机载燃油系统的实时多通道同步数据处理方法和系统

摘要

本发明涉及机载燃油系统的实时多通道同步数据处理方法和系统。该方法包括：基于机载燃油系统动态模型采集多路模拟信号；以分时切换的方式将所述多路模拟信号实时同步传送至AD模块；所述AD模块输出的数字信号传送至MCU模块；所述MCU模块通过第一线程获取来自所述AD模块的数字信号，通过第二线程对所述数字信号进行滤波，通过第三线程对经滤波后的数字信号进行后处理并上传，其中，所述第一线程、所述第二线程和所述第三线程是并行的线程。机载燃油系统具有监测量多、实时性强和工作状态多样的特性，根据本发明的实时多通道同步数据处理非常契合机载燃油系统的使用要求，尤其适用于无人飞行器的机载燃油系统。

说明书

技术领域

本发明涉及无人飞行器控制领域，尤其涉及一种机载燃油系统的实时多通道同步数据处理方法和一种机载燃油系统的实时多通道同步数据处理系统。

背景技术

机载燃油系统是无人飞行器等设备的动力系统的重要组成部分，它主要负责为动力系统提供燃油来源，包含了燃油箱、燃油泵、燃油滤芯、单向阀及管路等部件。

在飞行过程中，机载燃油系统的状态对飞行安全有着较大的影响，因此，对燃油系统的实时参数同步监测是非常有必要的。燃油系统是一个多组件时变系统，具有运行状态多及运行工况复杂的特点。、

现有对燃油系统的监测方法难以令人满意。一方面，监测到的机载燃油系统的通道数不足或针对性不强，另一方面，只能给出燃油系统的状态参数，而无法保证各参数的实时性和同步性，这就产生了燃油系统的状态参数无法有效反应燃油系统工作状态的情况，这些问题的存在，阻碍了无人飞行器的操作员得到燃油系统的真实工作状态，从而为无人飞行器的飞行安全埋下了重大的安全隐患。

如何实现对机载燃油系统的有效监测是目前急待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种机载燃油系统的实时多通道同步数据处理方法和一种机载燃油系统的实时多通道同步数据处理系统。

根据本发明的一个方面，提出了一种机载燃油系统的实时多通道同步数据处理方法，所述方法包括：基于机载燃油系统动态模型采集多路模拟信号；以分时切换的方式将所述多路模拟信号实时同步传送至模拟/数字转换模块；将所述模拟/数字转换模块输出的数字信号传送至MCU模块；所述MCU模块通过第一线程获取来自所述模拟/数字转换模块的数字信号，通过第二线程对所述数字信号进行滤波，通过第三线程对经滤波后的数字信号进行后处理并上传至上位机或控制器，其中，所述第一线程、所述第二线程和所述第三线程是并行的线程。

在一种可能的实现方式中，所述基于机载燃油系统动态模型采集多路模拟信号包括：通过设置于燃油管路的传感器采集泵前燃油温度；通过设置于燃油泵输出口的传感器采集泵后燃油压力；通过设置于燃油箱的传感器采集燃油油位；通过设置于燃油泵电气回路的传感器采集燃油泵电流。

在一种可能的实现方式中，在将所述多路模拟信号实时同步传送至模拟/数字转换模块之前，所述方法还包括：对所采集的模拟信号进行幅值变换、抗混叠和高频滤波。

在一种可能的实现方式中，MCU模块通过第一线程获取来自所述模拟/数字转换模块的数字信号包括：读取所述数字信号并存储在数据读入FIFO中。

在一种可能的实现方式中，MCU模块通过第二线程对所述数字信号进行滤波包括：当检测到数据滤波标识时，从所述数据读入FIFO中读取多组数字信号，并对所读取的多组数字信号进行滤波，其中，每组数字信号包括与在同一采集周期采集的多路模拟信号一一对应的多个数字信号。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：对存储到数据读入FIFO中的数字信号的数目进行循环计数，以生成所述数据滤波标识。

在一种可能的实现方式中，对所读取的多组数字信号进行滤波包括：对所读取的多组数字信号进行滤波以得到滤波后数字信号，所述滤波后数字信号包括与多路模拟信号一一对应的多个数字信号；将所述滤波后数字信号存入数据滤波FIFO。

在一种可能的实现方式中，MCU模块通过第三线程对经滤波后的数字信号进行后处理并上传至上位机或控制器包括：当检测到数据转换标识时，从所述数据滤波FIFO中读取滤波后数字信号，并对所述滤波后数字信号进行转换和标定；基于标定后的数字信号生成数据帧；将所述数据帧上传到所述上位机或控制器。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：基于时钟按照固定频率生成所述数据转换标识。

