中航工業(yè)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所 黃小俊

1.飛行器機(jī)載測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解碼記錄系統(tǒng)背景

隨著各種新型飛機(jī)的研發(fā)及各類大型飛機(jī)的不斷發(fā)展，機(jī)載設(shè)備也在逐步的朝智能化方向發(fā)展。在飛機(jī)的研發(fā)和使用階段，對其進(jìn)行試飛測試時(shí)需要測試參數(shù)數(shù)量和參數(shù)種類越來越多，且傳輸量呈爆炸式增長。在這種新形勢下采用網(wǎng)絡(luò)化機(jī)載測試架構(gòu)越來越成為試飛測試方案設(shè)計(jì)的主流，機(jī)載測試各子系統(tǒng)間通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、機(jī)載測試數(shù)據(jù)的海量傳輸以及多源數(shù)據(jù)融合處理，成為一個(gè)新的發(fā)展趨勢。

作為機(jī)載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的中心環(huán)節(jié)，既要實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地從測試網(wǎng)絡(luò)獲取所需測試參數(shù)IENA數(shù)據(jù)包，又要求其能夠從所獲取網(wǎng)絡(luò)包中快速提取解算所需參數(shù)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面顯示或者提交給座艙顯示儀、水配重等系統(tǒng)。參試的機(jī)上試飛工程師可以及時(shí)觀察并分析系統(tǒng)解析處理好的監(jiān)控參數(shù)，從而判定被測飛機(jī)狀態(tài)及試飛科目完成質(zhì)量，并及時(shí)與試飛員溝通，以提高科目試飛過程安全性及效率。

2.飛行器機(jī)載測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解碼記錄系統(tǒng)目標(biāo)與設(shè)計(jì)思路

2.1 飛行器機(jī)載測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解碼記錄系統(tǒng)目標(biāo)

2.1.1 項(xiàng)目目標(biāo)

（1）通過采用新的數(shù)據(jù)及信號處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)試飛數(shù)據(jù)的智能化解碼；

（2）實(shí)現(xiàn)試飛過程中通過機(jī)載設(shè)備，通過IENA解碼方法進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析功能，實(shí)現(xiàn)試飛員與試飛工程師依據(jù)實(shí)時(shí)量化數(shù)據(jù)進(jìn)行有效溝通，提供試飛過程的安全性與效率；

（3）實(shí)現(xiàn)試飛后，完成試飛數(shù)據(jù)解碼，飛行器落地后，試飛數(shù)據(jù)通過保密通道，進(jìn)行自動采集傳輸，大量節(jié)省時(shí)間，提升試飛效率；

圖1 設(shè)計(jì)思路圖

圖2 試飛數(shù)據(jù)機(jī)載準(zhǔn)實(shí)時(shí)軟解碼分析系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)圖

（4）設(shè)計(jì)一款產(chǎn)品，將602所的試飛測試經(jīng)驗(yàn)通過智能算法的形式，結(jié)合軟件以及硬件設(shè)備進(jìn)行整合，構(gòu)建民機(jī)試飛測試產(chǎn)品商業(yè)化模式（預(yù)研）。

2.1.2 項(xiàng)目成果

2.1.2.1 開發(fā)試飛數(shù)據(jù)機(jī)載準(zhǔn)實(shí)時(shí)軟解碼分析系統(tǒng)

根據(jù)目前測試儀器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)流量，設(shè)計(jì)相關(guān)通訊接口，通過接口驅(qū)動方式，借用現(xiàn)有設(shè)備，實(shí)現(xiàn)機(jī)載測試儀器的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)IO通訊，采用IENA數(shù)據(jù)，通過底層UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)測試儀器與記錄儀器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊，采用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫及No SQL技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的實(shí)時(shí)解碼，實(shí)時(shí)屏幕展示數(shù)據(jù)，并且對試飛數(shù)據(jù)自動進(jìn)行后臺轉(zhuǎn)碼記錄功能。

2.1.2.2 開發(fā)試飛數(shù)據(jù)智能化落地?zé)o線采集系統(tǒng)

通過4G或5G的APN運(yùn)營商專網(wǎng)服務(wù)，在飛行器落地時(shí)，通過專業(yè)DTU設(shè)備，啟動試飛數(shù)據(jù)自動上傳功能，數(shù)據(jù)中心庫自動采集試飛數(shù)據(jù)，并進(jìn)行歸類處理，形成清晰易用的歷史數(shù)據(jù)，為今后的大數(shù)據(jù)平臺與人工智能試飛分析系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.1.2.3 分階段實(shí)現(xiàn)民機(jī)試飛測試商業(yè)化產(chǎn)品

