一种基于SOB技术的飞行器遥测组合及遥测系统

摘要

本发明涉及一种基于SOB技术的飞行器遥测组合及遥测系统，该遥测组合包括中心逻辑控制模块、数据采集模块、电源管理模块、存储模块和物理接口，其中中心逻辑控制模块从数据采集模块接收数字信号，同时通过物理接口接收外部的串行数据，对数字信号和串行数据进行第一次编帧处理，并将第一次编帧处理后的数据在存储模块中进行存储，第二次编帧处理开始后，从存储模块读取数据进行第二次编帧处理，并将编帧处理后的并行数据转换为PCM码流发送给外部的发射机；该遥测组合及遥测系统具在保证实时记录遥测数据的前提下，能够获得更高的遥测数据接收鲁棒性，增强了遥测下传的可靠性，提高了遥测数据发送的可控性，降低重要数据丢失的概率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于SOB技术的飞行器遥测组合及遥测系统，属于飞行器遥测系统技术领域。

背景技术

遥测系统完成对飞行器飞行过程中各种环境参数、外系统工作状态及交互数据的采集存储。系统组成一般包括电源供电、电源变换、采集编码、接口控制、存储器、数据综合等模块。在当前大多数飞行器遥测系统中，上述功能模块分别由不同的设备实现，通过电缆网实现设备间互联。

上述这种遥测系统实现方式存在一些不足，包括：(1)使用分立的设备和电缆网对飞行器的安装空间提出了一定的要求同时系统总质量不易降低，不便于在小型飞行器中使用；(2)每个设备均需进行环境试验，增加了研制的成本；(3)每个设备均需配置单独的测试设备，地面测试系统较复杂。

遥测数据的获取方式分为存储器回收和无线传输两种。在传统的无线下传方式中无线发射装置全程工作，采用实时下传、记忆重发、快记慢发等相结合的策略完成对飞行全过程中缓变、速变遥测参数的下传。通常情况遥测数据仅下传了一遍。

上述传输策略在某些场合同样存在一些不足，如：(1)随着无线传输能力的不断提高，无线传输系统最大传输能力远大于需要遥测下传的数据总量，那么按照传统的遥测数据仅下传一遍的方式未充分利用无线信道资源；(2)无线装置全程工作的方式需要充足的供电保证，在某些情况下飞行器无法提供充足的电能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种基于SOB技术的飞行器遥测组合及遥测系统，该遥测组合及遥测系统具有小型化特点，节约安装空间，减少飞行器中设备间的复杂度和电缆网重量，在保证实时记录遥测数据的前提下，能够获得更高的遥测数据接收鲁棒性，增强了遥测下传的可靠性，提高了遥测数据发送的可控性，降低重要数据丢失的概率。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于SOB技术的遥测组合，包括中心逻辑控制模块、数据采集模块、电源管理模块、存储模块和物理接口，其中：

数据采集模块：通过物理接口接收传感器采集的飞行器内部的压力和温度信号，将模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号发送给中心逻辑控制模块；

中心逻辑控制模块：从数据采集模块接收数字信号，同时通过物理接口接收外部的串行数据，对所述数字信号和串行数据进行第一次编帧处理，并将第一次编帧处理后的数据在存储模块中进行存储，第二次编帧处理开始后，从所述存储模块读取数据进行第二次编帧处理，并将编帧处理后的并行数据转换为PCM码流，发送给外部的发射机；

物理接口：将传感器采集的飞行器内部的压力和温度信号转发给数据采集模块；将外部串行数据转发给中心逻辑控制模块；

存储模块：用于存储第一次编帧处理后的数据；

电源管理模块：通过物理接口接收外部电源，并将外部电源转换为内部所需的二次电源，给遥测组合供电。

在上述基于SOB技术的遥测组合中，物理接口包括422接口、LVDS接口、传感器接口和电源接口，其中422接口将外部422电平数据转换为LVTTL串行数据，发送给中心逻辑控制模块；LVDS接口将外部LVDS电平数据转换为LVTTL串行数据，发送给中心逻辑控制模块；传感器接口将传感器采集的飞行器内部的压力和温度信号发送给数据采集模块；电源接口接收外部电源，发送给电源管理模块；所述存储模块包括第一存储模块和第二存储模块，用于存储第一次编帧处理后的数据。

