Система послеполетной обработки высокочастотных динамических процессов, полученных при летных и сертификационных испытаниях авиационной техники

Предлагаемая полезная модель относится к области измерительной испытательной техники, а именно, к системам цифровых вычислений высокочастотных динамических процессов и может быть использована при автоматической оценке состояния летательных аппаратов (ЛА). Технический результат при использовании системы исследования высокочастотных динамических процессов, реализующей способ обработки и анализа экспериментальных данных, зарегистрированных при проведении летных испытаний (ЛИ) летательных аппаратов (ЛА), заключается в введении комплексной автоматизации и гибкости обработки больших объемов полетной информации, включающей широкий набор данных по единому заданию, в многопользовательском режиме. Система включает бортовые системы сбора полетных данных, связанный с ними твердотельный накопитель, автоматизированные рабочие места (АРМ) с процессорами, дисплеями и блоками документирования, соответственно подключенные к сетевому коммутатору, в систему введены файл-сервер, сетевые дисковые хранилища (СХД) с тремя базами данных: базой полетов, базой обработки, в которых применена иерархическая модель данных для повышения скорости обработки, нормативной базой, в которой применена реляционная модель данных, и взаимосвязанные с сетевым коммутатором. Файл - сервер выполнен с блоками организации пакетного режима обработки и организации многопользовательского режима обработки для нескольких АРМ, блоками математических моделей, построенных для различных этапов режимов обработки и анализа данных и взаимосвязанной с ними системой управления базами данных (СУБД), а твердотельный накопитель данных связан с входом АРМ. При этом файл-сервер содержит блоки математических моделей (ММ) обработки сигналов для проведения первичной диагностики и экспресс-анализа, типовой (вторичной) обработки результатов измерений, блок ММ дополнительных видов обработки, блок ММ обобщения результатов типовой обработки параметров ЛА, блок сравнения с нормативами, выполненные для последовательного проведения первичного экспресс-анализа данных с привязкой к профилю полета, отбора участков данных для типовой обработки, анализа участков на стационарность, вторичной типовой обработки, анализа информации и проведения дополнительных видов анализа: вычисления взаимных характеристик, обобщения по набору определенных критериев: по типам воздушных судов, по режимам полета, динамическим зонам ЛА, на любом временном периоде по нормативным требованиям к динамическим параметрам ЛА.

Предлагаемая полезная модель относится к области измерительной испытательной техники, а именно, к системам цифровых вычислений высокочастотных динамических процессов и может быть использована при автоматической оценке состояния летательных аппаратов (ЛА).

Уровень техники.

Известна система обработки сигналов (см. патент РФ 2326359), которая служит для выделения полезных сигналов из воспроизводимого вибрационного процесса и последующего измерения характеристик этих сигналов. В системе обработки сигналов виброиспытательного комплекса содержатся измерительный канал и последовательно соединенные каскад стробирования и частотный фильтр, формирователь апериодических колебаний, магнитный регистратор, импульсный генератор, измеритель амплитуды сигнала, анализатор спектра, запоминающее устройство, коммутатор, сглаживающий фильтр, самописец, что дает возможность выделения полезных сигналов из широкополосного случайного процесса.

Однако данная система решает узкий круг задач, ограничена по набору функциональных возможностей и не обеспечивает обработку динамических процессов летных испытаний в большом объеме.

Близкой по совокупности признаков к предлагаемой полезной модели является система обработки многопоточной информации экспериментальных полетных данных (см. 24-th International Congress of Aeronautical sciences, 29 august-03 september 2004, Yokohama, Japan - "Multiple stream PCM data handling system for processing of flight test data from modern prototype helicopters", Krishnamurthi Venkataraman, Bangalore, India). Система имеет модульную реконфигурируемую архитектуру, т.е. состоит из ограниченного набора функционально и конструктивно законченных устройств (модулей), состав и программное наполнение которых могут быть адаптированы к решаемым вычислительным задачам, что создает условия для модернизации системы. Однако эта система основана на устаревших аппаратных средствах и не может выполнять потоковую обработку больших объемов полетных данных.