根据本发明的另一方面，还公开了一种机载燃油系统的实时多通道同步数据处理系统，所述系统被配置为执行如上所述的方法。

本发明的有益效果至少包括：

1、实现了面向机载燃油系统的实时多通道数据的同步采集、处理和上传，有效保证了各参数的时间序列，使得各参数的分析有了共同的时间基准，为燃油系统的工况分析提供了数据基础；

2、实现了面向机载燃油系统的实时多通道数据的同步采集、处理和上传，明确了操作人员获得参数的绝对时标与燃油系统工况绝对时标的关系，为操作人员对燃油系统工况的合理判断提供了依据。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明的一个实施例的机载燃油系统的实时多通道同步数据处理方法的流程图。

图2是根据本发明的一个示例性实施例的机载燃油系统的实时多通道同步数据处理系统的结构示意图。

图3是根据本发明的一个示例性实施例的单通道数据流示意图。

图4是根据本发明的一个示例性实施例的燃油温度通道采集原理图。

图5是根据本发明的一个示例性实施例的并行数据处理的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

图1是根据本发明的一个实施例的机载燃油系统的实时多通道同步数据处理方法的流程图。如图1所示，该方法包括步骤102～步骤108。

步骤102，基于机载燃油系统动态模型采集多路模拟信号；

步骤104，以分时切换的方式将所述多路模拟信号实时同步传送至模拟/数字转换模块；

步骤106，将所述模拟/数字转换模块(以下简称AD模块)输出的数字信号传送至MCU模块；

步骤108，所述MCU模块通过第一线程获取来自所述模拟/数字转换模块的数字信号，通过第二线程对所述数字信号进行滤波，通过第三线程对经滤波后的数字信号进行后处理并上传至上位机或控制器，其中，所述第一线程、所述第二线程和所述第三线程是并行的线程。

根据上述实施例，通过面向机载燃油系统的实时多通道数据同步采集、处理及上传，解决了监测数据不足以及燃油系统状态与参数采集不同步的问题，为保障飞行安全提供了有力的支持。

在一种可能的实现方式中，上述步骤102中，所述基于机载燃油系统动态模型采集多路模拟信号包括：通过设置于燃油管路的传感器采集泵前燃油温度；通过设置于燃油泵输出口的传感器采集泵后燃油压力；通过设置于燃油箱(其通常设置于机载燃油系统的输入端)的传感器采集燃油油位；通过设置于燃油泵电气回路的传感器采集燃油泵电流。

发明人经过深入研究后发现，通过监测燃油泵的泵前燃油温度，可以判定燃油系统输油管路的工作状态优良与否；通过监测燃油泵的泵后燃油压力可以判定燃油系统输出状态优良与否；通过监测燃油油位可以确定燃油系统的有效工作时长；通过监测燃油泵的电流参数可以有效反应燃油系统的工况和工作状态的变化情况。在本实现方式中，通过对上述多通道参数的全面监测，实现面向机载燃油系统的强针对性全面监测，从而有效反应燃油系统的整体工作状态。

实际中，一些无人飞行器的燃油系统可能具有不止一个燃油箱/电气回路等，在这种情况下，可针对各个燃油箱/电气回路等分别进行燃油油位/电流参数的采集。

在一种可能的实现方式中，在将所述多路模拟信号实时同步传送至模拟/数字转换模块之前(上述步骤104)之前，所述方法还包括：对所采集的模拟信号进行幅值变换、抗混叠和高频滤波。

图2是根据本发明的一个示例性实施例的机载燃油系统的实时多通道同步数据处理系统的结构示意图。如图2所示，该示例性实施例中共设置8路传感器，分别是位于燃油管路上、用于采集泵前燃油温度的传感器20202；位于燃油泵输出口、用于采集泵后燃油压力的传感器20204；分别位于4个燃油箱、用于采集燃油油位的传感器20206、20208、20210和20212；分别位于两个燃油泵电气回路中、用于采集燃油电流的20214和20216，以全面反应相应机载燃油系统的实时工况。

如图2所示，变送器20402～20416对传感器20202～20216采集的每一路模拟信号进行幅值变换、抗混叠和高频滤波，将其变换为标准电压信号并送入AD模块206。

在图2中，8路传感器采集的8路模拟信号同时进入AD模块206。AD模块206利用分时切换实现降频的同步采集，以保证同步各路传感器信号的时间差远小于一个采集周期。AD模块206转换完8路采集信号后将转换得到的8路数字信号锁存，并经过数字传输接口发送给MCU模块208。MCU模块208对这些数字信号进行滤波、后处理，并上传至控制器或上位机210。

