基于多信號源的小型化試飛測試系統設計與實現

陳永祿,陳亮,李太平

關鍵詞： 離散信號； 模擬信號； 1553B總線； 遙測系統

中圖分類號： TN911.7?34； V211.74 ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2014）23?0104?03

Design and implementation of miniaturization flight testing system

based on the multiple source

CHEN Yong?lu， CHEN Liang， LI Tai?ping

（Chinese Flight Test Establishment， Xian 710089， China）

Abstract： According to the characteristics of modern avionics system signal variety and complex relation， the aeronautical data testing system was designed in combination with requirements of the real?time process monitoring. The system can realize the real?time acquisition， record and monitoring of analog signal， discrete signal， 1553B bus signal and ARINC429 bus signal. It can also achieve real?time processing and analysis of all kinds of signals. The test results show that the system can complete the missions of more source data acquisition， remote sensing and signal processing for modern aviation aircrafts.

Keywords： discrete signal； analog signal； 1553B bus； telemetry system

0 ?引 ?言

近年來，大量的數字電子系統和微處理器應用于航空飛行器上，主要的航空電子系統包括綜合顯示控制系統、導航系統、發動機控制系統、通信系統、雷達系統等。各系統之間通過各種數據總線及信號線纜進行相互交聯，在各航電系統之間傳輸的數據類型包括MIL?STD?1553B、ARINC429、模擬量、開關量等多種信號類型。在飛行試驗過程中，要實現對多信號源，大容量數據進行實時采集、測量、分析、顯示、預警、監控的功能，并且航空測試系統還要具備體積小、實時性好、成本低的特點。

1 ?數據采集系統設計與實現

數據采集系統的整體設計主要包括1553B總線采集、ARINC429總線采集、模擬量信號采集、開關量信號采集和時序邏輯控制等功能模塊，采集系統結構框圖如圖1所示。

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圖1 數據采集系統結構框圖

1.1 ?模擬量/開關量信號采集

模擬量信號采集主要是針對機載條件下的液冷系統、風冷系統、電源系統、載機平臺操作系統、任務系統等輸出的模擬量信號進行采集，開關量信號采集主要是針對機載條件下起落架系統、彈射系統、外掛系統等輸出的開關量信號進行采集，采集系統同時對采集到的模擬量/開關量信號打IRIG?B（AC）碼時標，并且可根據需要對采集到的信號封裝打包后通過RS 422總線發送到遙測系統。

模擬量/開關量信號采集器設計原理框圖如圖2所示。采集器主要由信號調理、時鐘管理、CPU單元、IRIG?B（AC）碼解調電路、電源及其管理電路組成。時鐘管理電路和IRIG?B（AC）碼解調電路配合實現對采集的信號打上準確的時間標簽。模擬量信號采集器的設計支持對4路電流信號、4路電壓信號、4路電流環信號、4路小信號電壓信號的采集。開關量信號采集器的設計需要對每路輸入都支持兩種不同信號量格式，能夠兼容“開/地、地/開、開/27 V、27 V/開”四種高阻態開關量，以及“27 V/地、地/27 V”兩種常規開關量格式。本設計通過對16路模擬量信號及12路開關量信號進行濾波、信號調理和量化采集，實現對信號的并行調理和采集。

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圖2 模擬量/開關量采集器設計框圖

1.2 ?1553B總線信號采集

機載綜合航空電子系統包含大氣機、慣導、雷達、武器外掛等分系統，這些分系統作為1553B總線的遠程終端，共同實現了飛行導航、控制、攻擊、自衛等功能的處理與顯示。在以1553B總線為架構的綜合航空電子系統中，1553B總線系統控制著系統的功能、各個分系統的工作方式、信息流的變化、故障的處理與顯示、系統通信的重構，通過對總線數據的采集實時檢查每個分系統的運行狀態。

1553B總線能掛31個遠置終端，采用指令/響應型通信協議，有3種終端類型：總線控制器（BC）、遠程終端（RT）和總線監視器（BM）。信息格式有BC到RT、RT到BC、RT到RT、廣播方式和系統控制方式，傳輸媒介為屏蔽雙絞線。1553B總線耦合方式有直接耦合和變壓器耦合兩種方式。1553B總線為多冗余度總線型拓撲結構，具有雙向傳輸特性，其傳輸速度為1 Mb/s，傳輸方式為半雙工方式，采用曼徹斯特碼進行編碼傳輸[1]。在機載航空電子系統的1553B總線采集中，采用雙余度技術，圖3為雙余度總線采集示意圖。

在雙余度數據總線設計中，在任何給定的時間內，僅有一路數據總線處于活動狀態。當某一遠程終端正處于指令字的操作時，如果又從另一路數據總線上接收到另一個有效字，則應復位原來的操作，并在接收到的新的指令字的數據總線上對新的指令字作出響應。在進行數據采集時，利用其雙余度時分工作機制，將BM總線采集器同時接到兩條總線上，確保總線數據采集的完整性和準確性。

