一種智能化吊艙地面檢測系統(tǒng)

谷東格，張品生

（中國飛行試驗(yàn)研究院 陜西 西安 710089）

某型光電跟蹤測量吊艙在飛行試驗(yàn)中起著重要的作用，將其掛裝到載機(jī)上，載機(jī)與目標(biāo)機(jī)伴隨飛行可以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)機(jī)全飛行時段空中飛行的實(shí)時監(jiān)控測量。由于飛行試驗(yàn)本身花費(fèi)巨大，這就要求我們必須確保吊艙在掛裝飛機(jī)飛行前各個系統(tǒng)工作是正常的，確保每個飛行架次都是有效架次。不同于文獻(xiàn)[1]、[2]和文獻(xiàn)[3]對吊艙具體部分的設(shè)計(jì)以及文獻(xiàn)[4]對一個大型系統(tǒng)特定單一功能部分定制檢測，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種智能化吊艙地面檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用地面220 V交流電，能夠給吊艙供電，利用目標(biāo)模擬器作為輔助，共同完成吊艙掛機(jī)前的全部功能檢測，并能夠?qū)Φ跖摵蜋C(jī)上操控設(shè)備的故障采用類似文獻(xiàn)[5]中提出的技術(shù)進(jìn)行智能化診斷定位。

1 地面檢測系統(tǒng)需求分析

光電吊艙采用28 V直流電和115 V交流電供電，直流電給控制電路和各功能模塊供電，115 V交流電給伺服系統(tǒng)供電，因此地面檢測設(shè)備需要有提供28 V直流電和115 V交流電的功能。吊艙還具備高清、高速視頻跟蹤存儲功能，相應(yīng)的地面檢測設(shè)備需具有視頻讀取檢測和下載能力。同時吊艙還具有激光測距、遙控遙測系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)等，因此，地面檢測系統(tǒng)須有相應(yīng)的控制程序檢測對應(yīng)系統(tǒng)的參數(shù)。不同于文獻(xiàn)[6]采用PCI總線，本文通過RS422接口控制吊艙工作，通過地面控制計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)的各功能模塊軟件檢測吊艙全部功能。

2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了便于系統(tǒng)的安裝、調(diào)試，地面檢測設(shè)備所有組件集成在一個標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)，由帶剎車的四輪推車推動，見圖1。

系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集與控制計(jì)算機(jī)、開關(guān)/指示燈面、顯示器、鍵盤鼠標(biāo)、連接插座、電源。其中：

1）開關(guān)/指示燈面板包括電源開關(guān)、電源和狀態(tài)指示燈等，面板后為信號調(diào)理箱（包括連接線纜、信號調(diào)理板等）；

2）控制計(jì)算機(jī)加上相關(guān)的數(shù)據(jù)采集模塊，配合測試軟件，完成測試工作，它是整個系統(tǒng)的核心；

3）28 V 直流電源（DC）和 115 V 400 Hz交流電源（AC）采用兩個獨(dú)立的電源，具備過流和過壓保護(hù)功能。

圖1 系統(tǒng)組成示意圖Fig.1 System architecture

3 地面檢測系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)

地面檢測設(shè)備給吊艙供電，然后對吊艙在啟動和正常工作中的所有待測信號進(jìn)行檢測，通過RS422操控吊艙全部功能，電氣接口如圖2所示。其中：

1）1號插座，完成所有Camera Link信號（圖像傳輸信號）、1路PAL視頻信號的檢測；

2）2號插座，完成吊艙A/D信號、I/O信號、電阻阻值和4路RS422信號的檢測；

3）3號插座，完成機(jī)載操控設(shè)備的供電和RS422通訊檢測，繼電器1控制目標(biāo)模擬器和機(jī)載操控設(shè)備的供電；

4）4號插座，完成吊艙的1路RS422通訊檢測和2種電源供電控制，其中繼電器2負(fù)責(zé)吊艙的28 V直流電源的供電控制，繼電器3負(fù)責(zé)吊艙的115 V交流電源的供電控制；

5）5號插座，輸入220 V交流電源，輸出給檢測設(shè)備及吊艙供電。

1號插座圖像采集卡采集的PAL視頻信號來源于被信號調(diào)理板放大后所分兩路視頻信號中的第一路，另一路視頻信號被用于測試軟件對圖像質(zhì)量進(jìn)行分析。具體PAL視頻信號檢測原理圖如圖3所示，其中分離電路輸出的同步信號通過A/D采集卡采集，在軟件界面上以波形的形式顯示，可以根據(jù)波形判斷同步信號。

