基于虚拟仪器技术的飞行参数记录器检测系统构建

2018-08-14吴静

通信电源技术 2018年6期

吴静

（93066部队机务大队，黑龙江牡丹江 157023）

0 引言

飞机飞行参数记录器的主要作用是在飞机整个飞行包括起落过程中记录飞机所处的环境数据，包括飞行高度、速度、气流和大气压力等。通过对记录数据的分析检测，飞机导航控制台可以明确掌握飞机飞行状况，及时发现和排查异常因素，保证飞机安全。一旦飞机故障或失事，也可以通过参数记录器内部数据，了解飞行事故原因，防止事故再次发生。所以，飞行参数记录器是飞机运行中的一个重要飞行部件，必须对其进行定期检测，及时排除故障。然而，现阶段，国内的航空公司对记录器检测大多使用国外进口的检测系统，造价昂贵，严重阻碍了国内控制检测技术的开发。虚拟仪器技术是现代控制和检测领域最重要的技术之一。该技术是现代计算机系统和虚拟仪器系统结合的产物。它强大的控制检测空能和性价比，不仅可以提高对控制系统、信息数据的处理、显示、传输速度，还能突破存储方面的限制[1]。

1 检测系统核心区模块构建

现代飞行参数记录器检测系统需要具备以下功能：在部件正常连接时，需要实时检测参数记录器的工作状态；支持环境数据转录到中央控制台的PC端或中央数据库内；对参数检测结果进行数据曲线图生成、相关数值统计以及表格打印[2]。根据上述功能要求，构建了飞行参数记录器系统中心模块，如图1所示。

图1中上半部分为记录器工作部分，下半部分是实际检测部分。为实现系统检测和单个部件检测，检测系统需要处理各个部件产生的数据信号，同时需要处理自身生成的各部件输入和控制信号。它的主体部分包括以下三部分。

图1 检测系统核心区模块示意图

1.1 基于虚拟仪器的主控机系统平台

核心模块内，主控机的构建需要借助虚拟仪器技术。主控机内部设有I/PO信号配置器，可以在系统内部各构件发射检测控制信号。检测操控人员通过这些控制信号，利用主控机自带的控制面板，检测各个控制继电器的工作状态。它支持设备自动检测和实施检测。基于虚拟仪器的主控机系统硬件平台，包括两个PC端数据端口。其中，一个PC端数据端口与主控机内部设计的SCA软件架构直接相连，可以直接处理飞行器运行过程中出现的一切与波形有关的代码的调制解调；另一个PC端与USPR联合架构相连，负责在记录器进行系统检测时，对出现的传递信息片段进行整理、整合。基于虚拟仪器的主控机系统平台可以实现不同工作组件的通信协议选择和系统实时检测，设计了TFF_LIVE实时信息辅助配置系统。设计整体采用WIV模式，可以把主体信息程序划分为信息收集、参数分析和分析结果缓存三个模块，从而对飞行器飞行参数的实时信息进行不同分型状态下的任务汇总。信息辅助配置系统的软件部分，其代码编制应用了C++WV模式，不仅可以大幅降低代码耦合现象，避免各模块功能交叉，而且在主机端设计中还可以避免与JAVA系统设计工作混淆，减少代码量。

在INF_LIVE实时信息辅助配置系统中，虚拟仪器技术应用的主要目的是发现、控制、管理网络传输中的无线接入点AP，从而保证主控机对检测系统数据信号传输的准确性。实际操作中，可以细化为三个工作过程，即建立连接、链路和信息交互。

1.2 信号配置器的构建

在核心模块区域主控机内搭载了信号配置器。信号配置器可以将接收到的A/D直流信号进行配置调理，模仿飞机上的传感器信号，成为飞行参数记录器的输入信号。监测系统正常运行时，配置器内通过内部预先设立的信号单向串行口，对核心区模块发送信号采集指令和发生器指令。命令信号采集器对飞机记录器信号进行集中采集[3]。采集到的飞行器信号会通过信号配置器内质的信号配置系统客户端传输给主控制机和核心数据库。信号配置器的系统客户端选择了SETONM架构。SETONM架构是一种基于网络信号传输产生的COOKIES文件和Socket信号文件而设计的一种可以对信号源进行直接信号切入的新型信号配置架构。SETONM架构支持PC端和手机端双向操作服务。当信号配置器的客户端启动时，SETONM架构会根据COOKIES文件反馈建立Socket信号文件链接，从而进行网络实时信息交互。SETONM架构还支持JAVANIO通信架构，可以使用JAVA代码平台进行软件设计。

