專利名稱：多源航空導(dǎo)航信號綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于組合導(dǎo)航以及飛行校驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多源航空導(dǎo)航信號的綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以采集ILS、VOR、DME、GPS、VDB、慣導(dǎo)以及大氣數(shù)據(jù)等多種航空導(dǎo)航信號，并以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式及靈活的接口提供給應(yīng)用層做進一步的處理。
背景技術(shù)：
目前應(yīng)用于航空導(dǎo)航的無線電系統(tǒng)多種多樣，包括用于提供方位角信息的甚高頻全向信標系統(tǒng)(VOR)、用于提供距離信息的測距器(DME)、塔康系統(tǒng)(TACAN)、提供下滑航向道與下滑道信息的儀表著陸系統(tǒng)(ILS)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)以及最近20年間發(fā)展起來的以GPS 為主導(dǎo)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。由于具體某種特定導(dǎo)航系統(tǒng)都具有其固有的缺陷，比如慣導(dǎo)系統(tǒng)的時飄問題、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的完好性等，因而就提出了多種導(dǎo)航系統(tǒng)搭配使用，各補其短，構(gòu)建組合導(dǎo)航系統(tǒng)的需求。因此在構(gòu)建組合導(dǎo)航系統(tǒng)的過程中需要采集多種導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航信號。另外，飛行校驗系統(tǒng)需要對各種導(dǎo)航設(shè)備進行校驗，因而飛行校驗系統(tǒng)也需要采集多種導(dǎo)航設(shè)備的導(dǎo)航信號，并對其進行評估處理。但是由于各種導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)長短不齊、速率各異，因而需要設(shè)計合理的方式來組織各種數(shù)據(jù)，并采用特定的方法實現(xiàn)各種導(dǎo)航信號的時鐘對齊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題設(shè)計合理的方式來組織各種導(dǎo)航信號的數(shù)據(jù)，并利用特定的方式解決各種導(dǎo)航數(shù)據(jù)的時鐘對齊問題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種多源航空導(dǎo)航信號的綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)、信號評估與多元圖形顯示模塊及導(dǎo)航信號模擬子系統(tǒng)。其中(1)信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)主要包括天線陣列、接收機陣列和PXI零槽控制器， 其中天線陣列用于接收各種無線電導(dǎo)航信號，接收機陣列對于天線接收的無線電導(dǎo)航信號進行處理并轉(zhuǎn)換成數(shù)字或者離散以及模擬信號輸出，PXI零槽控制器上裝有各種數(shù)字通用總線以及高速數(shù)字IO等采集設(shè)備，并且該PXI零槽控制器上裝有實時系統(tǒng)，實時系統(tǒng)中運行有數(shù)據(jù)采集以及處理的軟件，完成數(shù)據(jù)的采集、解析、封裝以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)送等功能。(2)網(wǎng)絡(luò)通信模塊為網(wǎng)絡(luò)交換機，主要為信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)與信號評估與多元圖形顯示模塊的數(shù)據(jù)通信提供物理鏈路。(3)信號評估與多元圖形顯示模塊主要同信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)通信，并解析和處理信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)傳送過來的各種導(dǎo)航數(shù)據(jù)塊，得到導(dǎo)航信號的誤差和容限結(jié)果。(4)導(dǎo)航信號模擬子系統(tǒng)主要是在實驗室等不易獲取真實導(dǎo)航信號的環(huán)境下通過控制仿真控制計算機上的仿真軟件控制航空信號發(fā)生器產(chǎn)生特定的導(dǎo)航信號作為信號源，并將信號發(fā)送給信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)，以此來驗證信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)的工作性能。本發(fā)明提供的多源航空導(dǎo)航信號的綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)采用軟硬件相結(jié)合的方式，利用模塊化設(shè)計，構(gòu)建靈活，擴展性強，可以方便的對多源航空導(dǎo)航信號的綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)的功能進行擴充，以提供對新類型導(dǎo)航信號的采集支持。


