實(shí)時(shí)飛行試驗振動(dòng)數據分析系統

實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )數據傳輸模塊運用于機載高采樣實(shí)時(shí)處理單元中，完成基于實(shí)時(shí)系統的網(wǎng)絡(luò )數據接收及發(fā)送工作。實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )數據傳輸模塊程序算法及邏輯流程圖如圖4所示。

圖4　實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )數據傳輸模塊程序算法及邏輯流程圖

2.2.2 振動(dòng)數據網(wǎng)絡(luò )數據流解包打包模塊設計

該模塊運用于機載高采樣實(shí)時(shí)處理單元中，依據任務(wù)需求，本系統可同時(shí)完成12個(gè)動(dòng)態(tài)通道的振動(dòng)數據接收和解包，同時(shí)兼顧將分析處理結果按輸入的數據格式輸出。振動(dòng)數據流解包打包模塊算法及流程圖如圖5所示。

圖5　振動(dòng)數據流解包打包模塊算法及流程圖

2.2.3 實(shí)時(shí)振動(dòng)分析處理模塊設計

由板載的FPGA邏輯門(mén)陣列完成基于硬件級的數據分析處理工作：數據工程量轉換、可任意選擇不小于12通道，由板載FPGA完成自定義頻率分辨率實(shí)時(shí)振動(dòng)頻譜分析;由板載PFGA完成自定義多個(gè)關(guān)鍵單頻點(diǎn)、頻域帶通范圍振動(dòng)能量及時(shí)域統計量分析。實(shí)時(shí)振動(dòng)分析處理模塊流程及算法如圖6所示。

圖6　實(shí)時(shí)振動(dòng)分析處理模塊流程及算法

時(shí)域參數分析處理算法實(shí)現：提取原始振動(dòng)信號的有效值、峰值、峭度、峰值指標、裕度指標和脈沖指標等，最能反映飛機飛行振動(dòng)狀態(tài)的時(shí)域指標。

2.2.4 實(shí)時(shí)數據存儲模塊設計

實(shí)時(shí)數據存儲模塊運用于機載高采樣實(shí)時(shí)處理單元中，用于存儲在測試過(guò)程中記錄的振動(dòng)數據，根據測試需求用于存儲數據的空間不小于4 GB。

實(shí)時(shí)數據存儲模塊算法及流程圖如圖7所示。

圖7　 實(shí)時(shí)數據存儲模塊算法及流程圖

2.2.5 配置及數據導出模塊設計

通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口，配置及數據導出模塊完成對機載高采樣實(shí)時(shí)處理單元的系統設置工作：選擇遙測分析的通道、設定頻帶范圍、譜線(xiàn)精度、時(shí)域統計參數配置以及系統設置的各項配置參數;選擇需要導出的數據文件，完成數據導出工作。配置及數據導出模塊算法及流程圖如圖8所示。

圖8　配置及數據導出模塊算法及流程圖

圖9　頻域分析設置圖形用戶(hù)接口界面

圖10　數據顯示模塊圖形用戶(hù)接口界面

3 關(guān)鍵技術(shù)

可靠實(shí)時(shí)的完成高速振動(dòng)PCM流信號的接收、解包、分析和存儲成為機載高采樣實(shí)時(shí)處理單元需要解決的關(guān)鍵性技術(shù)，地面遙測分析單元的關(guān)鍵在于如何運用有效的數據處理方法對采集的數據進(jìn)行分析，從而得出可信有效的振動(dòng)分析結果。在該處理單元的研制中，突破了以下幾方面的關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 基于實(shí)時(shí)系統高速振動(dòng)數據流信號的輸入輸出技術(shù)

由嵌人式實(shí)時(shí)系統完成高速振動(dòng)網(wǎng)絡(luò )數據流信號的接收及處理數據流的發(fā)送，在網(wǎng)絡(luò )帶寬允許的情況下，嵌入式實(shí)時(shí)系統精確的定時(shí)精度保證了基于網(wǎng)絡(luò )數據傳輸的可靠性與可快速性。

3.2 基于FPGA平臺的多通道實(shí)時(shí)并行頻譜計算及數據分析技術(shù)

由于采用基于FPGA邏輯門(mén)陣列為數據處理平臺，從而確保系統整個(gè)數據處理時(shí)間在微秒級的量級，從而保證大批量數據處理不會(huì )成為系統的瓶頸，保證了系統的實(shí)時(shí)性。

3.3 振動(dòng)信號分析處理技術(shù)

通過(guò)使用各種頻域分析、時(shí)域分析及時(shí)頻域分析技術(shù)，同時(shí)結合型號試飛的需求以及在振動(dòng)分析處理方面積累的經(jīng)驗和分析處理方法，形成了滿(mǎn)足飛行試驗振動(dòng)數據分析方法。

4 結語(yǔ)

飛行試驗振動(dòng)信號實(shí)時(shí)監控迄今為止僅在某型直升機槳葉測振中進(jìn)行，而且效果很不理想。本文所采用的方法可以實(shí)現多路信號的實(shí)時(shí)監控，而且可以針對不同科目的不同需求，在飛行前進(jìn)行配置加載，同時(shí)還能夠實(shí)現算法的選擇、通道數量的選擇以及所監控數據的結果形式的選擇。

該項目不僅使用于飛行試驗振動(dòng)數據的實(shí)時(shí)監控，同時(shí)可以擴展到航天、艦船以及航空工業(yè)其他領(lǐng)域中。作為裝機的機載測試設備，工程化后還能夠為試飛院帶來(lái)經(jīng)濟效益。