基于虛擬儀器技術的飛行參數(shù)記錄器檢測系統(tǒng)構建

吳 靜

（93066部隊機務大隊，黑龍江 牡丹江 157023）

0 引 言

飛機飛行參數(shù)記錄器的主要作用是在飛機整個飛行包括起落過程中記錄飛機所處的環(huán)境數(shù)據(jù)，包括飛行高度、速度、氣流和大氣壓力等。通過對記錄數(shù)據(jù)的分析檢測，飛機導航控制臺可以明確掌握飛機飛行狀況，及時發(fā)現(xiàn)和排查異常因素，保證飛機安全。一旦飛機故障或失事，也可以通過參數(shù)記錄器內部數(shù)據(jù)，了解飛行事故原因，防止事故再次發(fā)生。所以，飛行參數(shù)記錄器是飛機運行中的一個重要飛行部件，必須對其進行定期檢測，及時排除故障。然而，現(xiàn)階段，國內的航空公司對記錄器檢測大多使用國外進口的檢測系統(tǒng)，造價昂貴，嚴重阻礙了國內控制檢測技術的開發(fā)。虛擬儀器技術是現(xiàn)代控制和檢測領域最重要的技術之一。該技術是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)和虛擬儀器系統(tǒng)結合的產(chǎn)物。它強大的控制檢測空能和性價比，不僅可以提高對控制系統(tǒng)、信息數(shù)據(jù)的處理、顯示、傳輸速度，還能突破存儲方面的限制[1]。

1 檢測系統(tǒng)核心區(qū)模塊構建

現(xiàn)代飛行參數(shù)記錄器檢測系統(tǒng)需要具備以下功能：在部件正常連接時，需要實時檢測參數(shù)記錄器的工作狀態(tài)；支持環(huán)境數(shù)據(jù)轉錄到中央控制臺的PC端或中央數(shù)據(jù)庫內；對參數(shù)檢測結果進行數(shù)據(jù)曲線圖生成、相關數(shù)值統(tǒng)計以及表格打印[2]。根據(jù)上述功能要求，構建了飛行參數(shù)記錄器系統(tǒng)中心模塊，如圖1所示。

圖1中上半部分為記錄器工作部分，下半部分是實際檢測部分。為實現(xiàn)系統(tǒng)檢測和單個部件檢測，檢測系統(tǒng)需要處理各個部件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號，同時需要處理自身生成的各部件輸入和控制信號。它的主體部分包括以下三部分。

圖1 檢測系統(tǒng)核心區(qū)模塊示意圖

1.1 基于虛擬儀器的主控機系統(tǒng)平臺

核心模塊內，主控機的構建需要借助虛擬儀器技術。主控機內部設有I/PO信號配置器，可以在系統(tǒng)內部各構件發(fā)射檢測控制信號。檢測操控人員通過這些控制信號，利用主控機自帶的控制面板，檢測各個控制繼電器的工作狀態(tài)。它支持設備自動檢測和實施檢測。基于虛擬儀器的主控機系統(tǒng)硬件平臺，包括兩個PC端數(shù)據(jù)端口。其中，一個PC端數(shù)據(jù)端口與主控機內部設計的SCA軟件架構直接相連，可以直接處理飛行器運行過程中出現(xiàn)的一切與波形有關的代碼的調制解調；另一個PC端與USPR聯(lián)合架構相連，負責在記錄器進行系統(tǒng)檢測時，對出現(xiàn)的傳遞信息片段進行整理、整合?；谔摂M儀器的主控機系統(tǒng)平臺可以實現(xiàn)不同工作組件的通信協(xié)議選擇和系統(tǒng)實時檢測，設計了TFF_LIVE實時信息輔助配置系統(tǒng)。設計整體采用WIV模式，可以把主體信息程序劃分為信息收集、參數(shù)分析和分析結果緩存三個模塊，從而對飛行器飛行參數(shù)的實時信息進行不同分型狀態(tài)下的任務匯總。信息輔助配置系統(tǒng)的軟件部分，其代碼編制應用了C++WV模式，不僅可以大幅降低代碼耦合現(xiàn)象，避免各模塊功能交叉，而且在主機端設計中還可以避免與JAVA系統(tǒng)設計工作混淆，減少代碼量。