Технический результат при использовании системы исследования высокочастотных динамических процессов, реализующей способ обработки и анализа экспериментальных данных, зарегистрированных при проведении летных испытаний (ЛИ) летательных аппаратов (ЛА), заключается в введении комплексной автоматизации и гибкости обработки больших объемов полетной информации, включающей широкий набор данных по единому заданию, в многопользовательском режиме.

Существенные признаки.

В предлагаемой системе послеполетной обработки высокочастотных динамических процессов, полученных при летных и сертификационных испытаниях авиационной техники, включающей бортовые системы сбора полетных данных, связанный с ними накопитель, автоматизированные рабочие места (АРМ) с процессорами, дисплеями и блоками документирования, соответственно подключенные к сетевому коммутатору, в систему введены файл-сервер, сетевые дисковые хранилища (СХД) с тремя базами данных: базой полетов, базой обработки, в которых применена иерархическая модель данных для повышения скорости обработки, нормативной базой, в которой применена реляционная модель данных, и взаимосвязанные с сетевым коммутатором. Файл-сервер выполнен с блоками организации пакетного режима обработки и организации многопользовательского режима обработки для нескольких АРМ, блоками математических моделей, построенных для различных этапов режимов обработки и анализа данных и взаимосвязанной с ними системой управления базами данных (СУБД), а твердотельный накопитель данных связан с входом АРМ.

При этом файл-сервер содержит блоки математических моделей (ММ) обработки сигналов для проведения первичной диагностики и экспресс-анализа, типовой (вторичной) обработки результатов измерений, блок ММ дополнительных видов обработки, блок ММ обобщения результатов типовой обработки параметров ЛА, блок сравнения с нормативами, выполненные для последовательного проведения первичного экспресс-анализа данных с привязкой к профилю полета, отбора участков данных для типовой обработки, анализа участков на стационарность, вторичной типовой обработки, анализа информации и проведения дополнительных видов анализа: вычисления взаимных характеристик, обобщения по набору определенных критериев: по типам воздушных судов, по режимам полета, динамическим зонам ЛА, на любом временном периоде по нормативным требованиям к динамическим параметрам ЛА.

Таким образом, технический результат достигается за счет того, что блок организации пакетного режима обработки в одном задании обрабатывает несколько параметров, что сокращает время обработки, а блок организации многопользовательского режима обработки АРМ, организует параллельную обработку полета на множестве АРМ, что значительно сокращает время обработки.

Ввод в систему блока базы данных полетов обеспечивает возможность сохранения информации полетов за длительный срок и обеспечивает ретроспективный анализ для повышения качества обработки.

Иерархическая модель данных повышает удобство работы пользователя при обработке полетов, наглядность, скорость обработки, скорость доступа к большим объемам данных в отличие от реляционной модели базы данных нормативов, не требующих большого быстродействия и работающих с небольшими объемами.

Размещение в файл-сервере блоков математических моделей обеспечивает упрощение модификации и гибкость системы.

Полезная модель иллюстрируется графическими изображениями, на которых показаны:

на фиг. 1 приведена структурная схема системы послеполетной обработки;

на фиг. 2 в качестве примера приведена распечатка графика зависимости вибрационных нагрузок от частоты, измеренных на перегородке в зоне установки двигателя и сравнение с допустимым уровнем.

Система послеполетной обработки высокочастотных динамических процессов (см. фиг. 1), зарегистрированных при летных испытаниях летательных аппаратов, содержит бортовые системы сбора и регистрации полетных данных 1, автоматизированные рабочие места 2 (АРМ) с процессорами 3 и дисплеями 4 и блоками документирования 5, соответственно, подключенные к сетевому коммутатору 15, файл - сервер 6, сетевые дисковые хранилища (СХД) 7 с тремя базами данных: базой полетов 8, базой обработки 9, в которых применена иерархическая модель данных для повышения скорости обработки, нормативной базой 10, в которой применена реляционная модель данных, и взаимосвязанными с сетевым коммутатором 15. Сетевые дисковые хранилища (СХД) 7 представляют собой сетевые системы хранения данных СХД с общим объемом памяти 10Тб (10×1000Гб) в виде избыточного пакета дисков RAID 0 (RAID - Redundant Array of Independent Disk или Redundant Array of Expensive Disk - матрица независимых дисков с избыточностью, при этом под избыточностью подразумевается резервирование и дублирование данных). В зависимости от уровня RAID предоставляются различные способы объединения дисков в массив. RAID 0 - обеспечивает распределение блоков данных по нескольким дискам и предназначен для хранения больших объемов данных, не умещающихся на одном диске. Если этот уровень не обеспечивает избыточности, то при использовании этого массива диски просто объединяют в цепочку. Емкость массива равна суммарной емкости всех дисков, объединяющих массив. Наряду с вышеперечисленными преимуществами, он обеспечивает самый скоростной режим работы дисковых массивов.