1.3 信号采集与发生器的构建

信号采集与发生器是主控机的附属从机配件，因为对飞行参数记录器信号的采集和生成均具有严格的时间要求，所以必须对内部元件先进行优化处理，减少多余构件。它的主要作用是，采集经过信号配置器进行信号调理和生成的飞行参数记录器信号，生成16位数据并行码。飞行参数记录器本体进行信号采集时，生成14位数据并行码，且实时接收主控机指令，提供监测信号实时显示。信号采集于发生器的并行码传输可以借助发生器设备通信接口，同时选择并行码传输选择性继承的方式。这种传输方式可以在提高接口灵活性的同时，最大限度保留并行码的准确性和传输速度，并提高14位数据并行码的生成速度。为降低发生器通信接口设计成本，设计的新型飞行参数记录器检测系统依然沿用传统系统的部分基本设备接口，但对IDLE、ACTIVE等灵活性较大的发生器通信接口进行了有效改进。传统飞行参数检测系统的IDLE设备通信接口，主要是通过关联设备完成对多船舶联合飞行器参数信息的捕捉，且传递至ACTIVE设备通信接口中。这些信息包含大量的无关条件，造成了通信接通效率低下。为改善上述问题，新型逻辑设备通信接口省略了关联设备，通过适当的干预手段，去除了信息中的无关条件，大大提升了飞行器参数记录器的信号接通效率。

2 主控机软件设计

主控机的操作控制系统是根据虚拟仪器开发平台LDP设计而成的。系统支持信号数据处理、监测信息保存，且可根据内设的专家数据库进行记录器检测结果综合分析，通过以太网管理检测数据的通信处理。软件共分为五大模块，即专家分析模块、数据库、ASS接口模块、数据通信模块和图形显示模块。

LDP软件平台主要应用Lapview图形化编程语言，可以调用大量图像线束空间，实现检测数据所需要的图表、曲线和图形显示。其中，数据通信模块是整个主控机的核心设计部分，主要由通信编译码组件、脉冲形成组件、滤波组件和检测组件四项组成，且每一模块间都保持相对独立的关系。在飞行参数纪录、数据传输和通信设备服务中，信息可以通过包括与以太网、日志、事件、CPU等多项服务相互沟通的连接设备进行参数控制传输，实现实时监控的目的。软件平台的核心设计主要针对飞行参数纪录系统的域管理器、信号采集与发生器管理器、应用管理器等多项组成单元进行整合服务。

3 实验探究

为了详细探究新型飞行参数记录器检测系统的具体应用优势，设计对比实验。实验设置对比组和实验组。对比组应用传统飞行参数检测系统，实验组应用新型飞行参数检测系统进行飞行器飞行轨迹参数量和飞行器异常参数检测速度对比。

3.1 飞行轨迹参数检测量对比

飞行器飞行轨迹参数可以直接反映飞行器的飞行路线以及相关信息量。飞行记录器对飞行轨迹参数的高精度检测量可以使控制台直接更高精度的飞行。图2反映了实验组和对比组飞行参数精确度的检测结果。

图2 飞行参数量获取对比图

图2可以清晰反映实验组和对比组飞行参数量和飞行时间的关系。由图2可以肯定，在实验组和对比组选择的飞行参数检测方法作用下，飞行参数的获取和时间均成正比例关系。由图2可以看出，在相同飞行时间内，新型飞行参数记录器检测到的飞行参数量均高于传统飞行参数纪录其检测系统，说明其在参数量检测中具有优越性。

3.2 飞行器异常参数检测速度对比

飞行器在飞行时，受天气、地域、大气环境等客观条件的影响，有可能产生异常环境参数，对飞行器正常运行产生一定的阻碍作用。飞行参数记录器检测系统重要的应用目的是快速检测出异常参数传输给控制台，从而使操控技术人员可以及时更改航线。在模拟仿真环境下，对实验组和对比组设立相同的异常环境，纪录两组异常参数的检测速度，结果如表1所示。