在INF_LIVE實時信息輔助配置系統(tǒng)中，虛擬儀器技術應用的主要目的是發(fā)現(xiàn)、控制、管理網(wǎng)絡傳輸中的無線接入點AP，從而保證主控機對檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)臏蚀_性。實際操作中，可以細化為三個工作過程，即建立連接、鏈路和信息交互。

1.2 信號配置器的構建

在核心模塊區(qū)域主控機內搭載了信號配置器。信號配置器可以將接收到的A/D直流信號進行配置調理，模仿飛機上的傳感器信號，成為飛行參數(shù)記錄器的輸入信號。監(jiān)測系統(tǒng)正常運行時，配置器內通過內部預先設立的信號單向串行口，對核心區(qū)模塊發(fā)送信號采集指令和發(fā)生器指令。命令信號采集器對飛機記錄器信號進行集中采集[3]。采集到的飛行器信號會通過信號配置器內質的信號配置系統(tǒng)客戶端傳輸給主控制機和核心數(shù)據(jù)庫。信號配置器的系統(tǒng)客戶端選擇了SETONM架構。SETONM架構是一種基于網(wǎng)絡信號傳輸產(chǎn)生的COOKIES文件和Socket信號文件而設計的一種可以對信號源進行直接信號切入的新型信號配置架構。SETONM架構支持PC端和手機端雙向操作服務。當信號配置器的客戶端啟動時，SETONM架構會根據(jù)COOKIES文件反饋建立Socket信號文件鏈接，從而進行網(wǎng)絡實時信息交互。SETONM架構還支持JAVANIO通信架構，可以使用JAVA代碼平臺進行軟件設計。

1.3 信號采集與發(fā)生器的構建

信號采集與發(fā)生器是主控機的附屬從機配件，因為對飛行參數(shù)記錄器信號的采集和生成均具有嚴格的時間要求，所以必須對內部元件先進行優(yōu)化處理，減少多余構件。它的主要作用是，采集經(jīng)過信號配置器進行信號調理和生成的飛行參數(shù)記錄器信號，生成16位數(shù)據(jù)并行碼。飛行參數(shù)記錄器本體進行信號采集時，生成14位數(shù)據(jù)并行碼，且實時接收主控機指令，提供監(jiān)測信號實時顯示。信號采集于發(fā)生器的并行碼傳輸可以借助發(fā)生器設備通信接口，同時選擇并行碼傳輸選擇性繼承的方式。這種傳輸方式可以在提高接口靈活性的同時，最大限度保留并行碼的準確性和傳輸速度，并提高14位數(shù)據(jù)并行碼的生成速度。為降低發(fā)生器通信接口設計成本，設計的新型飛行參數(shù)記錄器檢測系統(tǒng)依然沿用傳統(tǒng)系統(tǒng)的部分基本設備接口，但對IDLE、ACTIVE等靈活性較大的發(fā)生器通信接口進行了有效改進。傳統(tǒng)飛行參數(shù)檢測系統(tǒng)的IDLE設備通信接口，主要是通過關聯(lián)設備完成對多船舶聯(lián)合飛行器參數(shù)信息的捕捉，且傳遞至ACTIVE設備通信接口中。這些信息包含大量的無關條件，造成了通信接通效率低下。為改善上述問題，新型邏輯設備通信接口省略了關聯(lián)設備，通過適當?shù)母深A手段，去除了信息中的無關條件，大大提升了飛行器參數(shù)記錄器的信號接通效率。