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圖3 雙余度總線采集示意圖

1.3 ?ARINC429總線信號采集

在進行ARINC429總線信號采集時，使用一根獨立的傳輸總線。ARINC429通信采用雙極性歸零制的三態調制方式BNR碼，即調制信號是由高、零和低狀態組成的三電平調制狀態。ARINC429總線采集時主要有兩種位速率，高速工作狀態的位速率應為100.0×103 b/s±1%，低速工作狀態的位速率應在（12.0～14.5）×103 b/s±1%范圍內。高位速率和低位速率信息不能在同一條傳輸總線上傳輸，位速率誤差應保持在±1%范圍內，單個位長允許超出這一范圍。

ARINC429總線基本信息單元是由32位構成的一個數據字，各位功能定義如下：

[位號＼&；32＼&；31 ? 30＼&；29＼&；28 ? 14＼&；13 ? 11＼&；10 ? ?9＼&；8 ? ? 1＼&；功能＼&；奇偶位＼&；狀態位＼&；符號位＼&；數據位＼&；備用＼&；SDI＼&；標識符＼&；]

這個數據字有5種應用格式：BCD數據字、BNR數據字、離散數據字、維護數據和AIM數據字。數據傳輸采用廣播傳輸原理，由源系統以足夠高的速率提供傳輸數據，從而保證兩個更新間增量值變化小，按開環進行傳輸，即不要求接收器通知發送源已收到信息[2]。奇偶校位作為每個數字的一部分進行傳輸，允許接收器完成簡單的差錯校驗。

2 ?遙測系統設計與實現

遙測系統的整體設計主要包括機載遙測發送系統和地面遙測監控系統。機載遙測發送系統實時接收由采集器轉發的RS 422信號，并將信號通過數傳電臺發送出去。地面遙測監控系統通過數傳電臺接收到RS 422信號后，根據約定的RS 422編包協議，對接收的RS 422信號進行實時解包并顯示[3]。系統原理框圖如圖4所示。

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圖4 遙測系統原理框圖

地面遙測監控系統通過數傳電臺接收機載遙測發送系統發回的數據，通過監控軟件進行實時監控，并能夠針對遙測接收數據進行實時處理和分析，實現飛行安全預警功能[4]。地面遙測監控系統監控畫面如圖5所示。

3 ?結 ?論

多信號源試飛測試及遙測技術的研究設計實現了測試系統和遙測系統的集成化、小型化，同時提高了系統的穩定性和可靠性。這在當前以及今后的試飛測試工作中，能夠大大簡化機載測試設備的數量和體積，尤其是在小型機或殲擊機的試飛測試中能夠節約試飛測試資源，降低試飛成本，提高試飛測試系統穩定性，為飛機試飛鑒定提供可靠的保障。

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圖5 地面遙測監控系統

參考文獻

[1] 武鵬.高速1553B總線接口的設計與實現[D].西安：西安電子科技大學，2011.

[2] 周前柏，馬偉勃.ARINC429通信方式的研究與實現[J].航空計算技術，2010，40（4）：121?124.

[3] 梁西銀.一種基于單片機系統的移動存儲器的設計與應用[J].微型機與應用，2012，31（1）：32?35.

[4] 陳以恩.遙測數據處理[M].北京：國防工業出版社，2002.

[5] 劉語喬，郭世偉.SOQPSK調制技術在飛行試驗遙測系統中的應用[J].現代電子技術，2013，36（9）：98?101.

[6] 張定云，向冰.TPC碼在PCM?FM遙測系統中的性能仿真[J].現代電子技術，2012，35（9）：125?127.

在雙余度數據總線設計中，在任何給定的時間內，僅有一路數據總線處于活動狀態。當某一遠程終端正處于指令字的操作時，如果又從另一路數據總線上接收到另一個有效字，則應復位原來的操作，并在接收到的新的指令字的數據總線上對新的指令字作出響應。在進行數據采集時，利用其雙余度時分工作機制，將BM總線采集器同時接到兩條總線上，確?？偩€數據采集的完整性和準確性。

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圖3 雙余度總線采集示意圖

1.3 ?ARINC429總線信號采集

在進行ARINC429總線信號采集時，使用一根獨立的傳輸總線。ARINC429通信采用雙極性歸零制的三態調制方式BNR碼，即調制信號是由高、零和低狀態組成的三電平調制狀態。ARINC429總線采集時主要有兩種位速率，高速工作狀態的位速率應為100.0×103 b/s±1%，低速工作狀態的位速率應在（12.0～14.5）×103 b/s±1%范圍內。高位速率和低位速率信息不能在同一條傳輸總線上傳輸，位速率誤差應保持在±1%范圍內，單個位長允許超出這一范圍。

ARINC429總線基本信息單元是由32位構成的一個數據字，各位功能定義如下：

[位號＼&；32＼&；31 ? 30＼&；29＼&；28 ? 14＼&；13 ? 11＼&；10 ? ?9＼&；8 ? ? 1＼&；功能＼&；奇偶位＼&；狀態位＼&；符號位＼&；數據位＼&；備用＼&；SDI＼&；標識符＼&；]

