總線數(shù)據(jù)采集記錄與處理技術(shù)

1、1553B總線數(shù)據(jù)采集、記錄與處理技術(shù)摘  要：介紹了現(xiàn)代飛機(jī)試飛中1553B總線數(shù)據(jù)的機(jī)載采集、記錄方法和地面數(shù)據(jù)處理方式以及100%記錄的1553B總線數(shù)據(jù)事后預(yù)處理軟件的功能、組成、處理流程和軟件設(shè)計(jì)中的一些關(guān)鍵技術(shù)。    關(guān)鍵詞: 1553B總線；采集；記錄；數(shù)據(jù)處理    AbSTract：The ON-board data acquisition、recording and processing methods of 1553B-bus in modern flight 

2、test are introduced,The functions、composing and processing flowing of the pre-processing software in post for recorded 100% 1553B data,and the key technologies in software design are also presented.    Key words:1553B-bus；acquisition；recording；data processing, 

3、0;  1553B總線在現(xiàn)代飛機(jī)航空電子系統(tǒng)及其他領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，機(jī)載航空電子系統(tǒng)方面的試飛任務(wù)越來越多，因此1553B總線數(shù)據(jù)的采集、記錄、處理技術(shù)成為試飛測(cè)試中的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于1553B總線數(shù)據(jù)速率高、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)類型多、處理要求多樣，使得總線數(shù)據(jù)處理成為現(xiàn)代飛機(jī)試飛數(shù)據(jù)處理的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。    1、1553B總線簡(jiǎn)介    1553B總線是飛機(jī)內(nèi)部的時(shí)分、指令/應(yīng)答多路傳輸總線。在航空電子系統(tǒng)中, 通過1553B 總線可連接多達(dá)32個(gè)子系統(tǒng)（或稱終端RT），完成各子系統(tǒng)的通信和數(shù)據(jù)交換，以實(shí)

4、現(xiàn)各子系統(tǒng)的集中控制和顯示。為了提高可靠性，一般都采用雙余度總線結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代飛機(jī)典型的航空電子系統(tǒng)及1553B總線應(yīng)用框圖如圖1所示。      圖1航空電子系統(tǒng)及1553B總線應(yīng)用框圖1.1  1553B總線字格式1553B總線字分為: 命令字、數(shù)據(jù)字、狀態(tài)字。命令字是由同步頭、遠(yuǎn)程終端地址字段、發(fā)送/接收位、子地址/方式字段、數(shù)據(jù)字個(gè)數(shù)/方式代碼字段及奇偶位組成。數(shù)據(jù)字是由同步頭、數(shù)據(jù)段和奇偶位組成。狀態(tài)字是由同步頭、遠(yuǎn)程終端地址、消息差錯(cuò)位、測(cè)試位、服務(wù)請(qǐng)求位、3位備用位、廣播命令接收位、忙位、子系統(tǒng)標(biāo)志位、動(dòng)態(tài)總線控制

5、接收位、終端標(biāo)志位及奇偶位組成。1553B總線字格式: 每個(gè)字的字長(zhǎng)為16個(gè)二進(jìn)制位的有效值長(zhǎng)度加同步頭和奇偶位共20個(gè)二進(jìn)制位的長(zhǎng)度, PCM化后, 去掉同步頭和奇偶位, 16位有效位的格式符合標(biāo)準(zhǔn)GJB289-87。1.2 通信方式    總線系統(tǒng)中傳輸?shù)南⒏袷接?0 種, 這里僅介紹應(yīng)用層的3種信息傳輸方式。 總線控制器向遠(yuǎn)程終端的傳輸    總線控制器向遠(yuǎn)程終端發(fā)出一個(gè)接收指令及數(shù)據(jù)字, 遠(yuǎn)程終端回送一個(gè)狀態(tài)字, 指令字和數(shù)據(jù)字沒有間隔的連續(xù)發(fā)送。 遠(yuǎn)程終端向總線控制器的傳輸    總線控制器向

