飞行器小型黑匣子硬件模块的研究

摘要

在飞行器设计定型工作中，飞行参数采集和记录是一项重要环节。 在实弹飞行中，利用数据采集系统获取飞行器的各项飞行参数进而分析飞行器的飞行性能，为飞行器飞行轨迹的修正、优化及精确控制提供可靠的数据依据。 传统飞行参数采集方法为遥测法，存在系统复杂、参数采集种类有限、成本较高、保密性差等不足。同时，受体积和重量的限制，无法安装在定型的产品中。 本文介绍一款新型飞行器黑匣子系统的电路原型设计，在飞行器发射后、爆炸前记录各项运行参数，如飞行姿态、倾角等飞行数据；在飞行器爆炸后，通过回收黑匣子获取已保存的所有数据，经处理后回放飞行器在飞行中的各项性能参数。除采集精度、频率、数据容量等常规数据采集设计指标外，该黑匣子系统还满足弹上系统体积微型化、数据保密性、零延时启动数据采集等特殊设计要求。 本论文详细讨论了飞行器黑匣子硬件部分的设计，主要设计工作内容有： （1）分析功能需求，设计黑匣子系统的框架结构。黑匣子系统分为以下单元：模拟信号适配单元、模拟信号采集单元、数字通信单元、数据存储单元和核心控制单元。 （2）根据设计指标及某些特殊要求，选型芯片和设计电路原理图及PCB 图。核心控制单元采用Altera公司的FPGA 器件。该FPGA芯片功能强大、资源丰富，具有158 条通用输入输出数据口及117kbits RAM，使飞行器黑匣子的电路在最大程度上精简外围芯片，不但降低了硬件开发难度，更减小了黑匣子系统的体积、重量和功耗。 经选型的外围芯片，不仅性能满足设计需求，且对应型号能在市场上采购特殊的无封装裸芯片，为后续采用MCM 多芯片互连技术进一步开发黑匣子系统打下基础。 设计结果表明，新型飞行器黑匣子系统不但满足了各项设计要求，且运行稳定可靠，性能易于升级和扩展，具有一定的实用性和推广价值。