2 主控機軟件設計

主控機的操作控制系統(tǒng)是根據(jù)虛擬儀器開發(fā)平臺LDP設計而成的。系統(tǒng)支持信號數(shù)據(jù)處理、監(jiān)測信息保存，且可根據(jù)內設的專家數(shù)據(jù)庫進行記錄器檢測結果綜合分析，通過以太網(wǎng)管理檢測數(shù)據(jù)的通信處理。軟件共分為五大模塊，即專家分析模塊、數(shù)據(jù)庫、ASS接口模塊、數(shù)據(jù)通信模塊和圖形顯示模塊。

LDP軟件平臺主要應用Lapview圖形化編程語言，可以調用大量圖像線束空間，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)所需要的圖表、曲線和圖形顯示。其中，數(shù)據(jù)通信模塊是整個主控機的核心設計部分，主要由通信編譯碼組件、脈沖形成組件、濾波組件和檢測組件四項組成，且每一模塊間都保持相對獨立的關系。在飛行參數(shù)紀錄、數(shù)據(jù)傳輸和通信設備服務中，信息可以通過包括與以太網(wǎng)、日志、事件、CPU等多項服務相互溝通的連接設備進行參數(shù)控制傳輸，實現(xiàn)實時監(jiān)控的目的。軟件平臺的核心設計主要針對飛行參數(shù)紀錄系統(tǒng)的域管理器、信號采集與發(fā)生器管理器、應用管理器等多項組成單元進行整合服務。

3 實驗探究

為了詳細探究新型飛行參數(shù)記錄器檢測系統(tǒng)的具體應用優(yōu)勢，設計對比實驗。實驗設置對比組和實驗組。對比組應用傳統(tǒng)飛行參數(shù)檢測系統(tǒng)，實驗組應用新型飛行參數(shù)檢測系統(tǒng)進行飛行器飛行軌跡參數(shù)量和飛行器異常參數(shù)檢測速度對比。

3.1 飛行軌跡參數(shù)檢測量對比

飛行器飛行軌跡參數(shù)可以直接反映飛行器的飛行路線以及相關信息量。飛行記錄器對飛行軌跡參數(shù)的高精度檢測量可以使控制臺直接更高精度的飛行。圖2反映了實驗組和對比組飛行參數(shù)精確度的檢測結果。

圖2 飛行參數(shù)量獲取對比圖

圖2可以清晰反映實驗組和對比組飛行參數(shù)量和飛行時間的關系。由圖2可以肯定，在實驗組和對比組選擇的飛行參數(shù)檢測方法作用下，飛行參數(shù)的獲取和時間均成正比例關系。由圖2可以看出，在相同飛行時間內，新型飛行參數(shù)記錄器檢測到的飛行參數(shù)量均高于傳統(tǒng)飛行參數(shù)紀錄其檢測系統(tǒng)，說明其在參數(shù)量檢測中具有優(yōu)越性。

3.2 飛行器異常參數(shù)檢測速度對比

飛行器在飛行時，受天氣、地域、大氣環(huán)境等客觀條件的影響，有可能產(chǎn)生異常環(huán)境參數(shù)，對飛行器正常運行產(chǎn)生一定的阻礙作用。飛行參數(shù)記錄器檢測系統(tǒng)重要的應用目的是快速檢測出異常參數(shù)傳輸給控制臺，從而使操控技術人員可以及時更改航線。在模擬仿真環(huán)境下，對實驗組和對比組設立相同的異常環(huán)境，紀錄兩組異常參數(shù)的檢測速度，結果如表1所示。

表1 異常參數(shù)檢測速度對比表

通過表1可以看出，在異常參數(shù)量數(shù)量相同時，實驗組的檢測速度均高于對比組，證明新型飛行參數(shù)紀錄器檢測系統(tǒng)對異常參數(shù)的檢測速度更快。

4 結 論

基于虛擬儀器的主控機可以完成飛行參數(shù)記錄器檢測所需要的全部操作指令。Lapview圖形化編程語言下，它可為使用用戶帶來極大方便。此外，通過信號采集與發(fā)生器和信號配置器兩部分組件，不僅可以完成信號接收，還能對其進行合理調配，將其轉換成參數(shù)記錄器信號，實現(xiàn)實時檢測，具有高精度性，值得深入研究和推廣。