圖1為本發(fā)明的多源航空導(dǎo)航信號的綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)的硬件連接示意圖；圖2為RTK移動站的硬件連接示意圖；圖3為傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集流程圖；圖4為本發(fā)明采用的數(shù)據(jù)采集流程圖；圖5為MMR930數(shù)據(jù)采集流程圖；圖6為ILS數(shù)據(jù)塊處理流程圖；圖7MMR930數(shù)據(jù)塊處理流程圖；圖8Satellite數(shù)據(jù)塊處理流程圖；圖9FAS數(shù)據(jù)塊處理流程圖；圖10RTK基準數(shù)據(jù)采集處理流程圖；圖11網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽線程處理流程圖；圖12網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送線程處理流程圖；圖13網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收線程處理流程圖；圖14數(shù)據(jù)處理評估子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收線程處理流程圖；圖15數(shù)據(jù)處理評估子系統(tǒng)底層軟件結(jié)構(gòu)圖。圖16導(dǎo)航信號模擬子系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明提供的多源航空導(dǎo)航信號綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)的硬件連接示意圖，該多源航空導(dǎo)航信號的綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)主要由信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)、、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、信號評估與多元圖形顯示模塊以及導(dǎo)航信號模擬子系統(tǒng)三個子系統(tǒng)組成，所述的導(dǎo)航信號模擬子系統(tǒng)用于將模擬信號發(fā)送給信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)，信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信模塊4與信號評估與多元圖形顯示模塊進行通信，并解析和處理信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)傳送過來的各種導(dǎo)航數(shù)據(jù)塊，得到導(dǎo)航信號的誤差和容限結(jié)果。其中信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)由天線陣列1、接收機陣列2以及PXI零槽控制器3 三部分組成。天線陣列1包括各種導(dǎo)航信號接收天線，如GPS天線、航向信號接收天線、下滑信號接收天線、全向信標信號接收天線、甚高頻廣播接收天線等。接收機陣列2包含各種導(dǎo)航接收機，比如DME接收機、MARKER接收機、ILS接收機、VOR接收機、GNSS接收機、GBAS 接收機以及RTK移動站，另外還包括慣導(dǎo)設(shè)備以及大氣數(shù)據(jù)設(shè)備等。考慮到成本，在本發(fā)明的具體實現(xiàn)中采用Collins公司生產(chǎn)的MMR930多模式接收機代替ILS接收機、VOR接收機、 GNSS接收機和GBAS接收機來接收各種導(dǎo)航信號等。RTK系統(tǒng)由于精度較高可以作為各種低精度導(dǎo)航設(shè)備的基準信號，如VOR信號、 ILS信號等都可以采用RTK系統(tǒng)進行校準。如圖2RTK系統(tǒng)硬件連接圖所示，RTK系統(tǒng)主要由基準站以及移動站兩部分組成，工作原理是RTK移動站接收RTK基準站發(fā)送的校準信息， 從而提高自身的導(dǎo)航精度。PXI零槽控制器3采用NI公司生產(chǎn)的PXI零槽控制器以及PXI機箱，上面安裝有 PXI 接口的 RS232、ARINC429、Discrete (高速數(shù)字)I/O、DAQ 等板卡。其中 RS232、高速數(shù)字I/O以及DAQ板卡采用NI公司生產(chǎn)的PXI板卡，而ARINC^9板卡采用神州飛航的PXI 板卡。在PXI零槽控制器3上安裝有LABVIEW RT實時操作系統(tǒng)，LABVIEW RT實時操作系統(tǒng)中有安裝各種板卡的驅(qū)動，同時在該LABVIEW RT實時操作系統(tǒng)上運行數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理程序，對各種導(dǎo)航接收機及其他導(dǎo)航設(shè)備的數(shù)據(jù)進行采集及預(yù)處理。其中ARINC^9板卡主要針對各種航空接收機，RS232針對GPS接收機以及慣導(dǎo)設(shè)備等，高速數(shù)字I/O則實現(xiàn)各種離散狀態(tài)量的采集，DAQ板卡可以采集各種設(shè)備輸出的模擬信號。網(wǎng)絡(luò)通信模塊4主要包括網(wǎng)絡(luò)交換機，該部分主要是為信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)與信號評估與多元圖形顯示模塊之間的網(wǎng)絡(luò)通信提供物理通道。信號評估與多元圖形顯示模塊由一臺數(shù)據(jù)處理計算機5及其上運行的數(shù)據(jù)處理程序組成，所述的數(shù)據(jù)處理計算機5包括網(wǎng)絡(luò)通信模塊、數(shù)據(jù)解析模塊和上層應(yīng)用，該信號評估與多元圖形顯示模塊主要實現(xiàn)同信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)之間進行網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)解析以及數(shù)據(jù)的后期處理等功能。