在上述基于SOB技术的遥测组合中，中心逻辑控制模块包括422接口控制模块、LVDS接口控制模块、ADC控制模块、第一编帧模块、第二编帧模块、第一存储控制模块、第二存储控制模块和PCM发送模块，其中：

422接口控制模块：从422接口接收外部的串行命令数据，进行串并转换后，将并行数据发送给第一编帧模块；

LVDS接口控制模块：从LVDS接口接收外部的串行图像数据，进行串并转换后，将并行数据发送给第一编帧模块；

ADC控制模块：控制数字采集模块中的ADC工作，并从ADC接收数字信号，发送给第一编帧模块；

第一编帧模块：将从422接口控制模块接收的并行数据和ADC控制模块接收的数字信号分别进行编帧处理，将编帧后的数据在第一存储控制模块的控制下发送给第一存储模块进行存储；将从LVDS接口控制模块接收的并行数据进行编帧处理，将编帧后的数据在第二存储控制模块的控制下发送给第二存储模块进行存储；

第二编帧模块：从第一存储模块中读取数据，进行第二次编帧处理，并将编帧处理后的数据发送给PCM发送模块，当第一存储模块中数据读空，并编帧处理完成后，从第二存储模块中读取数据，进行第二次编帧处理，并将编帧处理后的数据发送给PCM发送模块；

PCM发送模块：将从第二编帧模块接收的并行数据，转换为PCM码流数据，并发送给外部的发射机。

在上述基于SOB技术的遥测组合中，第一编帧模块的编帧处理方法为：将从422接口控制模块接收的并行数据，按照设定的帧长度分别组帧，并附加相应的帧标识字段和帧计数字段；将从ADC控制模块接收的数字信号，按照设定的帧长度分别组帧，并附加相应的帧标识字段和帧计数字段；将从LVDS接口控制模块接收的并行数据，按照设定的帧长度分别组帧，并附加相应的帧标识字段和帧计数字段。

在上述基于SOB技术的遥测组合中，第二编帧模块的编帧处理方法为：从第一存储模块中读取数据，按照设定的帧长度分别组帧，并附加相应的帧标识字段和帧计数字段；将从第二存储模块中读取数据，按照设定的帧长度分别组帧，并附加相应的帧标识字段和帧计数字段。

在上述基于SOB技术的遥测组合中，中心逻辑控制模块、数据采集模块、电源管理模块、存储模块和物理接口集成在一块电路板上，实现小型化设计。

在上述基于SOB技术的遥测组合中，物理接口还包括两个I/O接口，所述I/O接口用于接收外部指令，并将外部指令发送给中心逻辑控制模块，中心逻辑控制模块根据所述外部指令启动第二次编帧处理。

一种基于SOB技术的遥测系统，包括飞行器遥测系统和遥测地面系统，所述飞行器遥测系统包括传感器、遥测组合、发射机、功分器和发射天线，其中：

传感器：感知飞行器内部的压力和温度；

遥测组合：从传感器接收飞行器内部的压力和温度信号，将模拟信号转换为数字信号，同时接收外部的串行数据，对所述数字信号和串行数据进行第一次编帧处理，并将第一次编帧处理后的数据在存储模块中进行存储，第二次编帧处理开始后，从所述存储模块读取数据进行第二次编帧处理，并将编帧处理后的并行数据转换为PCM码流，发送给发射机；

发射机：从遥测组合接收PCM码流进行FM调制，然后进行功率放大，并将功率放大后的信号发送给功分器；

功分器：将从发射机接收的信号分为两路信号，分别发送给两个发射天线；

发射天线：将从功分器接收的两路信号向空间辐射电磁能量。

在上述基于SOB技术的遥测系统中，遥测组合包括中心逻辑控制模块、数据采集模块、电源管理模块、存储模块和物理接口，其中：

数据采集模块：通过物理接口接收传感器采集的飞行器内部的压力和温度信号，将模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号发送给中心逻辑控制模块；