6、遠(yuǎn)程終端發(fā)出一個(gè)發(fā)送指令, 遠(yuǎn)程終端回送一個(gè)狀態(tài)字后, 繼之以規(guī)定數(shù)目的數(shù)據(jù)字、狀態(tài)字和數(shù)據(jù)字沒有間隔地連續(xù)發(fā)送。 遠(yuǎn)程終端向遠(yuǎn)程終端的傳輸    總線控制器向遠(yuǎn)程終端a發(fā)出一個(gè)接收指令, 緊接著向遠(yuǎn)程終端b發(fā)出一個(gè)發(fā)送指令, 遠(yuǎn)程終端b發(fā)出一個(gè)狀態(tài)字, 繼之以規(guī)定數(shù)目的數(shù)據(jù)字、狀態(tài)字和數(shù)據(jù)字沒有間隔地連續(xù)發(fā)送。遠(yuǎn)程終端a接收到數(shù)據(jù)字后, 回送一個(gè)狀態(tài)字。2 1553B總線數(shù)據(jù)的機(jī)載采集與記錄2.1 1553B總線數(shù)據(jù)的采集與記錄方式    1553B總線數(shù)據(jù)采集有兩種方式：選擇采集和100%采集方式。  

7、0; 1553B總線數(shù)據(jù)選擇采集是指由試飛工程師按總線字的定義（總線號(hào)、遠(yuǎn)程終端RT號(hào)、子地址SA、邏輯塊），主題曲，動(dòng)漫背景音樂，游戲背景音樂，電視劇背景音樂，片尾曲，片頭曲，主題歌，背景音樂，BGM，插曲，配樂從總線上挑選需要的命令字、狀態(tài)字、數(shù)據(jù)字。對(duì)挑選的總線字，格式化為4個(gè)連續(xù)的PCM字，其中總線字格式化為2個(gè)PCM字，另兩個(gè)為時(shí)間標(biāo)識(shí)字，描述該總線字在總線上的精確時(shí)間。這些PCM字經(jīng)1553B專用采集器采集后形成一條選擇的1553B數(shù)據(jù)流，通過RS422串行口到通用采集器，與其他測(cè)試數(shù)據(jù)合并形成一條主PCM數(shù)據(jù)流，供遙測(cè)發(fā)射到地面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及機(jī)載記錄。  &#

8、160; 1553B總線數(shù)據(jù)的100%采集是指同時(shí)采集多條多余度（一般為兩條雙余度）1553B總線上的全部信息。采集到的每個(gè)20位總線字（包括命令字、狀態(tài)字、數(shù)據(jù)字），去掉3位同步頭和1位奇偶校驗(yàn)位后的16位有效位，被轉(zhuǎn)換為兩個(gè)連續(xù)的PCM字。在總線消息間隔處加入填充字，在總線消息的命令字后插入時(shí)間標(biāo)識(shí)字（包括時(shí)、分、秒、毫秒、微秒），標(biāo)明該消息到達(dá)的準(zhǔn)確時(shí)間，同時(shí)在狀態(tài)字之前插入消息響應(yīng)時(shí)間。然后把這些PCM字按IRIG-106遙測(cè)標(biāo)準(zhǔn)格式，經(jīng)過專用采集器采集后形成一條PCM化的100%采集的1553B總線數(shù)據(jù)流，供機(jī)載記錄器記錄。    隨著記錄技術(shù)的發(fā)展，還

9、有一種直接采集、記錄方式也在廣泛應(yīng)用，該方式一般通過具有1553B總線數(shù)據(jù)100%采集功能的記錄器完成。1553B總線數(shù)據(jù)不再需要1553B專用采集器，也不需要轉(zhuǎn)換為PCM格式，而是由記錄器直接采集，按1553B消息塊格式記錄到磁帶機(jī)上。1553B總線數(shù)據(jù)的采集和記錄如圖2所示。圖  1553B總線數(shù)據(jù)的機(jī)載采集、記錄框圖2.2 1553B總線采集器與記錄器    1553B總線數(shù)據(jù)采集器用于采集飛機(jī)上1553B數(shù)據(jù)總線中信息，完成以下功能：    獲取多條符合1553B標(biāo)準(zhǔn)的總線數(shù)據(jù)；   

10、將每條總線的信息100%采集后分別形成一條PCM數(shù)據(jù)流輸出；    通過用戶定義選擇多條總線上的部分總線信息（包括邏輯塊中的數(shù)據(jù)字），形成一條混合的選擇數(shù)據(jù)流輸出；    在輸出數(shù)據(jù)流中對(duì)總線信息進(jìn)行時(shí)間標(biāo)識(shí)。    1553B總線采集器在總線系統(tǒng)中，只起監(jiān)視作用，不參與總線通信。在有的總線系統(tǒng)中，也將其視為一個(gè)終端設(shè)備而分配一個(gè)RT（終端）號(hào)，受總線控器的管理，以便向其傳輸專為飛行試驗(yàn)設(shè)置的消息塊。    1553B總線記錄器采用通用的PCM數(shù)據(jù)記錄器。對(duì)于1553B總線數(shù)