Файл-сервер 6 выполнен с блоками организации пакетного режима обработки 11 и организации многопользовательского режима обработки 12 для нескольких АРМ 2, блоками математических моделей блок экспресс-анализа 16, блок типовой (вторичной) обработки результатов измерений 17, блок дополнительных видов обработки 18, блок обобщения результатов типовой обработки 19, блок сравнения с нормативами 20, построенных для различных этапов обработки и анализа данных и взаимосвязанной с ними системой управления базами данных (СУБД) 13. Выход твердотельный накопителя данных 14 связан с входом АРМ 2, а вход - с выходом бортовых систем сбора и регистрацию полетных данных 1.

При этом файл-сервер 6 содержит блоки математических моделей ММ обработки сигналов 16 для диагностики и экспресс-анализа, типовой (вторичной) обработки результатов измерений 17, блок ММ дополнительных видов обработки 18, блок ММ обобщения результатов типовой обработки параметров ЛА 19, блок сравнения с нормативами 20, выполненные для последовательного проведения первичного экспресс-анализа данных с привязкой к профилю полета, отбора участков данных для типовой обработки, анализа участков на стационарность, вторичной типовой обработки, анализа информации и проведения дополнительных видов анализа: вычисления взаимных характеристик, обобщения по набору определенных критериев: по типам воздушных судов, по режимам полета, динамическим зонам ЛА, на любом временном периоде по нормативным требованиям к динамическим параметрам ЛА.

Система функционирует на базе ОС Windows XP, Windows Vista, Windows 7), обеспечивает массовую обработку анализ и обобщение больших объемов измерительной информации, имеет дружественный интерфейс, использует интерактивный режим работы. Большие вычислительные мощности и технологические решения облегчают выполнение рутинных повторяющихся задач, позволяя управлять сложными режимами исследований.

Отчетные документы и результаты обработки формируются в электронном виде (для передачи в корпоративную локальную сеть) на основе использования безбумажной технологии (Green Paper).

Работа предлагаемой системы обработки полетной информации состоит в следующем.

Система обеспечивает: обработку полетной информации, накопленной бортовыми системами сбора и регистрации полетных данных 1, полученной с различных источников - систем сбора данных (типа КАМ-500 фирмы Асrа Control) на твердотельных накопителях 14, оперативное отражение результатов обработки на экране дисплея 4 АРМ 2, документирование результатов обработки в блоке 5. При этом оператор формирует состав задач обработки на АРМ 2, вызываемых из СУБД 13 в АРМ 2, путем организации пакетного режима с помощью блока обработки 11 и организации многопользовательского режима обработки блока 12 для нескольких АРМ 2. В процессе обработки блок экспресс-анализа 16 выполняет оценку достоверности и качества информации, полученной при проведении натурных работ, систематизацию и синхронизацию экспериментальных данных из отдельных режимов и полетов по заданным признакам и формирует в базе полетов 8:

- графики (t) - вибрационные годографы, отображающие динамику вибрационного процесса в точках измерения и позволяющие исследователю определять состояние каналов сбора данных на предмет их неработоспособности или работоспособности, графики изменения по времени текущих значений амплитуд виброускорения в точках измерения.

- данные статистики в табличном виде: список точек измерения; достигнутый максимум (t) во время всего испытательного полета (максимум вибрационного процесса); минимальное и максимальное значение АЦП (в вольтах), заданное бортовому регистратору; минимальные и максимальные значения (в вольтах), зафиксированные по всем точкам измерения во время всего испытательного полета (от взлета до посадки ЛА), распределенные по классам ЛА, по полетным режимам, по натурным работам, по объектам.