中心逻辑控制模块：从数据采集模块接收数字信号，同时通过物理接口接收外部的串行数据，对所述数字信号和串行数据进行第一次编帧处理，并将第一次编帧处理后的数据在存储模块中进行存储，第二次编帧处理开始后，从所述存储模块读取数据进行第二次编帧处理，并将编帧处理后的并行数据转换为PCM码流，发送给外部的发射机；

物理接口：将传感器采集的飞行器内部的压力和温度信号转发给数据采集模块；将外部串行数据转发给中心逻辑控制模块；

存储模块：用于存储第一次编帧处理后的数据；

电源管理模块：通过物理接口接收外部电源，并将外部电源转换为内部所需的二次电源，给遥测组合供电。

在上述基于SOB技术的遥测系统中，物理接口包括422接口、LVDS接口、传感器接口和电源接口，其中422接口将外部422电平数据转换为LVTTL串行数据，发送给中心逻辑控制模块；LVDS接口将外部LVDS电平数据转换为LVTTL串行数据，发送给中心逻辑控制模块；传感器接口将传感器采集的飞行器内部的压力和温度信号发送给数据采集模块；电源接口接收外部电源，发送给电源管理模块；所述存储模块包括第一存储模块和第二存储模块，用于存储第一次编帧处理后的数据。

在上述基于SOB技术的遥测系统中，中心逻辑控制模块包括422接口控制模块、LVDS接口控制模块、ADC控制模块、第一编帧模块、第二编帧模块、第一存储控制模块、第二存储控制模块和PCM发送模块，其中：

422接口控制模块：从422接口接收外部的串行命令数据，进行串并转换后，将并行数据发送给第一编帧模块；

LVDS接口控制模块：从LVDS接口接收外部的串行图像数据，进行串并转换后，将并行数据发送给第一编帧模块；

ADC控制模块：控制数字采集模块中的ADC工作，并从ADC接收数字信号，发送给第一编帧模块；

第一编帧模块：将从422接口控制模块接收的并行数据和ADC控制模块接收的数字信号分别进行编帧处理，将编帧后的数据在第一存储控制模块的控制下发送给第一存储模块进行存储；将从LVDS接口控制模块接收的并行数据进行编帧处理，将编帧后的数据在第二存储控制模块的控制下发送给第二存储模块进行存储；

第二编帧模块：从第一存储模块中读取数据，进行第二次编帧处理，并将编帧处理后的数据发送给PCM发送模块，当第一存储模块中数据读空，并编帧处理完成后，从第二存储模块中读取数据，进行第二次编帧处理，并将编帧处理后的数据发送给PCM发送模块；

PCM发送模块：将从第二编帧模块接收的并行数据，转换为PCM码流数据，并发送给外部的发射机。

在上述基于SOB技术的遥测系统中，第一编帧模块的编帧处理方法为：将从422接口控制模块接收的并行数据，按照设定的帧长度分别组帧，并附加相应的帧标识字段和帧计数字段；将从ADC控制模块接收的数字信号，按照设定的帧长度分别组帧，并附加相应的帧标识字段和帧计数字段；将从LVDS接口控制模块接收的并行数据，按照设定的帧长度分别组帧，并附加相应的帧标识字段和帧计数字段。

在上述基于SOB技术的遥测系统中，第二编帧模块的编帧处理方法为：将从第一存储模块中读取数据，按照设定的帧长度分别组帧，并附加相应的帧标识字段和帧计数字段；将从第二存储模块中读取数据，按照设定的帧长度分别组帧，并附加相应的帧标识字段和帧计数字段。

在上述基于SOB技术的遥测系统中，遥测地面系统包括天线和接收机，其中天线接收飞行器遥测系统中发射天线下行的遥测信号，发送给接收机；所述接收机将接收的遥测信号进行解调，最终恢复为数字信号。