11、據(jù)的直接采集、記錄方式，采用具有1553B采集功能的多輸入數(shù)據(jù)源的采集、記錄一體化記錄器。3 1553B總線數(shù)據(jù)的處理方式    1553B總線數(shù)據(jù)處理一般分為實(shí)時(shí)處理（實(shí)時(shí)監(jiān)控）和事后處理方式。3.1 1553B總線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理(實(shí)時(shí)監(jiān)控)方式    飛行試驗(yàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控是確保試飛安全、提高試飛效率的重要手段。1553B總線數(shù)據(jù)是試飛實(shí)時(shí)監(jiān)控的重要參數(shù)。飛行試驗(yàn)中來自飛機(jī)機(jī)載遙測(cè)PCM流中選擇的1553B總線參數(shù)，是驅(qū)動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示畫面的主要數(shù)據(jù)源，是實(shí)現(xiàn)可視化顯現(xiàn)的基礎(chǔ)。實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面主要有模擬飛機(jī)多功能顯示器畫面，如飛機(jī)狀態(tài)、航空電

12、子狀態(tài)、飛控狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，模擬的平顯畫面，另外還有飛機(jī)的三維姿態(tài)、航跡等各種圖形、曲線、數(shù)字、表格形式的顯示畫面，為試飛指揮員、試飛工程師及時(shí)發(fā)現(xiàn)飛機(jī)故障、確保飛機(jī)試飛安全，提供了重要手段。3.2 1553B總線數(shù)據(jù)的事后處理方式    1553B總線數(shù)據(jù)事后處理分為預(yù)處理和最終處理。預(yù)處理是按試飛工程師要求的參數(shù)名、時(shí)間段、采樣率，從100%記錄的1553B總線數(shù)據(jù)中提取要求的參數(shù)，并進(jìn)行必要的處理和轉(zhuǎn)換，以不同格式的數(shù)據(jù)文件輸出，為1553B總線數(shù)據(jù)最終處理提供各種類型的數(shù)據(jù)文件。這為試飛工程師和主機(jī)廠所排故，提供了真實(shí)可靠的1553B總線數(shù)據(jù)，對(duì)縮短飛機(jī)

13、系統(tǒng)和航空電子系統(tǒng)排故周期，加快試飛進(jìn)度，有重要意義。    最終處理是試飛工程師根據(jù)預(yù)處理結(jié)果，按照航電各專業(yè)（如火控、雷達(dá)、慣導(dǎo)等）的需求，對(duì)100%的1553B工程單位數(shù)據(jù)進(jìn)一步的分析與處理和綜合處理。4 1553B總線數(shù)據(jù)事后預(yù)處理軟件設(shè)計(jì)4.1軟件功能設(shè)計(jì)    1553B總線數(shù)據(jù)處理軟件的主要功能是按試飛工程師要求的參數(shù)名、時(shí)間段、采樣率，從100%記錄在磁帶上的1553B總線數(shù)據(jù)中提取要求的參數(shù)，并進(jìn)行必要的處理和轉(zhuǎn)換，以不同格式的數(shù)據(jù)文件輸出，為1553B總線數(shù)據(jù)最終處理提供各種類型數(shù)據(jù)。4.2軟件組成與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

14、60;   采用模塊化設(shè)計(jì)，主要由讀帶模塊、主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、加載ICD文件模塊、獲取物理塊號(hào)模塊、總線數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)字分析模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊等組成，如圖3所示。4.3處理流程    軟件總體結(jié)構(gòu)分成兩個(gè)進(jìn)程，一個(gè)為主進(jìn)程，一個(gè)為分析處理進(jìn)程（子進(jìn)程），處理流程見圖4。    主進(jìn)程: 它負(fù)責(zé)進(jìn)程的總控，并負(fù)責(zé)接收用戶對(duì)所有界面的選擇以及界面上的輸入設(shè)置。該進(jìn)程主要完成總線通信地址和消息中數(shù)據(jù)字格式內(nèi)容以及多種數(shù)據(jù)類型的輸入（ICD文件）。它還通過郵件將分析處理所需的輸入和設(shè)置發(fā)送到總線數(shù)據(jù)分析處理進(jìn)程。

