Бортовая система регистрации полетных данных
Использование: в вычислительной технике для регистрации и контроля входных параметров, а именно параметров полета летательного аппарата. Сущность изобретения: бортовая система регистрации полетных данных содержит блок 1 датчиков полетных параметров, коммутаторы 2, 3, и 4, аналого-цифровой преобразователь 5 и преобразователь частоты в код 6, выходной регистр 7, генератор импульсов 8, делитель частоты 9, счетчик 10, блок 11 памяти, контроллер сопряжения 12, микропроцессорное устройство 15 прямого доступа к памяти. Цель изобретения - повышение достоверности информации и сокращение времени обработки. 11 ил.
Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для регистрации и контроля входных параметров, а именно, параметров полета летательного аппарата.
Известно бортовое устройство регистрации полетных данных, содержащее блок сбора полетной информации, блок установки служебных параметров и защищенной бортовой накопитель [1] Недостатком известного устройства регистрации полетных данных является снижение достоверности регистрируемой информации за счет ее потери при перезаписи на переносную кассету, увеличение времени обработки за счет перезаписи информации и организации последовательного доступа к ней при наземной обработке полетных данных. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является бортовое устройство регистрации полетных данных, содержащее блок датчиков полетных параметров, состоящий из информационных комплексов курса и вертикали и высотно-скоростных параметров, датчиков силовой установки, навигационного комплекса, системы автоматического управления, системы управления вооружением, датчиков топливной и гидросистемы, первый, второй и третий коммутаторы, первый и второй преобразователи, выходной регистр, схему формирования кода текущего времени, генератор импульсов, делитель частоты, счетчик, устройство записи и накопитель на магнитной ленте, причем первая, вторая и третья группы полетных параметров соединены с первыми группами входов соответственно первого, второго и третьего коммутаторов, вторые входы которых объединены и соединены с первыми выходом счетчика, выходы первого и второго коммутаторов соединены соответственно со входами первого и второго преобразователей, группы выходов которых соединены соответственно с первой и второй группами входов выходного регистра, третий вход которого соединен с выходом третьего коммутатора, выход генератора импульсов соединен со входом делителя частоты, выход которого соединен со входом схемы формирования кода текущего времени, группа выходов которой соединена с четвертой группой входов выходного регистра, группа выходов которого соединена через устройство записи с группой входов накопителя на магнитной ленте [2] Недостатком данного устройства регистрации полетных данных является снижение достоверности регистрируемой информации за счет потери ее части при перезаписи на переносную кассету, увеличение времени обработки и ее усложнение за счет перезаписи информации и организации последовательного доступа к ней. Цель изобретения повышение достоверности информации и сокращение времени ее обработки. Указанная цель достигается тем, что в бортовое устройство регистрации полетных данных, содержащее блок датчиков полетных параметров, первый, второй и третий коммутаторы, первый и второй преобразователи, выходной регистр, генератор импульсов, делитель частоты, счетчик, причем первая, вторая и третья группа выходов блока датчиков полетных параметров соединена с первыми группами входов соответственно первого, второго и третьего коммутаторов, вторые входы которых соединены с первым, вторым и третьим выходами счетчика, третьи входы первого и второго коммутаторов соединены с шиной приведения к нулю, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго преобразователей, группы выходов преобразователей соединены с первой и второй группой входов выходного регистра, третий вход которого соединен с выходом третьего коммутатора, выход генератора импульсов соединен через делитель частоты со входом счетчика, дополнительно введены блок памяти, контроллер, микропроцессорное устройство, линия задержки и устройство прямого доступа к памяти, первая группа входов которого соединена с группой выходов выходного регистра, второй вход через линию задержки соединен с выходом делителя, первая и вторая группы выходов соединены соответственно с первой и второй группами входов микропроцессорного устройства, а третья и четвертая группы входов соответственно с первой и четвертой группами выходов микропроцессорного устройства, вторая и третья группы выходов которого соединены соответственно с первой и второй группами входов контроллера, первая и вторая группы выходов которого соединены соответственно с первой и второй группами входов блока памяти. Новыми признаками, обладающими существенными отличиями, являются новые связи между новыми и известными признаками, т.