Устройство обеспечения летных испытаний перспективных комплексов бортового оборудования, построенных на принципах интегрированной модульной авионики

Авторы патента:

Полезная модель относится к средствам обеспечения летных испытаний бортового оборудования летательных аппаратов (ЛА), в частности, применимо в системах обеспечения летных испытаний пилотажно-навигационного оборудования ЛА в части регистрации информационных потоков бортовых систем и определения действительных значений траекторных параметров ЛА, а также для определения точностных характеристик систем его пилотажно-навигационного оборудования. Технический результат, на достижение которого направлено данная полезная модель состоит в расширении возможностей КБТИ в части регистрации информации бортовых систем по высокоскоростному интерфейсу ARINC-664 и увеличении точности определения траекторных параметров ЛА за счет использования фазовых измерений GPS и ГЛОНАСС, что необходимо для обеспечения летных испытаний перспективных комплексов бортового оборудования летательных аппаратов. Устройство обеспечения летных испытаний перспективных комплексов бортового оборудования, построенных на принципах интегрированной модульной авионики, состоящем из малогабаритного бортового блока комплекса бортовых траекторных измерений (КБТИ), содержит процессор, адаптеры ввода информации от бортовых систем с различными интерфейсами, флэш-накопитель для формирования базы данных, связанный с входом процессора приемник спутниковой навигационной системы (СНС) с антенной. В устройство встроен дополнительно адаптер ввода ARINC-664 для приема сигналов бортовых систем по высокоскоростной линии Ethernet и введено программно-математическое обеспечение в ПЭВМ для обработки процессором информационных потоков по интерфейсу ARINC-664. Приемник СНС выполнен с возможностью обрабатывать кодовые и фазовые сигналы навигационных спутников GPS и ГЛОНАСС. В устройстве также установлены адаптеры ввода информации в форматах ARINC-429 (РТМ 1495-75 с изменением 3), MIL-STD-1553B (отечественный аналог этого стандарта - ГОСТ 26765.52-87), RS-232 для регистрации параметров систем бортового оборудования, не использующих формат ARINC-664. Для получения траекторных параметров ЛА используется наземная базовая контрольная станция, содержащая связанные приемник СНС с антенной и ПЭВМ со специализированным программно-математическим обеспечением (ПМО), производящим формирование данных дифференциального режима СНС в послеполетной обработке материалов летных испытаний ЛА.

Известен патент FR 2868567 02.04.2004 г. «Systeme de simulation et de test d'au moins un equipment sur un reseau AFDX» (Система имитации и тестирующее устройство для оборудования, входящего в сеть AFDX), в котором рассматривается устройство, предназначенное для тестирования и наземных испытаний систем, осуществляющих взаимодействие между собой по высокоскоростной сети AFDX. Однако устройство не предназначено для обеспечения летных испытаний в части регистрации параметров бортовых систем и оценивания погрешностей определения навигационных параметров.

Известно средство (комплекс бортовых траекторных измерений - КБТИ) обеспечения летных испытаний бортового оборудования ЛА, патент РФ 2116666, выполняющего роль регистратора параметров испытываемых бортовых систем по интерфейсам ARINC-429, MIL-STD-1553 В, RS-232 и устройства определения траекторных параметров ЛА в процессе летных испытаний на основе сигналов от космических аппаратов глобальных навигационных спутниковых систем.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности регистрации информационных потоков с высокой скоростью передачи данных по интерфейсу Avionics Full Duplex Switched Network (Ethernet/AFDX) или ARINC-664, который внедряется на перспективных летательных аппаратах. Другим недостатком устройства является использование только кодовых измерений СНС и только от навигационных спутников GPS, в то время, как обработка фазовых измерений спутников GPS и ГЛОНАСС позволяет на порядок снизить погрешность определения траекторных параметров.

Технический результат, на достижение которого направлено данная полезная модель, состоит в расширении возможностей КБТИ в части регистрации информации бортовых систем по высокоскоростному интерфейсу ARINC-664 и увеличении точности определения траекторных параметров ЛА за счет использования фазовых измерений GPS и ГЛОНАСС, что необходимо для обеспечения летных испытаний перспективных комплексов бортового оборудования летательных аппаратов.

Существенные признаки.

Для достижения технического результата полезной модели в устройство обеспечения летных испытаний перспективных комплексов бортового оборудования, построенных на принципах интегрированной модульной авионики, состоящим из малогабаритного бортового блока комплекса бортовых траекторных измерений (КБТИ), содержащего процессор, адаптеры ввода информации от бортовых систем с различными интерфейсами, флэш-накопитель для формирования базы данных, связанный с входом процессора приемник спутниковой навигационной системы (СНС) с антенной; наземной базовой контрольной станции (БКС), содержащей связанные приемник СНС с антенной и ПЭВМ со специализированным программно-математическим обеспечением (ПМО), производящим формирование данных дифференциального режима СНС в послеполетной обработке материалов летных испытаний ЛА, дополнительно в бортовой блок КБТИ встроен адаптер ввода ARINC-664 для приема сигналов бортовых систем по высокоскоростной линии Ethernet и дополнительно введено программно-математическое обеспечение в КБТИ для обработки процессором информационных потоков по интерфейсу ARINC-664.

