嵌入式采集系统的应用研究

李太平，韩春永，陈 亮（中国飞行试验研究院，陕西西安，710089）



嵌入式采集系统的应用研究

李太平，韩春永，陈 亮
（中国飞行试验研究院，陕西西安，710089）

摘要：本文以某型雷达试飞为背景，设计搭建了嵌入式采集系统测试方案，用于采集多路ARINC429总线及开关量信号，并以惯导、被试设备仿真系统为信号源，对嵌入式采集系统采集记录功能进行了仿真测试，并在雷达试飞中进行飞行验证，通过仿真测试和飞行验证，嵌入式采集系统能够完成机载设备试飞数据采集记录。

关键词：嵌入式采集系统；试飞；ARINC429总线

0　引言

随着电子技术的飞速发展，嵌入式、小型化、便携式实时航空总线采集系统在造价、功耗、实时性等方面显现出了巨大的优势，并逐步成为数据采集的主流发展趋势。

本文以某雷达试飞为应用背景，采用嵌入式ARINC429总线及开关量采集器为硬件平台，设计了嵌入式采集系统测试方案，并通过实验室联试、飞行试验验证基于嵌入式的多路ARINC429总线及开关量的采集技术。

1 测试方案设计

课题组分析了雷达试飞需求，需对被试雷达、基准雷达、惯导系统、大气机共计4路ARINC429数据以及告警信号1路开关量进行采集，由此设计了测试方案如图1。

图1中惯导、被试雷达、基准雷达、大气机系统为429总线，均直接送入采集器，告警信号为28V，开关量调节器将告警信号调节电压后送至采集器。采集器采集各分系统的429数据和开关量信号，其中 429数据通过以太网转发送至ARINC429总线实时监控系统，监控系统选取部分重要参数对其进行实时监控。B码发生器系统为采集器和ARINC429总线实时监控系统授时。

图1　 测试方案设计框图

图2中嵌入式ARINC429总线及开关量采集器为基于Linux的嵌入式硬件系统，可同时记录4路429总线数据和4路5V的I/O信号，外形如图2所示，其体积小、重量轻，由28V电源供电，功耗较低，记录容量为8GB，能接收IRIG-B信号，提供高速数据下载等功能，满足宽温抗震的要求，可用于机上复杂环境的测试。

图2　采集器外形图

2　测试软件设计框架

2.1测试软件组成

根据嵌入式采集系统测试方案，设计了测试软件框架， 测试软件分为429总线监控软件、429总线和开关量数据预处理软件两部分。429总线监控软件监控不同通道的数据并分开来显示，需要监控的参数由配置文件提供，配置文件由上位机配置软件生成，429总线数据也通过选择相应配置文件进行预处理。

2.2上位机配置软件

嵌入式采集器记录的数据格式如表1所示，开关量数据格式和429数据格式类似，不同的是14字节最低4位用来表示4个开关量通道的状态位。

表1　采集器记录数据格式说明

通常429总线数据文件的预处理每次需根据ICD文件， 重新定义数据结构并修改程序， 工作重复， 我们分析了429数据的特点， 提出配置文件的思想， 对于不同系统可以将该系统429数据的label号、数据最低位以及最低位分辨率输入生成配置文件， 在进行429数据处理时， 选择对应的配置文件即可。这种配置文件的思想具有通用性， 为数据处理带来极大方便。

2.3ARINC429总线监控软件

为了监控采集器记录的429数据状态，我们选择了部分关键参数进行监控，监控参数通过配置文件设定，图3为飞行监控画面。

2.4ARINC429总线解析软件

429总线数据解析画面如图4所示，选择需要处理的429总线数据源文件，然后选择对应的配置文件进行处理。

3　实验室仿真及飞行试验验证

结合试飞任务，按照预先设计的测试方案搭建了实验室仿真平台，其示意图如图5：

图3　飞行监控画面

图4　429总线数据解析画面

试飞过程中被试雷达、基准雷达、大气机和惯导系统都是采用429数据传输，实验室采用惯性导航模拟器模拟4路高速429数据，来代替真实飞行过程中的试飞数据，告警信号采用28V直流电源提供，ARINC429总线实时监控系统通过网络映射到采集器的磁盘存储空间里。通过对一般的惯导系统特性的分析与了解，系统采用研华工控机配置EXCALIBUR ARINC429总线采集板卡实现惯性导航系统模拟器的设计，实现界面如图6所示。在发送模式系统可按给定周期发送惯导参数，并将发送的参数进行实时记录用于与记录数据比对。

实验室里采用模拟的4路高速429信号源，主要进行4通道满负荷条件下的记录功能测试、时统功能测试以及接收延时测试。通过试验表明，嵌入式采集器接收到外界时统时间并为接收到的429数据打上精确时标，能够准确无误的记录所有数据，没有出现数据堆积和丢数据现象，满负荷记录的情况下，记录数据延时有效控制在1ms以内。

以运八载机为试飞平台进行雷达试飞。通过了多次飞行试验验证，嵌入式ARINC429总线及开关量采集器能准确采集来自多路429数据和开关量数据，预处理软件能正确处理各分系统数据，满足该雷达任务需求。

4　结论

本文搭建了嵌入式采集测试系统，经过实验室仿真测试、飞行试验，验证了该测试系统能满足多路429总线和开关量的测试需求。与传统的工控机加采集板卡的模式比较，具有体积小、重量轻、功耗低、通用性强、人工干预少、可靠性高等优点，相信在未来它机试飞项目中将逐步取代传统的采集模式，发挥更重要的作用。

参考文献

［1］王齐.Linux PowerPC详解：核心篇.机械工业出版社. 2007.9.

［2］王若梅、秦显忠等. SZ-01数字信息传输系统.中华人民共和国航空工业部部标准1986.10.

［3］张凤均.LabWindows/CVI开发入门和进阶.北京航空航天大学出版社.2001.12.

Research on the application of embedded acquisition system

Li Taiping，Han Chunyong，Chen Liang
（Chinese Flight Test Establishment，Xi’an Shaanxi，710089）

Abstract：This paper to a certain type of radar test as the background，design and construction of the embedded acquisition system test plan，for the acquisition of multi-channel ARINC429 Bus and switch quantity signal，and by sins，test equipment simulation system as the source signal and the embedded acquisition acquisition and recording system function to carry out the simulation test，and flight test in the radar field test，through simulation test and flight test，the embedded data acquisition system can complete the airborne equipment test data acquisition and recording.

Keywords：embedded acquisition system；flight test；ARINC429 bus

作者简介

李太平（1982-），男，湖北宜昌人，工程师，主要从事综合航电系统试飞工作。

韩春永（1983-），男，内蒙古赤峰人，工程师，主要从事综合航电系统试飞工作。

图5　实验室仿真平台示意图

图6　惯性导航系统模拟器界面