务计算机板A、艇务计算机板B、自主飞控计算机板、信号表决板、外部设备接口处理板A、外部设备接口处理板B和电源管理板均与背板相连接。本实用新型针对艇务计算机核心板卡到外部接口、设备供电全体系的软硬件多余度架构体系，有效提供了系统可靠性；形成自主可控的飞艇艇务计算机通用化平台，能够适应大多数飞艇艇务管理及飞行控制应用需求。

Description

一种适用于平流层飞艇的艇务管理计算机

技术领域

本实用新型涉及飞艇计算机管理系统的技术领域，尤其涉及一种适用于平流层飞艇的艇务管理计算机。

背景技术

平流层飞艇研制是一项庞大复杂的系统工程，其技术攻关、系统研发及工程应用中遇到的诸多关键问题与技术难点，需要用全新的理念和创新的方案解决。飞艇在放飞与返回过程运行在复杂多变环境中，在平流层定点保持与巡航机动任务期间，飞艇内部气体、弹性蒙皮、刚性附属物与外界空气环境高度耦合，艇务管理计算机不仅需要完成运动信息测量，也需要测量环境信息，协调各执行机构进行各种操作，完成飞艇的艇务管理和综合控制。

伴随当前通信技术、计算机技术、电子技术逐步发展，航空电子也处于飞速发展阶段，一些先进设备的使用让航电系统的整体稳定性大幅度提高，让航电系统的性能进一步增加；但针对平流层飞艇艇务管理应用，全球范围内平流层飞艇平台研制本身还处于技术攻关、演示阶段，艇务管理计算机主要技术指标和总体科技水平在国内外形成实际应用的都比较少。

实用新型内容

针对国内平流层飞艇部分系统的技术水平与总体需求相比仍存在较大差距的技术问题，本实用新型提出一种适用于平流层飞艇的艇务管理计算机。

为了解决上述问题，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种适用于平流层飞艇的艇务管理计算机，包括机箱和功能电路板卡，所述机箱上设置有背板和连接器板，连接器板位于机箱外部接口端，实现机箱内部多功能板卡与外部接口无线缆物理连接；机箱内安装有艇务计算机板A、艇务计算机板B、自主飞控计算机板、信号表决板、外部设备接口处理板A、外部设备接口处理板B和电源管理板，艇务计算机板A、艇务计算机板B、自主飞控计算机板、信号表决板、外部设备接口处理板A、外部设备接口处理板B和电源管理板均与功能电路板卡、背板和连接器板相连接，艇务计算机板A和艇务计算机板B均与自主飞控计算机板、信号表决板、外部设备接口处理板A、外部设备接口处理板B和电源管理板相连接。

优选地，所述艇务计算机板A、艇务计算机板B和自主飞控计算机板采用相同的硬件架构，外部设备接口处理板A和外部设备接口处理板B采用相同的硬件架构。

优选地，所述艇务计算机板A上设置有PC处理器，PC处理器分别与CAN总线控制、UART控制器以及千兆以太网PHY外围接口电路相连接。

优选地，所述外部设备接口处理板A上设置有ARM处理器，ARM处理器分别与AD接口、DA接口、SPI接口、电平接口、串口、CAN总线接口、Sram存储器、flash存储器以及电源转换电路相连接。

优选地，所述电源管理板包括两路电源输入端口，两路电源输入端口通过第一稳压电路分别与二级电源转换模块和主导航设备相连接，二级电源转换模块分别与第二稳压电路和备用导航设备相连接，第二稳压电路分别与艇务计算机板A、艇务计算机板B、自主飞控计算机板、信号表决板、外部设备接口处理板A和外部设备接口处理板B相连接。