图3是根据本发明的一个示例性实施例的单通道数据流示意图。环境的变化会导致传感器生成响应，传感器的响应经变送器后进入AD模块，这一过程引起的时间延迟为T₁+T₂。该时间延迟对于所有系统均存在，属于系统性延迟。采集数字信号(此处包括AD模块和MCU模块的数据读取部分)、数字信号滤波及数字信号后处理和上传采用三个并行线程实现，因此，在数据流完全建立后，MCU模块导致的延迟将取决于T₃、T₄和T₅中的最大值，该最大值在本示例性实施例中不大于1ms，1ms为本示例性实施中软件流程的一个运行周期。

图4是根据本发明的一个示例性实施例的燃油温度通道采集原理图。用于采集燃油温度的传感器402采集的燃油温度信号为电阻型信号，在外界激励下，电阻型信号会变化成电压型信号，在经过燃油温度变送器404内部的1K抗混叠滤波器4042后，1kHz以上频率的干扰信号将会被滤除，有效模拟信号经过变送器内部的放大调理电路4044后转换为0～5V的标准电压信号并送入AD模块406。AD模块406是以MCU模块408的触发信号为时钟进行AD采样的。MCU模块408以500Hz的频率发送触发信号。AD模块406以25kHz的频率进行全通道的模拟/数字转换，该转换频率远大于MCU模块的触发信号频率，因此足以保证8通道的数据同步。经AD模块406转换后的数字信号通过高速SPI总线，被传送至MCU模块408。

在一种可能的实现方式中，上述步骤108中，MCU模块通过第一线程获取来自所述模拟/数字转换模块的数字信号包括：读取所述数字信号并存储在数据读入FIFO中。

在一种可能的实现方式中，上述步骤108中，MCU模块通过第二线程对所述数字信号进行滤波包括：当检测到数据滤波标识时，从所述数据读入FIFO中读取多组数字信号，并对所读取的多组数字信号进行滤波，其中，每组数字信号包括与在同一采集周期采集的多路模拟信号一一对应的多个数字信号。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：对存储到数据读入FIFO中的数字信号的数目进行循环计数，以生成所述数据滤波标识。

在一种可能的实现方式中，对所读取的多组数字信号进行滤波包括：对所读取的多组数字信号进行滤波以得到滤波后数字信号，所述滤波后数字信号包括与多路模拟信号一一对应的多个数字信号；将所述滤波后数字信号存入数据滤波FIFO。

在一种可能的实现方式中，上述步骤108中，MCU模块通过第三线程对经滤波后的数字信号进行后处理并上传至上位机或控制器包括：当检测到数据转换标识时，从所述数据滤波FIFO中读取滤波后数字信号，并对所述滤波后数字信号进行转换和标定；基于标定后的数字信号生成数据帧；将所述数据帧上传到所述上位机或控制器。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：基于时钟按照固定频率生成所述数据转换标识。

图5是根据本发明的一个示例性实施例的并行数据处理的示意图。如图5所示，在本示例性实施例中，数据读取、滤波及后处理(包括上传)各自作为一个线程，并通过FIFO来实现线程间的数据交换，该方法大大提高了数据同步的实时性。

时序控制器50802为各线程提供稳定的定时时钟，本示例性实施例中采用1kHz定时时钟。

时钟发生单元50804产生AD模块506所需的采样时钟，采样数据由数据读入单元50806读入并送入数据读入FIFO 50808中进行保存。

数据滤波标识检测单元50810检测到数据滤波标识时，通知数据滤波单元50812从数据读入FIFO中读取多组数字信号，以防止数据冲突。数据滤波单元50812对读取的多组数字信号进行滤波，滤波后得到一组数字信号。每组数字信号包括与8个通道一一对应的8个数字信号。滤波后数字信号被存入数据滤波FIFO 50814。

数据转换标识检测单元50816检测到数据转换标识时，通知数据解算单元50818从数据滤波FIFO 50814中读取滤波后数字信号，以便后续严格按照定时时钟进行数据上传。数据解算单元50818对读取的滤波后数字信号进行转换和标定。此处的转换可以指幅值映射，以改善数据的线性度。此处的标定可以指数据调整，以修正误差。组帧单元50820基于标定后的数字信号生成数据帧。上传单元50822将组好的数据帧通过物理接口上传至控制器或上位机。

机载燃油系统的工况变化与上传数据的数据值变换同步性取决于系统性延迟。上述示例性实施例中，通过优化系统传感器和传感器形式，将系统性延迟降低到1ms以内；通过AD模块和并行线程的同步采集，可以保证数据解算至数据上传的延迟不超过0.5ms，各通道单数据同步性差异不大于0.04ms。

根据本公开的一个方面，还提出了一种机载燃油系统的实时多通道同步数据处理系统，所述系统被配置为执行如上所述的方法。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。