導(dǎo)航信號模擬子系統(tǒng)主要由航空信號發(fā)生器6以及仿真控制計算機7組成，其中航空信號發(fā)生器6采用AER0FLEX公司的IFR2030信號發(fā)生器，仿真控制計算機7上安裝有 GPIB板卡，可以通過GPIB總線控制航空信號發(fā)生器6，仿真控制計算機7上運行有航空信號仿真控制程序，以此來控制航空信號發(fā)生器6動態(tài)的調(diào)節(jié)各種導(dǎo)航信號，將導(dǎo)航信號發(fā)送給信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)中的天線陣列1。所述的PXI零槽控制器3上安裝數(shù)據(jù)采集軟件，數(shù)據(jù)采集軟件采用LABVIEW 2010 以及Visual C++6. 0開發(fā)實現(xiàn)，在LABVIEW中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與通信，而使用Visual C++6. 0實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的解析、預(yù)處理、時鐘同步處理以及數(shù)據(jù)幀的封裝，并將這些處理過程封裝成動態(tài)鏈接庫供LABVIEW下的程序調(diào)用。如圖3所示，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理流程通常是將數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲或其它操作等一個順序流程處理完成之后才進入下一次的數(shù)據(jù)采集過程，這樣當數(shù)據(jù)處理或數(shù)據(jù)存儲消耗的系統(tǒng)時間比較大時會嚴重影響系統(tǒng)的采集性能，容易造成數(shù)據(jù)的丟失或波形的失真，更難以保證數(shù)據(jù)采集的實時性要求。鑒于以上考慮，本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用如圖4所示的模式將數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)存儲分開，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理后分別有一個數(shù)據(jù)的緩存，使各個部分可以獨立的運行，提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能。然而這樣改進之后又會引入新的問題，當數(shù)據(jù)采集的速率大于數(shù)據(jù)處理的速率時，亦即入口速率大于出口速率，最終會導(dǎo)致數(shù)據(jù)臨時緩沖區(qū)的溢出。而當數(shù)據(jù)采集速率小于數(shù)據(jù)處理速率時同一數(shù)據(jù)有可能會被處理多次。因此如何合理的設(shè)計各模塊之間的關(guān)系，匹配各三個模塊的處理速率成為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。
在本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集軟件的程序設(shè)計中，將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)采集模塊、 數(shù)據(jù)解析及處理模塊、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊等三個經(jīng)典模塊。數(shù)據(jù)采集模塊主要負責采集 MMR930以及RTK的移動站數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)解析及處理模塊主要負責ARINC^9字的解析、數(shù)據(jù)預(yù)處理以及幀格式的封裝。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊主要是將數(shù)據(jù)以固定的幀格式發(fā)送給信號評估與多元圖形顯示模塊。其中數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)解析及處理模塊之間的交互采用經(jīng)典的主從模式來實現(xiàn)，而數(shù)據(jù)解析及處理模塊同數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊之間的交互采用經(jīng)典生產(chǎn)者消費者模式來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對MMR930輸出的數(shù)據(jù)進行采集的過程如圖5所示，采集程序首先獲取板卡資源，配置板卡通道的工作方式，使能板卡ARINC4^字格式轉(zhuǎn)換，初始化隊列及通知器，然后進入到數(shù)據(jù)采集循環(huán)，在數(shù)據(jù)采集循環(huán)中包括四條執(zhí)行路徑，其中一條是向 MMR930發(fā)送Label 033命令字，來控制MMR930的工作模式，該命令字要求至少每300毫秒發(fā)送一次。另外三條執(zhí)行路徑是分別采集ILS、VDB、GNSS通道的數(shù)據(jù)，首先讀取對應(yīng)通道的接收緩沖中的數(shù)據(jù)量，然后啟動循環(huán)讀取數(shù)據(jù)，每次循環(huán)讀取一個數(shù)據(jù)并將讀取的數(shù)據(jù)寫入到對應(yīng)的隊列中，由于MMR數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容涉及三個采集通道的數(shù)據(jù)因此需要將三個采集通道的數(shù)據(jù)均寫入MMR隊列中，數(shù)據(jù)通道讀取完成后發(fā)送通知，通知相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序開始執(zhí)行。