е. новая схема устройства. Данные признаки обладают существенными отличиями, т.к. в известных технических решениях не обнаружены. Применение всех новых признаков позволяет повысить достоверность информации за счет накопления информации в бортовом энергонезависимом магнитном оперативном запоминающем устройстве, исключающего потери информации при ее перезаписи на промежуточный носитель, и сократить время обработки за счет организации хранения информации с произвольным доступом к ней и выполнения вычислительных и логических операций по межполетному контролю непосредственно на борту летательного аппарата. На фиг.1 изображена блок-схема бортовой регистрации полетных данных; на фиг.2 блок-схема выходного регистра 7; на фиг.3 структуры следующих массивов информации, хранящихся в формируемых соответственно в постоянной и оперативной памяти микропроцессорного устройства 13: а) массив элементарных условий М1; б) массив адресов бинарных сигналов (БС) и разовых команд (РК) - М2; в) массив существования летно-эксплуатационных ограничений (ЛЭО) М3; г) массив состояния элементарных условий М4; д) массив текущего состояния ЛЭО - М5; е) массив-протокол ЛЭО М6; ж) массив аналоговых параметров М7; з) массив БС и РК М8; и) массив текущего состояния БС и РК М9; к) массив-протокол РК и БС М10; л) массив указателей М11; на фиг.4 общая структура алгоритма; на фиг. 5 и 6 блок-схема инициализации данных; на фиг.7 блок-схема формирования блока данных (массивов М7 и М8); на фиг.8 блок-схема анализа элементарных условий; на фиг. 9 блок-схема анализа БС и РК; на фиг.10 и 11 блок-схема анализа нарушений ЛЭО и идентификации событий полета. Бортовая система регистрации полетных данных содержит блок 1 датчиков полетных параметров, первый 2, второй 3 и третий 4 коммутаторы, аналого-цифровой преобразователь 5 и преобразователь 6 частоты в код, выходной регистр 7, генератор 8 импульсов, делитель 9 частоты, счетчик 10, причем первая, вторая и третья группы выходов блока 1 датчиков полетных параметров соединены с первыми группами входов соответственно первого 2, второго 3 и третьего 4 коммутаторов, вторые входы которых соединены с первым, вторым и третьим выходами счетчика 10, третьи входы первого 2 и второго 3 коммутаторов соединены с шиной приведения к нулю, выходы первого 2 и второго 3 коммутаторов соединены соответственно с первыми входами преобразователей 5 и 6, группы выходов преобразователей соединены соответственно с первой и второй группой входов выходного регистра 7, третий вход которого соединен с выходом третьего коммутатора 4, выход генератора 8 импульсов через делитель 9 частоты соединен с входом счетчика 10 и имеет блок 11 памяти, контроллер сопряжения 12, микропроцессорное устройство 13, линию 14 задержки и устройство 15 доступа к памяти, первая группа входов которого соединена с группой выходов выходного регистра 7, второй вход через линию 14 задержки соединен с входом делителя 9 частоты, первая и вторая группы выходов соединены соответственно с первой и второй группами входов микропроцессорного устройства 13, а третья и четвертая группы соответственно с первой и четвертой группами входов микропроцессорного устройства 13, вторая и третья группы выходов которого соединены соответственно с первой и второй группами контроллера 12, первая и вторая группы выходов которого соединены соответственно с первой и второй группами входов блока 11 памяти. Блок 1 датчиков полетных параметров известен и состоит из информационных комплексов курса и вертикали и высотно-скоростных параметров, датчиков силовой установки, навигационного комплекса, системы автоматического управления, системы управления вооружением, датчиков топливной и гидросистем. Выходы датчиков объединены