优选地，所述第一稳压电路包括两组并联的二极管Ⅰ和滤波器电路，两组并联的二极管Ⅰ分别与两路电路电源输入端口相连接，两组并联的二极管与滤波器电路的输入端串联连接，滤波器电路分别与二级电源转换模块和主导航设备相连接；所述第二稳压电路包括两组并联的二极管Ⅱ，两组二极管Ⅱ分别与两组二级电源转换模块串联连接且两组并联的二极管Ⅱ分别与艇务计算机板A、艇务计算机板B、自主飞控计算机板、信号表决板、外部设备接口处理板A和外部设备接口处理板B串联连接。

优选地，所述艇务计算机板A和艇务计算机板B相连接，艇务计算机板A和艇务计算机板B均与信号表决板相连接，信号表决板上分别与两组输入接口和两组输出接口相连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型依据平流层飞艇平台对艇务管理计算机的实际应用需求，提供了一种更可靠、更多接口余度、通用化的飞艇艇务管理计算机解决方案，相对于原有的飞艇艇务管理设备，一些先进设计的使用让艇务计算机的整体稳定性大幅度提高，性能进一步增加；针对平流层飞艇长期驻空、飞行时间长这一特点，设计研制了从艇务计算机核心板卡到外部接口、设备供电全体系的硬件多余度架构体系，有效提供了系统可靠性；形成自主可控的飞艇艇务计算机通用化平台，能够适应大多数飞艇艇务管理及飞行控制应用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型硬件电路组成示意图。

图2为本实用新型中艇务计算机板A硬件原理框图。

图3为本实用新型中外部设备接口处理板A原理框图。

图4为本实用新型中电源管理板的架构图。

图5为本实用新型中双余度艇务计算机板A和艇务计算机板B组成框图。

图6为图5的工作模式示意图。

图7为图5的输出控制逻辑示意图。

图中，1为电源管理板，2为外部设备接口处理板B，3为外部设备接口处理板A，4为信号表决板，5为自主飞控计算机板，6为艇务计算机板B，7为艇务计算机板A。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种适用于平流层飞艇的艇务管理计算机，包括机箱和功能电路板卡，所述机箱上设置有背板和连接器板，连接器板位于机箱外部接口端，实现机箱内部多功能板卡与外部接口无线缆物理连接；机箱采用ATR机箱形式，所述机箱上设置有背板和连接器板，背板总线架构，背板采用6+1槽设计，机箱内安装有艇务计算机板A7、艇务计算机板B6、自主飞控计算机板5、信号表决板4、外部设备接口处理板A3、外部设备接口处理板B2和电源管理板1，艇务计算机板A7、艇务计算机板B6、自主飞控计算机板5、信号表决板4、外部设备接口处理板A3、外部设备接口处理板B2和电源管理板1均与功能电路板卡、背板和连接器板相连接，艇务计算机板A7和艇务计算机板B6均与自主飞控计算机板5、信号表决板4、外部设备接口处理板A3、外部设备接口处理板B2和电源管理板1相连接，各功能板卡以插卡方式实现，外部设备接口处理单元、导航设备接口处理单元为接口扩展板，电源板将一次电源28V转为各功能板卡所需的电源，艇务计算机板和电源板进行余度设计，从根本上提高系统的容错性与残存能力，实现故障软化以便达到消除故障对系统正常工作的影响的目的。

整个主控计算机由6块功能板卡+电源板+背板、连接器板组成，为提高开发效率，减少电路板卡验证时间，艇务计算机板A7、艇务计算机板B6和自主飞控计算机板5采用相同的硬件架构，外部设备接口处理板A3和外部设备接口处理板B2采用相同的硬件架构。

如图2所示，所述艇务计算机板A7上设置有PC处理器，PC处理器分别与CAN总线控制、UART控制器以及千兆以太网PHY外围接口电路相连接，如图2所示，PC处理器采用P1022处理器，外围搭载了两路CAN总线控制器、12路UART控制器、两路千兆以太网PHY等外围接口电路。