在實際處理過程中對于發(fā)送通知的條件做了一定的處理，只有滿足條件時才發(fā)送通知，否則將當前數(shù)據(jù)累計算入下次數(shù)據(jù)采集過程，這樣處理的好處是可以減少不必要的數(shù)據(jù)處理的執(zhí)行過程。所述的MMR930輸出的數(shù)據(jù)包括ILS、VOR, MMR, Satellite和FAS數(shù)據(jù)，如圖6中 ILS數(shù)據(jù)處理流程圖所示，首先初始化ILS通知器、ILS隊列、hfo隊列和hfo信號量， 然后進入ILS通道數(shù)據(jù)處理循環(huán)，在程序開始運行時，該ILS通道數(shù)據(jù)處理循環(huán)處于等待 ILS通知狀態(tài)，當接收到數(shù)據(jù)采集程序發(fā)送過來的通知后，則循環(huán)讀取ILS隊列中的數(shù)據(jù)， 形成ILS通道的4 數(shù)據(jù)數(shù)組，判斷當前系統(tǒng)工作模式，工作模式可由當前向MMR930發(fā)送的控制字得出，如果工作在ILS模式則調(diào)用前面在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中封裝的動態(tài)鏈接庫中的GetILSFrameO函數(shù)解析獲得ILS數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)幀，如果處于VOR工作模式，則調(diào)用 GetVorFrameO函數(shù)解析獲得VOR數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)幀。將解析得到的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)幀組合，申請獲取^fo信號量保護，將組合后的數(shù)據(jù)幀寫入^fo隊列中，釋放^fo信號量。然后轉(zhuǎn)入下一次的循環(huán)過程。注意實際處理過程中如果解析的數(shù)據(jù)結(jié)果為空，不做入隊列操作，直接進入下一次的處理過程。所述的GetILSFrame ()函數(shù)和GetVorFrame ()函數(shù)是根據(jù)Arinc標準實現(xiàn)的。如圖7MMR數(shù)據(jù)的處理流程圖所示，首先初始化MMR通知器、MMR隊列、hfo隊列、 Info信號量，然后進入MMR數(shù)據(jù)處理循環(huán)，在程序開始運行時，該循環(huán)處于等待MMR通知狀態(tài)，當接收到數(shù)據(jù)采集程序發(fā)送過來的通知后，則循環(huán)讀取MMR隊列中的數(shù)據(jù)，形成4 數(shù)據(jù)數(shù)組，調(diào)用動態(tài)鏈接庫GetMMRFrameO函數(shù)解析獲得MMR數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)幀。申請獲取化偽信號量保護，將解析得到的數(shù)據(jù)幀寫入^fo隊列中，釋放^fo信號量。然后轉(zhuǎn)入下一次的循環(huán)過程。注意實際處理過程中如果解析的數(shù)據(jù)結(jié)果為空，不做入隊列操作，直接進入下一次的處理過程。如圖SSatellite數(shù)據(jù)處理流程圖所示，首先初始化GNSS通知器、GNSS隊列、Info 隊列、hfo信號量，然后進入Satellite數(shù)據(jù)處理循環(huán)，在程序開始運行時，該循環(huán)處于等待GNSS通知狀態(tài)，當接收到數(shù)據(jù)采集程序發(fā)送過來的通知后，則循環(huán)讀取GNSS隊列中的數(shù)據(jù)，形成4 數(shù)據(jù)數(shù)組，調(diào)用(ietSatelliteFrameO函數(shù)解析獲得MMR數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)幀。申請獲取^fo信號量保護，將解析得到的數(shù)據(jù)幀寫入^fo隊列中，釋放^fo信號量。然后轉(zhuǎn)入下一次的循環(huán)過程。注意實際處理過程中如果解析的數(shù)據(jù)結(jié)果為空，不做入隊列操作， 直接進入下一次的處理過程。如圖9FAS數(shù)據(jù)處理流程圖所示，首先初始化VDB通知器、VDB隊列、hfo隊列、 Info信號量，然后進入FAS數(shù)據(jù)處理循環(huán)，在程序開始運行時，該循環(huán)處于等待VDB通知狀態(tài)，當接收到數(shù)據(jù)采集程序發(fā)送過來的通知后，則循環(huán)讀取VDB隊列中的數(shù)據(jù)，形成4 數(shù)據(jù)數(shù)組，調(diào)用GetFASFrame ()函數(shù)解析獲得FAS數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)幀。申請獲取hfo信號量保護，將解析得到的數(shù)據(jù)幀寫入^fo隊列中，釋放^ifo信號量。然后轉(zhuǎn)入下一次的循環(huán)過程。注意實際處理過程中如果解析的數(shù)據(jù)結(jié)果為空，不做入隊列操作，直接進入下一次的處理過程。如圖10是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對RTK數(shù)據(jù)采集處理的流程圖，采集程序首先打開串口， 配置并清空接收緩沖區(qū)，然后向諾瓦太接收機發(fā)送命令字配置接收機為RTK移動站工作方式，并配置接收機同LABVIEW RT系統(tǒng)的通信方式，初始化hfo隊列及信號量。