在上述基于SOB技术的遥测系统中，中心逻辑控制模块、数据采集模块、电源管理模块、存储模块和物理接口集成在一块电路板上，实现小型化设计。

在上述基于SOB技术的遥测系统中，物理接口还包括两个I/O接口，所述I/O接口用于接收外部指令，并将外部指令发送给中心逻辑控制模块，中心逻辑控制模块根据所述外部指令启动第二次编帧处理。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明使用SOB技术将飞行器遥测系统的遥测组合中的中心逻辑控制模块、数据采集模块、电源管理模块、存储模块和物理接口集成在一块电路板中，与现有技术相比，该遥测组合的集成化程度更高，具有小型化特点，节约安装空间，减少飞行器中设备间连接的复杂度和电缆网重量；

(2)、本发明遥测组合中采用了两次编帧处理方法，实现了数据的循环下传，当系统能够支持的最大下传数据量大于实际需要下传的遥测数据量时，通过对存储器中数据的循环下传，地面能够接收多份数据，本发明的遥测组合和遥测系统在保证实时记录遥测数据的前提下，能够获得更高的遥测数据接收鲁棒性，避免数据的误码率；

(3)、本发明遥测下传指令采用双保险方式，通过串口通讯接口和I/O口两种方式同时接收遥测下传启动和停止指令。该方式增强了遥测下传的可靠性提高了遥测数据发送的可控性；

(4)、采用本发明中的遥测数据两次数据编帧方法，结合后续地面数据拼接方法，能够快速的从可能存在丢帧的多遍遥测数据中的拼接出一份尽量完整的数据，降低重要数据丢失的概率，保证数据准确率，同时降低对遥测数据的解算开销，提高效率。

附图说明

图1为本发明遥测组合组成原理框图；

图2为本发明遥测系统组成原理框图；

图3为本发明中心逻辑控制模块组成原理框图；

图4为本发明实施例中遥测组合组成原理框图；

图5为本发明实施例中LVDS接口电路图；

图6为本发明实施例中串行422接口电路图；

图7为本发明实施例中发射机供电接口电路图；

图8为本发明实施例中电连接器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的描述：

如图1所示为本发明遥测组合组成原理框图；如图2所示为本发明遥测系统组成原理框图，本发明基于SOB技术的遥测系统，包括飞行器遥测系统和遥测地面系统，其中飞行器遥测系统包括传感器、遥测组合、发射机、功分器和发射天线，遥测地面系统包括天线和接收机。

传感器感知飞行器内部的压力和温度。

遥测组合从传感器接收飞行器内部的压力和温度信号，将模拟信号转换为数字信号，同时接收外部的串行数据，对该数字信号和串行数据进行第一次编帧处理，并将第一次编帧处理后的数据在存储模块中进行存储，第二次编帧处理开始后，从存储模块读取数据进行第二次编帧处理，并将编帧处理后的并行数据转换为PCM码流，发送给发射机。

发射机从遥测组合接收PCM码流进行FM调制，然后进行功率放大，并将功率放大后的信号发送给功分器。

功分器将从发射机接收的信号分为两路信号，分别发送给两个发射天线。

发射天线将从功分器接收的两路信号向空间辐射电磁能量。

如图1所示，遥测组合具体包括中心逻辑控制模块、数据采集模块、电源管理模块、存储模块和物理接口。

数据采集模块通过物理接口中的传感器接口接收传感器采集的飞行器内部的压力和温度信号，将模拟信号转换为数字信号，并将数字信号发送给中心逻辑控制模块。

如图3所示为本发明中心逻辑控制模块组成原理框图，由图可知，中心逻辑控制模块包括422接口控制模块、LVDS接口控制模块、ADC控制模块、第一编帧模块、第二编帧模块、第一存储控制模块、第二存储控制模块和PCM发送模块，其中：

422接口控制模块从422接口接收外部的串行命令数据，进行串并转换后，将并行数据发送给第一编帧模块。

LVDS接口控制模块从LVDS接口接收外部的串行图像数据，进行串并转换后，将并行数据发送给第一编帧模块。

ADC控制模块控制数字采集模块中的ADC工作，并从ADC接收数字信号，发送给第一编帧模块。

第一编帧模块将从422接口控制模块接收的并行数据和ADC控制模块接收的数字信号分别进行编帧处理，将编帧后的数据在第一存储控制模块的控制下发送给第一存储模块进行存储；将从LVDS接口控制模块接收的并行数据进行编帧处理，将编帧后的数据在第二存储控制模块的控制下发送给第二存储模块进行存储。