Блок типовой (вторичной) обработки результатов измерений 17 вычисляет ряд характеристик, определенных нормативными документами, необходимыми для представления вибрационной картины на объекте испытания (на планере или в местах размещения бортового оборудования). В результате типовой обработки в базе обработки 9 сохраняются в рамках спектрального анализа амплитудный спектр, спектральная плотность мощности, нормированная спектральная функция, оценки плотности распределения вероятности (в виде гистограммы), нормированной функции корреляции, математического ожидания, дисперсии, среднекваратичного отклонения (СКО), асимметрии для характеристики "скошенности" распределения, эксцесса, характеризующего "крутость" (островершинность или плосковершинность) распределения. При этом применяются методы цифровой фильтрации в виде широкополосных фильтров (фильтра нижних частот, верхних частот, полосового и режекторного фильтров).

Блок дополнительных видов обработки 18 определяет и сохраняет в базе обработки 9 взаимные характеристики, автокорреляции, взаимные корреляции, синфазные и квадратурные составляющие, фазу и модуль, передаточную функцию, функцию когерентности, октавный, третьоктавный спектры, полиномиальную регрессию.

Блок обобщения результатов типовой обработки 19 обобщает результаты обработки параметров ЛА, подвергнутых спектральному анализу в соответствии с заданными критериями (по динамическим зонам, в заданной полосе частот, по полетным режимам, за конкретный период) 21 и запоминает в базе обработки 9 средний спектр плотности мощности, (см. фиг.2), обобщенную огибающую спектров плотности мощности (огибающую максимальных уровней спектральных плотностей мощностей) 22, коэффициент вариации (оценку вероятности превышения спектральной плотности мощности максимальных значений), СКО на дискретных частотах в выбранной полосе.

Блок сравнения с нормативами 20 сопоставляет с нормативными данными, включенными в документ, например, Международный документ - стандарт RTCA/ДО-160F, D, раздел 7, нормативной базы 10. Обобщенную огибающую спектров плотности мощности и СКО после сопоставления с нормами документируют в блоке 5.

1. Система послеполетной обработки высокочастотных динамических процессов, полученных при летных и сертификационных испытаниях авиационной техники, включающая бортовые системы сбора полетных данных, связанный с ними накопитель, автоматизированные рабочие места (АРМ) с процессорами, дисплеями и блоками документирования, соответственно подключенные к сетевому коммутатору, отличающаяся тем, что в систему введены файл-сервер, сетевые дисковые хранилища (СХД) с тремя базами данных: базой полетов, базой обработки, в которых применена иерархическая модель данных для повышения скорости обработки, нормативной базой, в которой применена реляционная модель данных, и взаимосвязанные с сетевым коммутатором; файл-сервер выполнен с блоками организации пакетного режима обработки и организации многопользовательского режима обработки для нескольких АРМ, блоками математических моделей, построенных для различных этапов режимов обработки и анализа данных, и взаимосвязанной с ними системой управления базами данных (СУБД), а твердотельный накопитель данных связан с входом АРМ.

2. Система послеполетной обработки высокочастотных динамических процессов, полученных при летных и сертификационных испытаниях авиационной техники, по п.1, отличающаяся тем, что файл-сервер содержит блоки математических моделей (ММ) обработки сигналов для диагностики и экспресс-анализа, типовой (вторичной) обработки результатов измерений, блок ММ дополнительных видов обработки, блок ММ обобщения результатов типовой обработки параметров ЛА, блок сравнения с нормативами, выполненные для последовательного проведения первичного экспресс-анализа данных с привязкой к профилю полета, отбора участков данных для типовой обработки, анализа участков на стационарность, вторичной типовой обработки, анализа информации и проведения дополнительных видов анализа: вычисления взаимных характеристик, обобщения по набору определенных критериев: по типам воздушных судов, по режимам полета, динамическим зонам ЛА, на любом временном периоде по нормативным требованиям к динамическим параметрам ЛА.