в три группы выходов блока 1 датчиков. Первую группу образуют выходы датчиков, выходными параметрами которых является напряжение постоянного тока, вторую группу выходы датчиков, выходными параметрами которых является напряжение тока переменной частоты, третью группу бинарные сигналы. Первый 2, второй 3 и третий 4 коммутаторы представляют собой интегральные сборки мультиплексоров, обеспечивающие соединение определенного входа полетного параметра в первой группе входов коммутаторов с их выходами согласно адресу параметра, поступающему в виде цифрового кода на вторые входы коммутаторов. Преобразователь 5 известен как аналого-цифровой преобразователь. Преобразователь 6 представляет собой последовательно соединенные преобразователи типа "частота-напряжение" и напряжение-код" и служит для преобразования параметра, характеризуемого частотой, в цифровой код. Выходной регистр 7 двоичный регистр, предназначенный для временного хранения двоичного кода аналогового параметра и одного бита бинарного сигнала. Пример технического решения блока 7 приведен на фиг.2. С выхода преобразователей 5 и 6 коды аналоговых сигналов через первый и второй входы регистра 7 поступают на первые и вторые входы схемы ИЛИ 16, выход которой соединен с первой группой входов схемы ИЛИ 17, на второй вход которой через третий вход регистра 7 поступает бинарный сигнал (N 1 бит информации). Выход схемы ИЛИ 17 через группу входов регистра 18 соединен с выходом регистра 7, четвертый вход которого соединен со входом регистра 18. Именно этот вход регистра является входом для сигнала синхронизации регистра 7. Он может быть получен, например, путем подачи сигнала с выхода линии 14 задержки. Система работает следующим образом. С выхода преобразователей 5 и 6 коды аналоговых сигналов в непересекающиеся во времени интервалы, выбранные коммутаторами 2 или 3, поступают на один из входов схемы ИЛИ 16, объединяются с бинарным сигналом схемой ИЛИ 17 и в момент появления синхронизирующего сигнала объединенный код записывается в регистр 18. Оба коммутатора 2 и 3 имеют идентичное исполнение и работают в "противофазе". В то время, когда один из них осуществляет передачу одного из сигналов с выхода блока 1 датчиков полетных параметров, другой коммутатор аналогичный вход использует для обнуления своего преобразователя. Для этого используемые для передачи сигналов входы коммутаторов объединены в их вторые входы, которые соединены с шиной приведения к нулю, приводящего к появлению на выходе преобразователя нулевого кода. Генератор 8 импульсов, делитель 8 частоты и счетчик 10 известные микросхемы. Блок 11 памяти представляет собой энергонезависимое запоминающее устройство на цилиндрических магнитных доменах. Оно включает в себя магнитные модули, формирователи токов и усилители считывания. Первая группа входов - шина команд, по которой поступают команды формирователям и усилителям токов. Вторая группа входов шина данных, по которой поступают данные для записи. Блок памяти конструктивно выполнен в виде съемной кассеты. Контроллер сопряжения 12 программное устройство с микропрограммным управлением и служит для электронного сопряжения блока 11 памяти с микропроцессорным устройством 13, повышения надежности и быстродействия запоминающего устройства. Программы хранятся в программируемом постоянном запоминающем устройстве контроллера 12 и могут быть изменены в определенных пределах при изменении структуры блока 11 памяти. Первая группа входов контроллера шина адресов и команд, вторая группа входов шина данных. Микропроцессорное устройство 13 известно. Оно состоит из центрального процессора, генератора тактовых импульсов, буферных устройств, фиксатора состояния, оперативной памяти, постоянной памяти. Оно предназначено для временного хранения полетных данных, регистрируемых в течение одной секунды, анализа режимов полета, распознавания отказов авиационной техники, факторов нарушения летно-эксплуатационных ограничений, управления работой контроллера 13 при записи полетных данных и результатов анализа в блок 11 памяти, управления работой устройства 15 прямого доступа к памяти. Программа работы микропрограммного устройства хранится в его постоянной памяти. Постоянная память хранит также базу данных, необходимую для идентификации фактов нарушения летно-эксплуатационных ограничений, отказов, режимов