飞机电源系统飞行试验数据高速采集及处理系统设计与实现

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1、飞机电源系统飞行试验数据高速采集及处理系统设计与实现陈艳,李太平,陈永碌（中国飞行试验研究院，陕西西安,710089）：本文针对飞机供电特性考核的需要，设计了一套将电源系统飞行试验数据实时高速采集、解算，并连续记录的数据处理系统，在保证飞行试验数据记录的准确性和完整性的基础上，缓解了大数据记录的压力，提高了试验数据处理的效率，满足了对飞机电源系统评估的需求。关键词：飞机电源系统；供电特性；数据实时处理Highspeeddataacquisitionandprocessingsystemforflighttes

2、tdataofaircraftpoChenYan,LiTaiping,ChenYonglu(ChineseFlightTestEstablishment,Xi’an.China,710089)Abstract：Inthispaper,theneedforaircraftelectricpoflighttestdatareal-timeandhigh-speedacquisition,solution,andcontinuousrecordingofdataprocessingsystem,guaranteeb

3、asedontheaccuracyandpletenessoftheflighttestdatarecording,easingthepressureoflargedatarecords,improvetheefficiencyoftestdataprocessingtomeettheneedsassessmentfortheaircraftpo.Key;poedataprocessing0引言当前，机载航空电子设备日益多样化、复杂化，飞机电源系统的供电品质直接影响航空电子设备的工作和寿命，甚至飞行安全。因此

4、，测试飞机交、直流电源系统飞行中的工作特性参数，评估其供电特性就显得尤为重要。然而，在真实飞行试验中，电源信号复杂、多变，所需数据测试频带宽、采样率高、数据量庞大、数据处理步骤繁琐等一系列问题都严重制约了飞机电源系统飞行试验的发展。针对上述问题，在保证飞行试验数据记录的准确性、完整性的基础上，设计了一套将电源系统飞行试验数据进行实时高速采集、解算，并连续记录的数据处理系统，以满足对飞机供电特性分析及评估的需求。1系统总体设计数据实时高速采集及处理系统由瞬态电源采集模块和电源参数结算卡组成，系统总体框图如图1所

5、示。本系统采用光纤通道作为传输介质，利用光纤通道既能实现高速数据远距离传输，又能实现高压电气隔离的双重特殊优点，将电源瞬态数据采集电路集成到电压测量传感器内，有效解决模拟电压信号传输时的传输噪声、传输带宽不足、动态精度达不到图1系统总体框图27理论与算法2016.10国军标要求的问题。光纤瞬态电源采集模块为高精度数字化电压传感器，通过光纤通道接口与FC201E双通道光纤电源参数解算卡相连，采用FC201E双通道光纤电源参数解算卡实现数据的实时解算。FC201E双通道光纤电源参数解算卡设计有两个光纤通道接口，接

6、收来自前级光纤瞬态电源采集模块的电源采集数据。卡上FPGA芯片对接收到的电源采集数据分析处理，解算结果上传主机进行记录，主机亦可通过接口对相连的光纤瞬态电源采集模块的工作状态进行设置。2电源参数解算卡电源参数解算卡的核心部分是FPGA，主要完成以下功能：a)通过光纤向光纤瞬态电源采集模块提供采样同步信号；b)光纤通道接口实现，接收来自光纤瞬态电源采集模块的电源采样数据；c)时间统一功能，解析来自背板ASB总线提供的100MHz时间标记；d)数据分析处理功能包括过零点发现、数字滤波、数字信号处理、参数解算等。电

7、源瞬态数据实时解算面临通道数多，数据量大，参数计算量大的诸多难题，若采用传统DSP技术，面临DSP片内RAM容量不够，必须用片外内存。频繁访问片外RAM将造成DSP速度大幅图2瞬时采集电压波形图3电源系统三相交流瞬时电压波形28理论与算法2016.10度下降，且单个DSP速度不足。因此本系统采用在FPGA中内嵌192个DSP解决了巨大计算量的问题。192个内嵌DSP的FPGA数据处理优势如下：a)FPGA逻辑控制信号处理流程节拍，每个DSP核完成一项特定的数据处理功能，时间节拍控制在FPGA中易于实现；b)高

8、速信号处理完全在单个芯片内完成，运行速度可高达芯片的最高工作频率；c)片内可设计大量并行高速专用数据总线，数据处理处在并行状态下工作；d)FPGA可方便实现硬件周期频率测量。3软件算法3.1供电特性参数计算以交流电源系统稳态特性参数中的交流电压为例，介绍实时解算数据处理方法。图2为没有进行处理而直接进行记录的某型民用飞机的电压波形，每一周波中的瞬时数据为2500点，1秒钟共需要记录106（2500点