外设接口处理板卡采用统一架构设计，对不同类型设备接口通过调整接口驱动芯片进行适配；采用独立式多处理器架构，无FPGA设计，提高系统可靠性，如图3所示，所述外部设备接口处理板A3上设置有ARM处理器，ARM处理器分别与AD接口、DA接口、SPI接口、电平接口、串口、CAN总线接口、Sram存储器、flash存储器以及电源转换电路相连接，在设计时根据外部设备配置进行接口分配，并预留一定接口，保证后续接口扩展需要。

电源管理板主要完成机箱内外部电源变换，为主控计算机内部功能板卡及外部传感器提供供电。在本方案中，电源源管理板输入采用双路+28V输入，经并联、滤波后供各二级转换模块；为保证系统供电可靠性，功能板卡供电采用双路模块并联后输出形式，单模块故障不影响功能板卡正常工作；对外导航设备供电采用主备设备独立供电形式，如图4所示，所述电源管理板1包括两路电源输入端口，两路电源输入端口通过第一稳压电路分别与二级电源转换模块和主导航设备相连接，二级电源转换模块分别与第二稳压电路和备用导航设备相连接，第二稳压电路分别与艇务计算机板A7、艇务计算机板B6、自主飞控计算机板5、信号表决板4、外部设备接口处理板A3和外部设备接口处理板B2相连接。

所述第一稳压电路包括两组并联的二极管Ⅰ和滤波器电路，两组并联的二极管Ⅰ分别与两路电路电源输入端口相连接，两组并联的二极管与滤波器电路的输入端串联连接，滤波器电路分别与二级电源转换模块和主导航设备相连接；所述第二稳压电路包括两组并联的二极管Ⅱ，两组二极管Ⅱ分别与两组二级电源转换模块串联连接且两组并联的二极管Ⅱ分别与艇务计算机板A7、艇务计算机板B6、自主飞控计算机板5、信号表决板4、外部设备接口处理板A3和外部设备接口处理板B2串联连接。

艇务计算机构筑了飞艇航电系统的基本电子平台，包括遥控、自主两种飞行控制功能。在飞艇执行任务过程中无论处于自主飞行状态还是处于遥控飞行状态，都必须可靠、稳定地运行，因此艇务管理计算机备采用双余度设计，并为每个主机设置了独立于总线的关键数据接口，使其可构成最小控制系统，在应急条件下可独立工作；如图5所示，所述艇务计算机板A7和艇务计算机板B6相连接，艇务计算机板A7和艇务计算机板B6均与信号表决板4相连接，信号表决板4上分别与两组输入接口和两组输出接口相连接。

在整个系统中，艇管计算机作为主控单元核心部件，与其他分系统等外部设备接口采用RS-422点对点模式保证系统能长时间可靠、稳定的运行；考虑到飞艇高空长期工作的特点，一是采用硬件电路自动表决方式，实现在故障判断和切换时输出不中断；二是引入人在回路表决方式，可接受地面控制指令，实现任一艇务计算机的工作选择控制，提高表决系统的稳定性和正确性。

如图6和图7所示，两个艇务管理计算机均包括中央处理器、输入输出接口、数据记录等功能模块，两个艇管计算机同时接收外部的输入数据进行解算，两个艇管计算机均输出工作状态信号进行状态互检。信号表决板上设置有信号表决模块，信号表决模块为信号表决器，信号表决模块同时接收艇管计算机输出信号，根据表决的原则进行表决，生成选通信号选择输出一路信号；正常工作时，通过艇务计算机A、B状态信号判断是否在正常工作状态；A、B工作状态均正常时，默认A为正常工作主机，通过表决器选通A作为控制指令输出端；当检测到A或者B工作状态信号不正常时，自动选用工作状态信号正常设备作为主机，同时输出切换至相应主机；当接收到地面遥控切换指令时，可选择指定工作主机；A、B正常工作时均同步接收设备信息及遥控指令信息。