Кроме того, в бортовом блоке КБТИ и БКС установлены приемники СНС, выполненные с возможностью обрабатывать кодовые и фазовые сигналы навигационных спутников GPS и ГЛОНАСС.

В устройстве также установлены адаптеры ввода информации в форматах ARINC-429 (РТМ 1495-75 с изменением 3), MIL-STD-1553B (отечественный аналог этого стандарта - ГОСТ 26765.52-87), RS-232 для регистрации параметров систем бортового оборудования, не использующих формат ARINC-664.

Таким образом, данная полезная модель состоит в расширении возможностей КБТИ в части регистрации информации бортовых систем по высокоскоростному интерфейсу ARINC-664 и увеличении точности определения траекторных параметров ЛА за счет использования фазовых измерений GPS и ГЛОНАСС, что необходимо для обеспечения летных испытаний перспективных комплексов бортового оборудования летательных аппаратов.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.

На фиг.1 показано размещение предлагаемого устройства для регистрации информации во время полета.

На фиг.2 показано сопряжение процессора КБТИ с системами бортового оборудования.

На фиг.3 показана схема послеполетной обработки материалов летных испытаний.

Устройство обеспечения летных испытаний перспективных комплексов бортового оборудования, построенных на принципах интегрированной модульной авионики (фиг.1-3), состоит из малогабаритного бортового блока комплекса бортовых траекторных измерений (КБТИ) 3, содержащего процессор 6, адаптеры ввода информации от бортовых систем с различными интерфейсами адаптер ARINC-664 13, адаптер ARINC-429 14, адаптер MEL-STD-1553B 15, адаптер RS-232 16, флэш-накопитель для формирования базы данных 7, связанный с входом процессора приемник спутниковой навигационной системы (СНС) 4 с антенной 5; наземной базовой контрольной станции 8, содержащей связанные приемник СНС 9 с антенной 10 и ПЭВМ 11 со специализированным программно-математическим обеспечением (ПМО), производящим формирование данных дифференциального режима СНС в послеполетной обработке материалов летных испытаний ЛА 1. Приемники СНС 4, 9 выполнены с возможностью обрабатывать кодовые и фазовые сигналы навигационных спутников GPS и ГЛОНАСС 12.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. На время летных испытаний (фиг.1) на борту ЛА 1 с испытываемым интегрированным комплексом бортового оборудования, построенном на принципах интегральной модульной авионики (ИКБО-ИМА) 2 устанавливается блок КБТИ 3. На аэродроме, где проводятся летные испытания, устанавливается базовая контрольная станция (БКС) 8. Во время испытательных полетов ЛА приемник СНС 9 с помощью связанной с ним антенной СНС 10 принимает кодовые и фазовые сигналы навигационных спутников ГЛОНАСС и GPS 12, которые накапливаются в базе данных в ПЭВМ 11. Кроме приема сигналов систем бортового оборудования 17 по интерфейсу AFDX с помощью адаптера ARINC-664 13, блок КБТИ 3 способен принимать сигналы бортовых систем 17 по интерфейсам ARINC-429 14, MIL-STD-1553B 15, RS-232 16 (фиг.2). Принятые сигналы поступают в процессор 6 на обработку и регистрируются в базе данных КБТИ 7. В темпе полета происходит получение физических значений параметров бортовых систем в процессоре 6, вычисление по ним расчетных параметров. Регистрация информации в базе данных 7 осуществляется блоками по командам процессора 6, управляемым специализированным программно-математическим обеспечением. Состав каждого блока наряду с расчетными может включать параметры одной или нескольких бортовых систем. Частота регистрации каждого блока определяется специализированным программно-математическим обеспечением и может варьироваться в широких пределах. Синхронизация параметров бортовых систем и траекторных параметров происходит в КБТИ на аппаратно-программном уровне. В полете в блоке КБТИ формируются текущие значения Гринвичского времени, которые регистрируются вместе с каждым блоком параметров. Приведение параметров к единому временному фронту выполняется с помощью линейной интерполяции. Погрешность синхронизации не превышает величин порядка 10^-3 с.

