FPGA+POWER PC架構的實時飛行試驗振動數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

實時網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸模塊運用于機載高采樣實時處理單元中，完成基于實時系統(tǒng)的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)接收及發(fā)送工作。實時網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸模塊程序算法及邏輯流程圖如圖4所示。

圖4　實時網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸模塊程序算法及邏輯流程圖

2.2.2 振動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流解包打包模塊設計

該模塊運用于機載高采樣實時處理單元中，依據(jù)任務需求，本系統(tǒng)可同時完成12個動態(tài)通道的振動數(shù)據(jù)接收和解包，同時兼顧將分析處理結果按輸入的數(shù)據(jù)格式輸出。振動數(shù)據(jù)流解包打包模塊算法及流程圖如圖5所示。

圖5　振動數(shù)據(jù)流解包打包模塊算法及流程圖

2.2.3 實時振動分析處理模塊設計

由板載的FPGA邏輯門陣列完成基于硬件級的數(shù)據(jù)分析處理工作：數(shù)據(jù)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時振動頻譜分析;由板載PFGA完成自定義多個關鍵單頻點、頻域帶通范圍振動能量及時域統(tǒng)計量分析。實時振動分析處理模塊流程及算法如圖6所示。

圖6　實時振動分析處理模塊流程及算法

時域參數(shù)分析處理算法實現(xiàn)：提取原始振動信號的有效值、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狀態(tài)的時域指標。

2.2.4 實時數(shù)據(jù)存儲模塊設計

實時數(shù)據(jù)存儲模塊運用于機載高采樣實時處理單元中，用于存儲在測試過程中記錄的振動數(shù)據(jù)，根據(jù)測試需求用于存儲數(shù)據(jù)的空間不小于4 GB。

實時數(shù)據(jù)存儲模塊算法及流程圖如圖7所示。

圖7　 實時數(shù)據(jù)存儲模塊算法及流程圖

2.2.5 配置及數(shù)據(jù)導出模塊設計

通過網(wǎng)絡接口，配置及數(shù)據(jù)導出模塊完成對機載高采樣實時處理單元的系統(tǒng)設置工作：選擇遙測分析的通道、設定頻帶范圍、譜線精度、時域統(tǒng)計參數(shù)配置以及系統(tǒng)設置的各項配置參數(shù);選擇需要導出的數(shù)據(jù)文件，完成數(shù)據(jù)導出工作。配置及數(shù)據(jù)導出模塊算法及流程圖如圖8所示。

圖8　配置及數(shù)據(jù)導出模塊算法及流程圖

圖9　頻域分析設置圖形用戶接口界面

圖10　數(shù)據(jù)顯示模塊圖形用戶接口界面

3 關鍵技術

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

3.1 基于實時系統(tǒng)高速振動數(shù)據(jù)流信號的輸入輸出技術

由嵌人式實時系統(tǒng)完成高速振動網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流信號的接收及處理數(shù)據(jù)流的發(fā)送，在網(wǎng)絡帶寬允許的情況下，嵌入式實時系統(tǒng)精確的定時精度保證了基于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c可快速性。

3.2 基于FPGA平臺的多通道實時并行頻譜計算及數(shù)據(jù)分析技術

由于采用基于FPGA邏輯門陣列為數(shù)據(jù)處理平臺，從而確保系統(tǒng)整個數(shù)據(jù)處理時間在微秒級的量級，從而保證大批量數(shù)據(jù)處理不會成為系統(tǒng)的瓶頸，保證了系統(tǒng)的實時性。

3.3 振動信號分析處理技術

通過使用各種頻域分析、時域分析及時頻域分析技術，同時結合型號試飛的需求以及在振動分析處理方面積累的經(jīng)驗和分析處理方法，形成了滿足飛行試驗振動數(shù)據(jù)分析方法。

4 結語

飛行試驗振動信號實時監(jiān)控迄今為止僅在某型直升機槳葉測振中進行，而且效果很不理想。本文所采用的方法可以實現(xiàn)多路信號的實時監(jiān)控，而且可以針對不同科目的不同需求，在飛行前進行配置加載，同時還能夠實現(xiàn)算法的選擇、通道數(shù)量的選擇以及所監(jiān)控數(shù)據(jù)的結果形式的選擇。

該項目不僅使用于飛行試驗振動數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，同時可以擴展到航天、艦船以及航空工業(yè)其他領域中。作為裝機的機載測試設備，工程化后還能夠為試飛院帶來經(jīng)濟效益。