基于EtherCAT的机载测试系统时间数据采集模块硬件设计及冗余技术研究

摘要

机载测试系统负责采集飞机飞行过程中的各种模拟量、数字量及其子系统的飞行特性数据，并对采集的数据进行存储、分析、处理和遥测等。大型飞机的快速发展，对飞行测试提出了更高的要求，传统的PCM机制已不能满足日益增长的测试需求。实时工业以太网EtherCAT性能优越，能满足机载测试系统对实时性、高速率、同步性和可靠性等多方面的要求。如何把EtherCAT网络与机载测试系统有机结合，是当前研究的重点，同时也是后期进一步提高性能以及批量生产并投入使用的前提条件和可靠保证。
　　 本文结合实验室承担的科研项目----“基于实时以太网的数据采集系统关键技术研究、实现与验证”，重点研究机载测试系统时间数据采集模块的硬件设计和提高机载测试系统通信可靠性的冗余方案。机载测试系统要实现时间同步，首先要有一个与外部时间同步的基准，其次要有一种方法确保其他采集器与时间基准同步。本文讨论的时间数据采集模块在系统中作为时间基准，系统中的其他模块与其同步。该模块具有通用性和可靠性，能采集来自GPS、IRIG-B和IEEE1588的时间，确保外部时钟源的质量和连续性；时间采集模块与外部时钟源同步后，系统按照EtherCAT分布时钟机制使其他从站和主站与该模块同步。对基于EtherCAT技术的机载测试系统而言，可靠性极其重要，因为一旦系统中间某条链路或某个从站出现故障，将影响故障点后续所有从站的正常通信。本文介绍了基于TwinCAT软件实现主站的冗余技术，并搭建测试系统对其进行验证，实验结果表明当出现链路或网卡单点故障时，从站通信不受影响，系统运行稳定。本文还提出了自主开发主站软件来实现冗余的方案，为后期兼容冗余技术和分布时钟打下基础。