便携式飞行参数记录仪测试系统的设计

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1、南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论1.1课题背景及意义飞行参数记录系统一般由机载部分、地面数据处理部分和专用检测设备三大部分组成。飞行参数记录仪(FlightDataRecorder)俗称“黑匣子”，属于飞机飞行参数记录系统的机载部分。一般民用和军用飞机普遍配置该设备。通常，飞行参数记录仪主要由数据采集部分、数据记录部分和一些信号传感器等组成，对飞机各系统送来的信号数据进行连续采集，并将采集到的数据按约定的格式记录在记录器中。这些参数包括飞机飞行姿态、速度、高度、时间、飞机舵面的偏度、发动机的转速、温度等各

2、种数据。这些数据能够真实地反映飞机及机载设备在空中飞行时的工作情况和驾驶员的操作情况，是分析飞机飞行状况的最重要的依据，其重要意义主要体现在以下四种应用场合：一是应用于日常机务维护，在飞行结束后可以通过分析这些数据来判断飞机本次飞行过程中各部件的工作状况是否正常，以便及早发现故障隐患加以排除，从而保障飞行安全；二是应用于飞行训练，可以作为飞行员完成飞行科目情况的参考，增强飞行考核的准确性；三是应用于飞机研制和飞行试验，可以作为新机型性能测试的数据来源，为新机型设计、老机型改进提供科学依据；四是应用于飞机失事后，

3、通过分析飞行数据查找事故原因，判明事故的责任，防止类似事故发生。黑匣子具有极强的抗火、耐压、耐冲击振动、耐海水（或煤油）浸泡、抗磁干扰等能力，即便飞机已完全损坏，黑匣子里的记录数据也能完好保存。按照采用的记录介质，飞行参数记录仪发展经过了三代。第一代飞行参数记录仪的记录介质为铝箔、钢丝、钢带，出现在20世纪40年代，当时它只记录空速、航向、过载、高度和时间5个基本参数；第二代飞行参数记录仪的记录介质为磁带，出现在20世纪60年代，记录参数也由原来的5个发展到几十、上百、上千个，采样速度和记录精度也不断提高，维护

4、和抗毁保护性能也有很大的提高。但它的缺点是机械运带机构复杂、故障率高。第三代飞行参数记录仪的记录介质为半导体固态存储器，出现在上世纪80年代后期，并在上世纪90年代初开始装备民用运输机使用。采用固态存储器作为飞行参数记录器已成为现代飞行参数记录的标志[22]。本设计的被测试飞行参数记录仪，属于第二代飞行参数记录仪。与该型飞行参数记录仪配套的测试设备，结构复杂、体积较大，因而不具备便携式特点，无法进行现场测试。本课题的主要任务就是对这一问题的解决。1.2课题中采用的主要技术本测试系统的实现涉及到多种技术，包括目前

5、比较流行的虚拟仪器技术和可编程逻辑器件。1便携式飞行参数记录仪测试系统的设计下面对这两种技术作简要介绍。1.1虚拟仪器技术虚拟仪器技术是目前测试与控制领域中最流行的技术之一，是计算机技术同仪器技术深层次结合产生的全新概念的仪器，大大突破传统仪器在数据处理、显示、传送、存储等方面的限制。虚拟仪器技术利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，灵活高效的软件能帮助用户创建完全自定义的界面，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。虚拟仪

6、器的实质是：利用计算机的显示器模拟传统仪器的控制面板，以多种形式输出检测结果；利用计算机的软件实现信号的数据运算、分析、处理；利用I／O接口设备完成信号的采集、调理，从而完成各种测试功能的计算机测试系统。用户用鼠标或键盘操作虚拟面板就如同使用一台专用的测量仪器。因此，虚拟仪器可以概括为：采集硬件十显示面板十算法软件。虚拟仪器组成框图如图1.1所示。传感器调理器采集器I/O口I/O驱动面板算法虚拟仪器硬件软件图1.1虚拟仪器组成框图根据I／O采集设备采用总线方式的不同，硬件可分为PC总线插卡型、并行口式、GPIB

7、总线方式、VXI总线方式、PXI总线方式、LXI总线方式六种类型[9]。软件系统是虚拟仪器的核心，软件定义仪器，“软件就是仪器”。虚拟仪器起源于美国，1986年美国国家仪器公司(NationalInstruments,NI)为Macintosh设计了LabView，它是一种基于图形的开发、调试和运行集成化环境，实现了真正意义上的虚拟仪器概念。LabView和NI后来推出的LabWindows/CVI是目前虚拟仪器最常用的开发软件。虚拟仪器的特点是经济、灵活，维护、扩展、升级方便。本设计中，因为飞行参数记录仪测试

8、系统涉及大量的信号检测、信号产生和检测数据处理，所以，采用虚拟仪器技术研制飞行参数记录仪测试系统是非常合适的。1.2可编程逻辑器件可编程逻辑器件PLD（ProgrammableLogicDevice）是一类半定制的通用性器件，用户可以通过对PLD器件进行编程来实现所需的逻辑功能。与专用集成电路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)相比，PL