полета, структуры полетных данных. Линия 14 задержки представляет собой ждущий мультивибратор и предназначена для формирования одиночного импульса запроса на прямой доступ к памяти в момент окончания формирования цифрового кода в выходном регистре 7. Устройство 15 прямого доступа к памяти представляет собой известную микросхему. Оно предназначено для организации высокоскоростного обмена между выходным регистром 7 и оперативной памятью микропроцессорного устройства 13, минуя его центральный процессор. Первая группа входов предназначена для приема кода полетного параметра и бита бинарного сигнала из выходного регистра 7, вторая группа входов для приема сигнала запроса на прямой доступ к памяти, третья группа входов для приема начального адреса области памяти, куда будет осуществляться запись данных из выходного регистра, четвертая группа входов для приема количества обращений к памяти (длина области памяти), а также сигналов управления работой устройства. Первая группа выходов предназначена для выдачи в микропроцессорное устройство 13 значения текущего адреса записываемых в область памяти данных, вторая группа выходов для передачи в оперативную память самих данных и сигналов управления. Бортовая система регистрации полетных данных работает следующим образом. При включении питания производится обнуление счетчика 10, а также пуск программы работы микропрограммного устройства 13, описание соответствующего алгоритма которого приводится ниже. Загрузка кодов полетных параметров будет производиться в оперативную память микропроцессорного устройства 13 с помощью устройства 15 прямого доступа к памяти поочередно в одну из двух областей, причем обработка данных в одной совмещена во времени с загрузкой другой. С этой целью микропроцессорное устройство 13 передает в устройство 15 прямого доступа к памяти по первой группе выходов адрес начала области памяти для обмена данными, а по второй группе выходов длину блока данных, обмениваемых между оперативной памятью микропроцессорного устройства 13 и выходным регистром 7. Длительность цикла регистрации составляет 1 с. В свою очередь каждый временной интервал в 1с с помощью тактовых импульсов, формируемых генератором 10 и делителем 8, разбивается на разные промежутки времени, в каждом из которых соответствующий выход блока 1 полетных параметров подключается к соответствующему преобразователю (5 или 6) или непосредственно к выходному регистру 7. Номер интервала времени формируется счетчиком. Номер интервала с первого выхода счетчика 10 поступает на вторые входы первого 2, второго 3 и третьего 4 коммутаторов в виде двоичного кода. На первые группы входов указанных коммутаторов поступают аналоговые параметры и бинарные сигналы. Аналоговый параметр с выхода соответствующего коммутатора поступает на вход одного из преобразователей. Первые коммутатор 2 и преобразователь 5 выполняют функции выборки и преобразования напряжения, пропорционального значению полетного параметра, в код. Вторые коммутатор 3 и преобразователь 6 выборки и преобразования частоты, пропорциональной значению полетного параметра, в код. Группы выходов обеспечивают передачу кода в выходной регистр 7. Двоичный бит, соответствующий бинарному сигналу или разовой команде, после коммутации поступает с выходом третьего коммутатора 4 на третий вход выходного регистра 7. Тактовый импульс, соответствующий каждому моменту разбиения односекундного интервала на равные промежутки времени, с выхода делителя 9 через линию 14 задержки поступает в виде сигнала запроса на прямой доступ к памяти в устройство 15 прямого доступа к памяти. При получении от микропроцессорного устройства 13 разрешения на прямой доступ к памяти (в ответ на сигнал "запрос захвата", запрашивающий центральный процессор о возможности использования системной шины) осуществляется высокоскоростной обмен данными между выходным регистром 7 и оперативной памятью микропроцессорного устройства 13. В момент включения бортовой системы регистрации в нулевую секунду нулевой минуты выполняется только обмен между выходным регистром 7 и оперативной памятью без последующей обработки полетных данных. Начиная с первой секунды после того как микропроцессорное устройство 13 организует обмен посредством устройства 15 прямого доступа к памяти со следующей областью оперативной памяти, будет разрешена