實時飛行試驗振動數(shù)據分析系統(tǒng)

實時網絡數(shù)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(tǒng)的網絡數(shù)據接收及發(fā)送工作。實時網絡數(shù)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(shù)據傳輸模塊程序算法及邏輯流程圖

2.2.2 振動數(shù)據網絡數(shù)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(tǒng)可同時完成12個動態(tài)通道的振動數(shù)據接收和解包，同時兼顧將分析處理結果按輸入的數(shù)據格式輸出。振動數(shù)據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)據分析處理工作：數(shù)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(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)據存儲模塊設計

實時數(shù)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(shù)據，根據測試需求用于存儲數(shù)據的空間不小于4 GB。

實時數(shù)據存儲模塊算法及流程圖如圖7所示。

圖7　 實時數(shù)據存儲模塊算法及流程圖

2.2.5 配置及數(shù)據導出模塊設計

通過網絡接口，配置及數(shù)據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)據文件，完成數(shù)據導出工作。配置及數(shù)據導出模塊算法及流程圖如圖8所示。

圖8　配置及數(shù)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(shù)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(shù)據處理方法對采集的數(shù)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(tǒng)高速振動數(shù)據流信號的輸入輸出技術

由嵌人式實時系統(tǒng)完成高速振動網絡數(shù)據流信號的接收及處理數(shù)據流的發(fā)送，在網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絡數(shù)據傳輸?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)據分析技術

由于采用基于FPGA邏輯門陣列為數(shù)據處理平臺，從而確保系統(tǒng)整個數(shù)據處理時間在微秒級的量級，從而保證大批量數(shù)據處理不會成為系統(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驗和分析處理方法，形成了滿足飛行試驗振動數(shù)據分析方法。

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濟效益。