В перспективных интегрированных комплексах бортового оборудования ЛА сеть AFDX выбрана в качестве основного бортового интерфейса, она соединит систему самолетовождения, средства индикации и сигнализации и другие компоненты бортового оборудования. В отличие от традиционной сети Ethernet сеть AFDX дублирована. В сети AFDX на транспортном уровне используется протокол UDP (User Datagram Protocol) из-за его относительной эффективности. По сравнению с существующими связями ARINC-429 применение сети AFDX дает следующие преимущества: увеличивается пропускная способность, повышается гибкость в архитектуре авионики, уменьшается количество проводов.

КБТИ при регистрации данных AFDX выполняет функцию принимающей оконечной системы, подключенной к одному из портов коммутатора сети AFDX. КБТИ производит прием данных по интерфейсу AFDX на скорости до 100 Мбит/сек. Для организации регистрации в КБТИ данных AFDX учитывается следующая информация:

- перечень бортовых систем, данные которых предполагается регистрировать в КБТИ с идентификаторами их оконечных систем, разделов, номеров портов UDP и идентификаторов виртуальных каналов используемых для передачи параметров систем;

- перечень параметров регистрации по каждой бортовой системе, тип данных каждого параметра;

- описание структур сообщений используемых для передачи параметров (адресация внутри сообщения байтов функционального статуса, наборов данных и т.д.).

Для обеспечения регистрации данных, поступающих в КБТИ по сети AFDX в системной части ПМО КБТИ решаются следующие задачи:

- прием фрейма AFDX;

- проверка правильности приема данных фрейма контрольным суммированием;

- распаковка заголовков стека протоколов;

- определение идентификатора оконечной системы источника, раздела источника, номера UDP порта источника и идентификатора виртуального канала передачи сообщения;

- выделение из сообщения данных, предназначенных для регистрации.

Специализированное программно-математическое обеспечение фиксирует Гринвичское время (UTC) момента поступления блока и осуществляет запись блока данных с соответствующей меткой времени UTC в базу данных с заданным интервалом. Структура блоков данных, формат данных и масштабные коэффициенты определяются в комплексе с помощью служебных текстовых файлов.

Аппаратура КБТИ подготовлена для наземных и летных испытаний перспективных комплексов бортового оборудования, построенных на принципах интегрированной модульной авионики и использующих высокоскоростной сетевой интерфейс AFDX.

Обработка материалов летных испытаний, накопленных в КБТИ, происходит после полета (фиг.3). Сформированная в полете база данных КБТИ 7 совместно с базой данных БКС 18 поступают на обработку в ПЭВМ 19 со специализированным ПМО. В ПЭВМ с использованием кодовых и фазовых измерений навигационных спутников ГЛОНАСС и GPS 12 вычисляются данные дифференциального режима 20 СНС, включающие в себя Гринвичское время, координаты ЛА (широту, долготу, высоту), три составляющие вектора скорости ЛА. Данные дифференциального режима СНС используются для оценивания погрешностей навигационных параметров систем ИКБО-ИМА 21.

1. Устройство обеспечения летных испытаний перспективных комплексов бортового оборудования, построенных на принципах интегрированной модульной авионики, состоящее из малогабаритного бортового блока комплекса бортовых траекторных измерений (КБТИ), содержащего процессор, адаптеры ввода информации от бортовых систем с различными интерфейсами, флэш-накопитель для формирования базы данных, связанный с входом процессора приемник спутниковой навигационной системы (СНС), антенну СНС; наземной базовой контрольной станции (БКС), содержащей последовательно связанные антенну СНС, приемник СНС и ПЭВМ со специализированным программно-математическим обеспечением (ПМО), производящим формирование данных дифференциального режима СНС в послеполетной обработке материалов летных испытаний летательного аппарата (ЛА), отличающееся тем, что дополнительно в бортовой блок КБТИ встроен адаптер ввода ARINC-664 для приема сигналов бортовых систем по высокоскоростной линии Ethernet и введено программно-математическое обеспечение в ПЭВМ для обработки процессором информационных потоков по интерфейсу ARINC-664.

2. Устройство обеспечения летных испытаний перспективных комплексов бортового оборудования, построенных на принципах интегрированной модульной авионики по п.1, отличающееся тем, что в бортовом блоке КБТИ и БКС установлены приемники СНС, выполненные с возможностью обрабатывать кодовые и фазовые сигналы навигационных спутников GPS и ГЛОНАСС.

3. Устройство обеспечения летных испытаний перспективных комплексов бортового оборудования, построенных на принципах интегрированной модульной авионики по п.1, отличающееся тем, что в устройстве также установлены адаптеры ввода информации в форматах ARINC-429 (РТМ 1495-75 с изменением 3), MIL-STD-1553B (отечественный аналог этого стандарта - ГОСТ 26765.52-87), RS-232 для регистрации параметров систем бортового оборудования, не использующих формат ARINC-664.