第二编帧模块从第一存储模块中读取数据，进行第二次编帧处理，并将编帧处理后的数据发送给PCM发送模块，当第一存储模块中数据读空，并编帧处理完成后，从第二存储模块中读取数据，进行第二次编帧处理，并将编帧处理后的数据发送给PCM发送模块。之后再从第一存储模块中读取数据，进行第二次编帧处理，并将编帧处理后的数据发送给PCM发送模块，当第一存储模块中数据读空，并编帧处理完成后，从第二存储模块中读取数据，进行第二次编帧处理，并将编帧处理后的数据发送给PCM发送模块，依次类推，循环交替从两个存储模块中读取数据。

PCM发送模块将从第二编帧模块接收的并行数据，转换为PCM码流数据，并发送给发射机。

上述第一编帧模块的编帧处理方法为：将从422接口控制模块接收的并行数据，按照设定的帧长度分别组帧，并附加相应的帧标识字段和帧计数字段；将从ADC控制模块接收的数字信号，按照设定的帧长度分别组帧，并附加相应的帧标识字段和帧计数字段；将从LVDS接口控制模块接收的并行数据，按照设定的帧长度分别组帧，并附加相应的帧标识字段和帧计数字段。

第二编帧模块的编帧处理方法为：将从第一存储模块中读取数据，按照设定的帧长度分别组帧，并附加相应的帧标识字段和帧计数字段；将从第二存储模块中读取数据，按照设定的帧长度分别组帧，并附加相应的帧标识字段和帧计数字段。

物理接口将传感器采集的飞行器内部的压力和温度信号转发给数据采集模块；将外部串行数据转发给中心逻辑控制模块。物理接口具体包括422接口、LVDS接口、传感器接口和电源接口，其中422接口将外部422电平数据转换为LVTTL串行数据，发送给中心逻辑控制模块；LVDS接口将外部LVDS电平数据转换为LVTTL串行数据，发送给中心逻辑控制模块；传感器接口将传感器采集的飞行器内部的压力和温度信号发送给数据采集模块；电源接口接收外部电源，发送给电源管理模块。

存储模块用于存储第一次编帧处理后的数据；存储模块包括第一存储模块和第二存储模块。

电源管理模块通过物理接口接收外部电源，并将外部电源转换为内部所需的二次电源，给遥测组合供电。

遥测地面系统包括天线和接收机，其中天线接收飞行器遥测系统中发射天线下行的遥测信号，发送给接收机；所述接收机将接收的遥测信号进行解调，最终恢复为数字信号。

本发明中中心逻辑控制模块、数据采集模块、电源管理模块、存储模块和物理接口集成在一块电路板上，实现小型化设计。

此外物理接口还包括两个I/O接口，所述I/O接口用于接收外部指令，并将外部指令发送给中心逻辑控制模块，中心逻辑控制模块根据所述外部指令启动第二编帧处理。

实施例1

中心逻辑控制器采用XILINX公司的XC6SLX45-L1CSGG324I。

如图4所示为本发明实施例中遥测组合组成原理框图，模拟信号采集模块由模拟信号调理、电子开关和ADC组成。需要采集31路模拟信号，因此选用2片ADG706；ADC芯片选AD7655t；将模拟信号通过运算放大器调理到适合ADC输入要求。调理电路完成对0-28V、0-5V和0-0.5V的模拟信号的调理。

对于接收图像数据，选用接口芯片MAX9234芯片，采用该芯片的DC平衡模式交流耦合方式，具体电路如图5所示。串行接口选用的接口芯片为MAX490，为双工模式；通讯速率为921.6kbps；为发射机提供PCM数据流，接口为标准RS422接口，数据率2Mbps恒定，码型为NRZ-L。具体电路如图6所示。

存储模块采用两片8GB FLASH存储芯片，两个存储模块均具有擦除功能，上电之后的5秒钟内，如果接收到外系统发送的FLASH存储器擦除指令，则存储器擦除，擦除完毕后给KZ系统反馈擦除完毕状态。如果在5秒钟内没有接收到FLASH存储器擦除指令，则开始往FLASH存储器中存储数据。