обработка данных, поступивших в предыдущем цикле. Порядок переключения начальных адресов двух областей оперативной памяти происходит согласно алгоритму работы микропроцессорного устройства 13. Обработка и анализ полетных данных заключается в формировании в оперативной памяти микропроцессорного устройства 13 массива полетных данных, структура которого зависит от режима полета, в автоматическом распознавании режимов полета, случаев отказа авиационной техники и факторов нарушения летно-эксплуатационных ограничений. Далее осуществляется запись массива полетных данных и результатов анализа в блок 11 памяти. Процессором записи управляет контроллер сопряжения 12. Микропроцессорное устройство 13 работает по следующему алгоритму [8] массивы информации в запоминающих устройствах бортового устройства регистрации размещены следующим образом: в постоянной памяти микропроцессорного устройства 13 массивы М1, М2, М3, константы А1, А2, А3, N1, N2, N, W, а также массивы-маски Z1 и Z2; в оперативной памяти микропроцессорного устройства 13 массивы М4, М5, М8, М9, информационный кадр ИК и все переменные программы; в блоке 11 памяти массивы-протоколы М6, М10, массив блоков данных М7, а также массив указателей М11. Массив М1 предназначен для хранения последовательности триад, из которых образуются отношения вида НГ<АП<ВГ, где АП аналоговый параметр из массива М7 с порядковым номером N АП; НГ нижняя граница установленного диапазона; ВГ верхняя граница диапазона. Количество триад хранится в первом элементе массива М1. Массив М2 предназначен для хранения номеров бинарных сигналов N БС. Бинарные сигналы хранятся в массиве М8. Количество бинарных сигналов содержит первый элемент массива М2. Массив М3 предназначен для хранения информации об условиях выполнения полетного события или нарушения летно-эксплуатационных ограничений ЛЭО. Каждая запись, общее количество которых хранится в первом элементе массива М3, имеет переменную длину. Первый элемент записи содержит номер события N ЛЭО. Второй элемент время, необходимое для установления факта выполнения события, т. е. минимальное время его существования. Далее следуют пары, состоящие из аргумента и операции. Значение аргумента определяется по его номеру N ЭУ как значение одного из элементарных условий, которые могут храниться в массивах М4 или М6. Отрицательный номер ЭУ предполагает инверсию аргумента. Если абсолютное значение номера превышает некоторое, наперед заданное число, то в качестве ЭУ рассматривается событие с номером N

1 длина блока данных в 1-ом режиме полета;
2 длина блока данных во втором режиме полета;
W число, необходимое для различия типа аргумента в массиве М3: либо ЛЭО, либо ЭУ. Общая структура алгоритма представлена блоками А1-А15. Блоком А2 осуществляется инициализация данных программы, заключающаяся в подготовке массивов М5, М6, М9 и М10. В блоке А3 выполняется подготовка механизма поочередного подключения к устройству 15 прямого доступа к памяти двух областей оперативной памяти микропроцессорного устройства 13. В том случае, если устройство 15 прямого доступа к памяти готово к обмену, то из микропроцессорного устройства 13 в устройство 14 прямого доступа к памяти передается начальный адрес одной из областей для размещения ИК и его длина - блок А6. В блоке А7 осуществляется переключение на другую область памяти для обмена в следующем цикле. В блоке А8 производится ввод данных в ИК через канал прямого доступа к памяти. Первый цикл обмена выполняется без последующего анализа ИК, которого еще нет в смежной области памяти. Начиная со второго цикла, в блоках А10-А13 осуществляется семантический анализ полетных данных. Анализ выполняется до тех пор, пока не будет выключен двигатель на земле, что может быть легко реализовано проверкой условия
(


где

ШВ бинарный сигнал, соответствующий разовой команде "шасси выпушены". Инициализация данных осуществляется программой, описываемой алгоритмом на фиг.5 и 6. В блоке Б2 переменные l, k и j принимают значения соответственно длины массива М3, изменяемой в записях, порядкового номера записи массива М3 и номера элемента массива М3. В блоке Б3 переменная n принимает значение N ЛЭО или события; номеру записи присваивается ее текущий номер; из второго элемента каждой записи выбирается значение параметра

Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11