4 軟件設(shè)計(jì)

“吊艙地面檢測軟件”是運(yùn)行在測試設(shè)備上的專用軟件，其主要作用是幫助試驗(yàn)人員準(zhǔn)確、方便、快捷地完成測試任務(wù)。根據(jù)項(xiàng)目的需求，該軟件既可對吊艙測試及調(diào)試，同時還具備系統(tǒng)故障診斷功能，所以在軟件設(shè)計(jì)時著重考慮通用性的要求，軟件架構(gòu)如圖4所示。

基于上述架構(gòu)模式，該應(yīng)用軟件擬實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

a系統(tǒng)自檢測；b電源控制；c健康管理；d吊艙控制、測試與顯示；e吊艙故障診斷；f地面操控設(shè)備通訊測試與顯示；g機(jī)上操控設(shè)備通訊測試與顯示。

圖2 地面檢測設(shè)備電氣接口示意圖Fig.2 Electric interface of the ground test device

圖3 PAL信號檢測原理圖Fig.3 Schematic diagram of the PAL signal test

軟件組成結(jié)構(gòu)如圖4所示。

該軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，管理軟件由用戶或系統(tǒng)管理人員調(diào)用，測試軟件由管理軟件調(diào)用，均可重入，如圖5所示。

圖4 軟件層次結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Software levels

圖5 軟件組成結(jié)構(gòu)Fig.5 Software composition

基礎(chǔ)功能模塊主要實(shí)現(xiàn)對串口、視頻、模擬量的采集等功能，它以API函數(shù)的形成提供給系統(tǒng)功能模塊調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了軟件的分層架構(gòu)。

1）RS422收發(fā)模塊 提供API函數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)置通訊波特率、串口輸出緩沖；

2）區(qū)設(shè)置、串口輸入緩沖區(qū)設(shè)置、串口收發(fā)等功能；

3）電阻值測量模塊 提供API函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對任意通路的電阻測量、測量參數(shù)的配置；

4）電壓測量模塊 提供API函數(shù)，完成對任意通路的電壓測量、測量參數(shù)的配置；

5）Camera link采集模塊 提供API函數(shù)，完成對Camera link的參數(shù)配置，實(shí)現(xiàn)對視頻信號的采集；

6）PAL視頻采集模塊 提供API函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對PAL視頻信號的采集；

7）離散量輸入/輸出測量模塊 提供API函數(shù)，完成對參數(shù)配置和數(shù)據(jù)的采集；

8）電源控制模塊 提供API函數(shù)實(shí)現(xiàn)對電源的控制。

軟件以圖形或表格化的形式表現(xiàn)出測試流程，允許用戶操作測試過程，實(shí)現(xiàn)測試過程的數(shù)據(jù)記錄、顯示，以及測試過程的啟動、停止、暫停、單步的操作。

對信號源和接口通道進(jìn)行組合，按一定的時序關(guān)系配置，向被測件提供各種測試激勵，進(jìn)而完成系統(tǒng)測試。

根據(jù)吊艙的故障種類分別建立故障檢測的測試流程，由軟件實(shí)現(xiàn)每種故障的檢測診斷流程如圖6所示，測試界面如圖7所示。

通過給吊艙輸出激勵采集其反饋信息的方法，檢測信號是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，或者檢測是否實(shí)現(xiàn)期望的效果。

針對每種故障，設(shè)計(jì)一套測試流程和測試界面，并將故障信息記錄到數(shù)據(jù)庫中。

將常見的故障現(xiàn)象存放在數(shù)據(jù)庫后，即可以通過關(guān)鍵詞進(jìn)行查找分析故障原因。在檢測過程中將新的故障現(xiàn)象存入數(shù)據(jù)庫中，豐富故障庫內(nèi)容。

圖7是故障診斷模塊軟件界面。

圖6 故障診斷模塊程序流程圖Fig.6 Program flow diagram for fault diagnosis

圖7 故障診斷軟件設(shè)計(jì)界面Fig.7 Fault diagnosis window

圖8是與故障診斷相互匹配的設(shè)備健康管理軟件界面。

5 結(jié) 論

本文針對某型光電吊艙掛裝載機(jī)前的檢測問題設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一整套智能化地面檢測系統(tǒng)，該地面檢測系統(tǒng)能夠快速智能的檢測目標(biāo)吊艙的各項(xiàng)功能，對于檢測到的模塊故障能夠迅速給出故障原因及其解決方案。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)踐中得到了很好的應(yīng)用，有力地保障了科研試飛任務(wù)的進(jìn)行。

圖8 健康管理界面Fig.8 Health management window

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