第一階段：

通過自主研發(fā)的軟件產(chǎn)品與現(xiàn)有硬件設(shè)備整合，推出一套相對獨(dú)立的飛行器機(jī)載測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解碼記錄儀，通過license形式進(jìn)行產(chǎn)品管控。

第二階段：

通過算法的優(yōu)化與提取，使用FPGA芯片方案，進(jìn)行試飛數(shù)據(jù)算法固化，并且進(jìn)行飛行器機(jī)載測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解碼記錄儀的PCB，嵌入式算法，上層軟件管理系統(tǒng)，外觀等設(shè)計(jì)與研發(fā)工作，實(shí)現(xiàn)一體化飛行器機(jī)載測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解碼記錄儀的目標(biāo)。

第三階段：

經(jīng)過前兩個(gè)階段的認(rèn)證，確定飛行器機(jī)載測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解碼記錄儀的產(chǎn)品路線，進(jìn)行ASIC芯片的IC研發(fā)工作，自主生產(chǎn)專業(yè)的試飛數(shù)據(jù)人工智能芯片，將602所的民機(jī)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合人工智能技術(shù)真正的幫助我國民機(jī)以及載人設(shè)備的測試工作提升到一個(gè)新的層次。

2.2 飛行器機(jī)載測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解碼記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)思路主要圍繞功能需求，使用穩(wěn)定可控技術(shù)，在保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的情況下，盡可能優(yōu)化性能參數(shù)并取得一定的突破（見圖1）。

3.系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)

3.1 試飛數(shù)據(jù)機(jī)載準(zhǔn)實(shí)時(shí)軟解碼分析系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用IENA數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)UDP協(xié)議進(jìn)行FTI通訊，將實(shí)時(shí)采集到的試飛數(shù)據(jù)，通過實(shí)時(shí)解碼技術(shù)，進(jìn)行監(jiān)控參數(shù)展示，試飛工程師與試飛員通過量化數(shù)據(jù)的判斷進(jìn)行專業(yè)溝通，提高試飛過程的安全性與效率。與此同時(shí)，對試飛數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼記錄工作，減少后期數(shù)據(jù)解碼的時(shí)間，提高效率（見圖2）。

3.2 試飛數(shù)據(jù)智能化落地?zé)o線采集系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)

當(dāng)飛行器降落的時(shí)候，通過專用網(wǎng)絡(luò)，將已解碼的試飛數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)中心，為未來大數(shù)據(jù)分析與人工智能試飛數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)提供充分的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)（見圖3）。

圖3 試飛數(shù)據(jù)智能化落地?zé)o線采集系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)圖

3.3 階段性民機(jī)試飛測試商業(yè)化產(chǎn)品初步設(shè)計(jì)

第一階段：

根據(jù)功能與性能需求配置支持硬件，梳理數(shù)據(jù)的采集與傳輸?shù)臄?shù)量級，從而確定相應(yīng)的硬件指標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸?，解碼及處理的實(shí)時(shí)性要求，存儲的量級進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，實(shí)現(xiàn)部分硬件自主研發(fā)與生產(chǎn)，軟件層面根據(jù)總體要求實(shí)現(xiàn)飛行器機(jī)載測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解碼軟件系統(tǒng)層的完全自主研發(fā)。

第二階段：

實(shí)現(xiàn)一體化民機(jī)試飛測試商業(yè)化產(chǎn)品：飛行器機(jī)載測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解碼記錄儀。計(jì)算內(nèi)核采用FPGA芯片，進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，自主研發(fā)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)與市場銷售。

第三階段：

根據(jù)前期的軟硬件經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行基于ASIC芯片的IC設(shè)計(jì)與研發(fā)工作，降低產(chǎn)品成本，進(jìn)一步在更多的領(lǐng)域推廣該產(chǎn)品，例如汽車、機(jī)械、船舶等。

4.結(jié)束語

隨著我國先進(jìn)武器裝備設(shè)計(jì)與制造能力的迅速提高，基于智能化和信息化的需求的提升，未來新一代的武器裝備將是一個(gè)裝備有大量傳感器和電子設(shè)備的綜合平臺。各種測試數(shù)據(jù)的解析與記錄將面臨很大的挑戰(zhàn)，在數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲和監(jiān)控方面，都需要高可靠性、大帶寬和海量存儲作為技術(shù)支撐。同時(shí)這些技術(shù)在民用方向的拓展，不但為技術(shù)的可持續(xù)性發(fā)展提供了動力，也是技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)軍民融合的正確發(fā)展路線。