15、    分析處理進(jìn)程：它根據(jù)總線數(shù)據(jù)處理參數(shù)來對(duì)相應(yīng)的總線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并將結(jié)果存放在文件中。該進(jìn)程接收主進(jìn)程用郵件方式傳遞來的信息，根據(jù)總線數(shù)據(jù)處理參數(shù)及總線數(shù)據(jù)描述表來完成總線數(shù)據(jù)分析處理的工作，這樣總線數(shù)據(jù)處理時(shí)用戶的設(shè)置與總線數(shù)據(jù)處理可以并行工作。    這兩個(gè)進(jìn)程并行運(yùn)行，處理進(jìn)程一直接收主進(jìn)程發(fā)送來的郵件并做相應(yīng)的處理。主進(jìn)程隨時(shí)接收子進(jìn)程發(fā)送來的處理信息定時(shí)在界面上顯示。4.4 輸出格式3種類型數(shù)據(jù)文件分別為：可供用戶閱讀且做進(jìn)一步處理的物理量文本文件；可供用戶閱讀且做進(jìn)一步處理的總線消息文本文件；可供用戶做進(jìn)一步處

16、理的物理量二進(jìn)制文件。4.5  1553B總線數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù) ICD數(shù)據(jù)庫(kù)的利用    接口控制數(shù)據(jù)文件（ICD）提供了總線數(shù)據(jù)的構(gòu)成和解釋，它定義了1553B 總線參數(shù)的名稱、類型、格式、校準(zhǔn)算法，參數(shù)（含開關(guān)量）的說明，還定義了1553B 總線數(shù)據(jù)塊的所有信息是1553B總線數(shù)據(jù)處理的重要依據(jù)，如何有效利用ICD文件，把ICD庫(kù)嵌入1553B總線數(shù)據(jù)處理軟件，從而提高軟件的方便性和可靠性，已成為1553B總線數(shù)據(jù)處理軟件的關(guān)鍵技術(shù)之一。    本軟件以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，把ICD文件分為總線數(shù)據(jù)描

17、述表和總線信息輔助表。    總線數(shù)據(jù)描述表按子系統(tǒng)劃分, 每個(gè)子系統(tǒng)分為5層表, 即:塊表、塊元素表、信號(hào)表、信號(hào)元素表、字段表。5層表之間由某一關(guān)鍵字段關(guān)聯(lián)?？偩€數(shù)據(jù)輔助表信息來源于總線地址通信表, 由于ICD文件中總線數(shù)據(jù)是用RT名和塊號(hào)描述的, 而總線上的消息字是用RT地址和子地址描述的, 因此為了使RT名與RT地址對(duì)應(yīng), 塊號(hào)與子地址對(duì)應(yīng), 必須建立使其對(duì)應(yīng)的表, 稱為輔助表。 消息塊參數(shù)的快速讀取    1553B總線數(shù)據(jù)參數(shù)多、速率高，使100%記錄的1553B總線數(shù)據(jù)量巨大。如何快速?gòu)拇罅康臄?shù)據(jù)中提取需要的數(shù)據(jù)，是15

18、53B總線數(shù)據(jù)處理軟件的關(guān)鍵技術(shù)之一。雖然總線數(shù)據(jù)中包括大量的各種格式的消息，然而，作為飛行試驗(yàn)來說，只關(guān)心其中應(yīng)用層的3種消息。因此，為了快捷而準(zhǔn)確地過濾出所關(guān)心的消息塊，必需設(shè)計(jì)一種高效的消息塊讀取函數(shù)，以完成消息塊的讀取與過濾。即從數(shù)據(jù)文件中，讀取一塊數(shù)據(jù)，剔除其中的無用字，最終輸出一個(gè)完整的1553B消息塊，然后對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行工程單位轉(zhuǎn)換，從而完成一個(gè)處理循環(huán)。其主要算法如圖5所示。 數(shù)據(jù)的時(shí)間同步與修正數(shù)據(jù)的時(shí)間同步對(duì)試飛數(shù)據(jù)處理有著重要的影響。1553B總線通信的異步性和航空電子系統(tǒng)的延時(shí)，使1553B總線數(shù)據(jù)的時(shí)間同步成為一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，它涉及航空電子系統(tǒng)本身、機(jī)載數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等多個(gè)環(huán)節(jié)。目前采取了對(duì)時(shí)間進(jìn)行修正的方法，滿足了數(shù)據(jù)處理要求。5 結(jié)束語(yǔ)    1553B總線數(shù)據(jù)的采集、記錄和處理，在現(xiàn)代飛機(jī)試飛中有著非常重要的作用，目前已廣泛應(yīng)用于各型號(hào)飛機(jī)試飛。1553B總線數(shù)據(jù)事后預(yù)處理軟件，既可以分析處理PCM化的1553B總線數(shù)據(jù)，也可以分析處理直接記錄的總線數(shù)據(jù)。事后處理