這個數據字有5種應用格式：BCD數據字、BNR數據字、離散數據字、維護數據和AIM數據字。數據傳輸采用廣播傳輸原理，由源系統以足夠高的速率提供傳輸數據，從而保證兩個更新間增量值變化小，按開環進行傳輸，即不要求接收器通知發送源已收到信息[2]。奇偶校位作為每個數字的一部分進行傳輸，允許接收器完成簡單的差錯校驗。

2 ?遙測系統設計與實現

遙測系統的整體設計主要包括機載遙測發送系統和地面遙測監控系統。機載遙測發送系統實時接收由采集器轉發的RS 422信號，并將信號通過數傳電臺發送出去。地面遙測監控系統通過數傳電臺接收到RS 422信號后，根據約定的RS 422編包協議，對接收的RS 422信號進行實時解包并顯示[3]。系統原理框圖如圖4所示。

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圖4 遙測系統原理框圖

地面遙測監控系統通過數傳電臺接收機載遙測發送系統發回的數據，通過監控軟件進行實時監控，并能夠針對遙測接收數據進行實時處理和分析，實現飛行安全預警功能[4]。地面遙測監控系統監控畫面如圖5所示。

3 ?結 ?論

多信號源試飛測試及遙測技術的研究設計實現了測試系統和遙測系統的集成化、小型化，同時提高了系統的穩定性和可靠性。這在當前以及今后的試飛測試工作中，能夠大大簡化機載測試設備的數量和體積，尤其是在小型機或殲擊機的試飛測試中能夠節約試飛測試資源，降低試飛成本，提高試飛測試系統穩定性，為飛機試飛鑒定提供可靠的保障。

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圖5 地面遙測監控系統

參考文獻

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[6] 張定云，向冰.TPC碼在PCM?FM遙測系統中的性能仿真[J].現代電子技術，2012，35（9）：125?127.

在雙余度數據總線設計中，在任何給定的時間內，僅有一路數據總線處于活動狀態。當某一遠程終端正處于指令字的操作時，如果又從另一路數據總線上接收到另一個有效字，則應復位原來的操作，并在接收到的新的指令字的數據總線上對新的指令字作出響應。在進行數據采集時，利用其雙余度時分工作機制，將BM總線采集器同時接到兩條總線上，確?？偩€數據采集的完整性和準確性。

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圖3 雙余度總線采集示意圖

1.3 ?ARINC429總線信號采集

在進行ARINC429總線信號采集時，使用一根獨立的傳輸總線。ARINC429通信采用雙極性歸零制的三態調制方式BNR碼，即調制信號是由高、零和低狀態組成的三電平調制狀態。ARINC429總線采集時主要有兩種位速率，高速工作狀態的位速率應為100.0×103 b/s±1%，低速工作狀態的位速率應在（12.0～14.5）×103 b/s±1%范圍內。高位速率和低位速率信息不能在同一條傳輸總線上傳輸，位速率誤差應保持在±1%范圍內，單個位長允許超出這一范圍。

ARINC429總線基本信息單元是由32位構成的一個數據字，各位功能定義如下：

[位號＼&；32＼&；31 ? 30＼&；29＼&；28 ? 14＼&；13 ? 11＼&；10 ? ?9＼&；8 ? ? 1＼&；功能＼&；奇偶位＼&；狀態位＼&；符號位＼&；數據位＼&；備用＼&；SDI＼&；標識符＼&；]

這個數據字有5種應用格式：BCD數據字、BNR數據字、離散數據字、維護數據和AIM數據字。數據傳輸采用廣播傳輸原理，由源系統以足夠高的速率提供傳輸數據，從而保證兩個更新間增量值變化小，按開環進行傳輸，即不要求接收器通知發送源已收到信息[2]。奇偶校位作為每個數字的一部分進行傳輸，允許接收器完成簡單的差錯校驗。

2 ?遙測系統設計與實現

遙測系統的整體設計主要包括機載遙測發送系統和地面遙測監控系統。機載遙測發送系統實時接收由采集器轉發的RS 422信號，并將信號通過數傳電臺發送出去。地面遙測監控系統通過數傳電臺接收到RS 422信號后，根據約定的RS 422編包協議，對接收的RS 422信號進行實時解包并顯示[3]。系統原理框圖如圖4所示。

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圖4 遙測系統原理框圖

地面遙測監控系統通過數傳電臺接收機載遙測發送系統發回的數據，通過監控軟件進行實時監控，并能夠針對遙測接收數據進行實時處理和分析，實現飛行安全預警功能[4]。地面遙測監控系統監控畫面如圖5所示。

3 ?結 ?論

多信號源試飛測試及遙測技術的研究設計實現了測試系統和遙測系統的集成化、小型化，同時提高了系統的穩定性和可靠性。這在當前以及今后的試飛測試工作中，能夠大大簡化機載測試設備的數量和體積，尤其是在小型機或殲擊機的試飛測試中能夠節約試飛測試資源，降低試飛成本，提高試飛測試系統穩定性，為飛機試飛鑒定提供可靠的保障。

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圖5 地面遙測監控系統

參考文獻

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[4] 陳以恩.遙測數據處理[M].北京：國防工業出版社，2002.

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