本实用新型依据平流层飞艇平台对艇务管理计算机的实际应用需求，提供了一种更可靠、更多接口余度、通用化的飞艇艇务管理计算机解决方案，相对于原有的飞艇艇务管理设备，一些先进设计的使用让艇务计算机的整体稳定性大幅度提高，性能进一步增加；针对平流层飞艇长期驻空、飞行时间长这一特点，设计研制了从艇务计算机核心板卡到外部接口、设备供电全体系的硬件多余度架构体系，有效提供了系统可靠性；形成自主可控的飞艇艇务计算机通用化平台，能够适应大多数飞艇艇务管理及飞行控制应用需求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于平流层飞艇的艇务管理计算机，包括机箱和功能电路板卡，其特征在于，所述机箱上设置有背板和连接器板，机箱内安装有艇务计算机板A（7）、艇务计算机板B（6）、自主飞控计算机板（5）、信号表决板（4）、外部设备接口处理板A（3）、外部设备接口处理板B（2）和电源管理板（1），艇务计算机板A（7）、艇务计算机板B（6）、自主飞控计算机板（5）、信号表决板（4）、外部设备接口处理板A（3）、外部设备接口处理板B（2）和电源管理板（1）均与功能电路板卡、背板和连接器板相连接，连接器板与外部接口相连接，艇务计算机板A（7）和艇务计算机板B（6）均与自主飞控计算机板（5）、信号表决板（4）、外部设备接口处理板A（3）、外部设备接口处理板B（2）和电源管理板（1）相连接。

2.根据权利要求1所述的适用于平流层飞艇的艇务管理计算机，其特征在于，所述艇务计算机板A（7）、艇务计算机板B（6）和自主飞控计算机板（5）采用相同的硬件架构，外部设备接口处理板A（3）和外部设备接口处理板B（2）采用相同的硬件架构。

3.根据权利要求2所述的适用于平流层飞艇的艇务管理计算机，其特征在于，所述艇务计算机板A（7）上设置有PC处理器，PC处理器分别与CAN总线控制、UART控制器以及千兆以太网PHY外围接口电路相连接。

4.根据权利要求2所述的适用于平流层飞艇的艇务管理计算机，其特征在于，所述外部设备接口处理板A（3）上设置有ARM处理器，ARM处理器分别与AD接口、DA接口、SPI接口、电平接口、串口、CAN总线接口、Sram存储器、flash存储器以及电源转换电路相连接。

5.根据权利要求1所述的适用于平流层飞艇的艇务管理计算机，其特征在于，所述电源管理板（1）包括两路电源输入端口，两路电源输入端口通过第一稳压电路分别与二级电源转换模块和主导航设备相连接，二级电源转换模块分别与第二稳压电路和备用导航设备相连接，第二稳压电路分别与艇务计算机板A（7）、艇务计算机板B（6）、自主飞控计算机板（5）、信号表决板（4）、外部设备接口处理板A（3）和外部设备接口处理板B（2）相连接。

6.根据权利要求5所述的适用于平流层飞艇的艇务管理计算机，其特征在于，所述第一稳压电路包括两组并联的二极管Ⅰ和滤波器电路，两组并联的二极管Ⅰ分别与两路电路电源输入端口相连接，两组并联的二极管与滤波器电路的输入端串联连接，滤波器电路分别与二级电源转换模块和主导航设备相连接；所述第二稳压电路包括两组并联的二极管Ⅱ，两组二极管Ⅱ分别与两组二级电源转换模块串联连接且两组并联的二极管Ⅱ分别与艇务计算机板A（7）、艇务计算机板B（6）、自主飞控计算机板（5）、信号表决板（4）、外部设备接口处理板A（3）和外部设备接口处理板B（2）串联连接。

7.根据权利要求1或2或5或6任意一项所述的适用于平流层飞艇的艇务管理计算机，其特征在于，所述艇务计算机板A（7）和艇务计算机板B（6）相连接，艇务计算机板A（7）和艇务计算机板B（6）均与信号表决板（4）相连接，信号表决板（4）上分别与两组输入接口和两组输出接口相连接。

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