FPGA+POWER PC架構的實時飛行試驗振動數據分析系統

實時網絡數據傳輸模塊運用于機載高采樣實時處理單元中，完成基于實時系統的網絡數據接收及發送工作。實時網絡數據傳輸模塊程序算法及邏輯流程圖如圖4所示。

圖4　實時網絡數據傳輸模塊程序算法及邏輯流程圖

2.2.2 振動數據網絡數據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，依據任務需求，本系統可同時完成12個動態通道的振動數據接收和解包，同時兼顧將分析處理結果按輸入的數據格式輸出。振動數據流解包打包模塊算法及流程圖如圖5所示。

圖5　振動數據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

時域參數分析處理算法實現：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的時域指標。

2.2.4 實時數據存儲模塊設計

實時數據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據，根據測試需求用于存儲數據的空間不小于4 GB。

實時數據存儲模塊算法及流程圖如圖7所示。

圖7　 實時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

通過網絡接口，配置及數據導出模塊完成對機載高采樣實時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、譜線精度、時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接口界面

圖10　數據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據處理方法對采集的數據進行分析，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 基于實時系統高速振動數據流信號的輸入輸出技術

由嵌人式實時系統完成高速振動網絡數據流信號的接收及處理數據流的發送，在網絡帶寬允許的情況下，嵌入式實時系統精確的定時精度保證了基于網絡數據傳輸的可靠性與可快速性。

3.2 基于FPGA平臺的多通道實時并行頻譜計算及數據分析技術

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

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驗和分析處理方法，形成了滿足飛行試驗振動數據分析方法。

4 結語

飛行試驗振動信號實時監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多路信號的實時監控，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數據的實時監控，同時可以擴展到航天、艦船以及航空工業其他領域中。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濟效益。