电源管理模块选用CW78M15，输出电压15V，最大输出电流1A，选用LT1076IQ为整个电路板提供5V电源，最大输出电流2A，选用其他产品成熟电路为FPGA提供3.3V、2.5V和1.2V电源。当遥测组合接收到下传指令或者接收到高电平信号时，开始给发射机供电，开始遥测数据下传，采用图7所示电路实现该功能。

本发明实施例循环下传方法如下：

启动和停止循环下传指令通过RS422接口发送，同时两个I/O口电压也设置成相应值。串口指令连续发送10次，累计接收到2次则认为命令有效。遥测组合检查到两个I/O口的电平有效时间超过1s时也认为命令有效。使用“或”运算判决串口和I/O口指令。

遥测组合接收到启动循环下传命令后，给发射机加电，根据数据的重要程度，先下传第一存储模块中数据，该模块数据下传完之后再下传第二存储模块中数据，全部数据下传完成一遍以后，再进行循环下传，即再次下传第一存储模块中数据，之后下传第二存储模块中数据。

在循环下传时的数据来源于两个存储模块，读存储模块的速度能够和发射机工作的码率相匹配。

在循环下传时同时把新增实时遥测数据编帧存储到第一存储模块中，这样就出现了对第一存储模块同时读写的情况，在同时读写时，采用写优先级高的方式，当新增遥测数据量达到8K字节时，第一存储模块开始页编程，不在响应读操作，在页编程时(最长560微秒)需要有FIFO为发射机缓存数据，数据量见以下计算。

2MbPS×(56×10-3)S÷8≈14KB

在FPGA中开辟20K FIFO满足发射机工作要求。

当遥测组合收到停止循环下传指令后，给发射机断电。

本发明实施例混合编帧方法如下：

遥测组合对由422或LVDS接口上接收到的遥测数据按照每1024字节进行打包，并分别添加3字节的帧头标识和帧计数。当循环下传时，从存储芯片中读取数据按照每91字节进行分段，每段添加3字节的帧计数和2字节帧同步。

在每一遍数据下传过程中，第一个无线帧的帧计数为1，同一遍的下传数据帧计数连续。读取完第i个存储芯片中的数据后，连续发送8帧填充为x_i的特定数据的特征数据帧，保持帧计数连续。当所有存储芯片中的数据都发送完一遍后，连续发送8帧填充为y的特征数据帧，保持帧计数连续。

本发明遥测组合结构设计：

遥测组合外形上采用共形设计，为节省安装空间将接插件叠放在设备主体结构之上，如图8所示。

本发明实施例中数据下传后的地面数据处理方法如下：

(1)分解接收原始数据

查找数据内容包含80字节以上每字节为y的无线帧，记录该帧之前非填充y的最后一帧作为上一遍无线数据的最后一帧，将该帧之后非填充y的第一帧作为下一遍无线数据的起始帧。以此完成对原始数据的第一次分解。

在分解后的每遍数据中查看帧计数是否为递增，若某处帧计数及其随后3帧的帧计数值均小于该处前一帧的帧计数，则认为从该处起的数据为新的一遍；若某处帧计数不连续但其后续帧计数依然显示在数据为同一遍下传数据，则认为该处帧丢帧。依照此方法完成对第一次分解后数据的再分解，得到每遍的数据。

(2)数据拼接

假设共分解出N遍数据。针对第m(m>1)遍数据，步骤如下

1)、检查第m遍无线数据帧是否存在丢帧，如果没有则跳至第4)步；

2)、根据帧计数和每一片存储芯片的特征帧，确定第m遍中每一处丢失帧所属的存储芯片及在该存储芯片数据中的相对位置；记第k处丢帧数据所属的存储芯片为i_k，在该存储芯片中的相对位置为第p_k帧；

3)、在第m-1遍数据中的对应第i_k个存储芯片中查找是否存在第p_k帧。如果有则将第m-1遍中的该数据帧插入到第m遍数据中第k处丢帧位置，否则不进行插入操作。

4)、第m遍无线数据帧拼接结束，若m<N则另m＝m+1，跳至第1)步，若m＝N则完成拼接。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。