接下來進入 RTK基準數(shù)據(jù)采集循環(huán)，在每次循環(huán)中首先讀取接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)數(shù)量，然后調(diào)用函數(shù)讀取接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，由于在系統(tǒng)中僅需要NMEA格式的GPS輸出，因此接下來需要對讀取到的數(shù)據(jù)進行非NMEA格式數(shù)據(jù)的濾除，另外RS232數(shù)據(jù)通信過程中存在數(shù)據(jù)幀的截斷問題，需要采用一定的方式處理接收到的輸出以保證數(shù)據(jù)幀的完整性，最后申請信號量保護，將采集到的數(shù)據(jù)寫入hfo隊列，釋放信號量。從而進入到下一次循環(huán)采集過程。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊采用三個獨立的線程來完成，分別是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器監(jiān)聽線程、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送線程、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)讀取線程。如圖11網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器監(jiān)聽線程處理流程圖所示，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器監(jiān)聽線程主要用來監(jiān)聽客戶端的連接請求，當接收到連接請求時則建立連接，并將新建立的連接句柄添加到 Data Sever隊列中。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送線程主要完成將hfo隊列中的數(shù)據(jù)發(fā)送到建立連接的客戶端。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)讀取線程則讀取客戶端發(fā)送來的命令，進而改變當前LABVIEW RT下程序的運行狀態(tài)，比如更改MMR930的控制命令字等。如圖12網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送線程處理流程圖所示，首先初始化hfo隊列以及hfo信號量，然后進入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送循環(huán)，在每次循環(huán)中，首先獲取信號量進行保護，將隊列中的數(shù)據(jù)元素全部讀出，并釋放信號量，在讀出的數(shù)據(jù)中加入系統(tǒng)時間并組幀，其中系統(tǒng)時間與RTK基準數(shù)據(jù)中的UTC時間聯(lián)合共同解決數(shù)據(jù)時鐘同步的問題，在內(nèi)層循環(huán)中遍歷Data kver隊列，對于每一個網(wǎng)絡(luò)連接句柄首先判斷當前網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，如果連接正常則將之前封裝好的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給相應(yīng)的客戶端，如果連接異常則斷開網(wǎng)絡(luò)連接，并將該句柄元素從 Data Sever隊列中刪除。網(wǎng)絡(luò)發(fā)送循環(huán)的定時延時為200毫秒。如圖13網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)讀取線程處理流程圖所示，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)讀取線程遍歷Data Sever 中的網(wǎng)絡(luò)連接句柄元素，讀取命令類型數(shù)據(jù)，當沒有數(shù)據(jù)時會發(fā)生讀取超時錯誤，此時不做任何處理繼續(xù)查詢下一個網(wǎng)絡(luò)連接元素，當讀取為超時并讀取到類型碼后，讀取命令字長度信息，之后讀取命令字內(nèi)容信息，之后按照預(yù)定的方式解析命令字，并做出相應(yīng)的處理， 例如更改MMR930的發(fā)送命令字等。
信號評估與多元圖形顯示模塊主要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)解析以及后期的數(shù)據(jù)處理等功能，在本發(fā)明提供的系統(tǒng)的中，將網(wǎng)絡(luò)通信以及數(shù)據(jù)解析的功能封裝在同一個動態(tài)鏈接庫中，如圖14信號評估與多元圖形顯示模塊網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收線程處理流程圖所示，子系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)通信模塊讀取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)后，首先進行原始數(shù)據(jù)的文件存儲，而后進行數(shù)據(jù)幀校驗，接下來由數(shù)據(jù)解析模塊進行數(shù)據(jù)幀的解析，存儲解析后的結(jié)果數(shù)據(jù)，同時向上層應(yīng)用發(fā)送消息。圖15為封裝的動態(tài)鏈接庫的類結(jié)構(gòu)示意圖。導(dǎo)航信號模擬子系統(tǒng)主要實現(xiàn)各種導(dǎo)航信號的動態(tài)仿真，并通過GPIB總線控制航空信號發(fā)生器產(chǎn)生各種導(dǎo)航信號。如圖16導(dǎo)航信號模擬子系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖所示，其中GPIB底層驅(qū)動模塊主要是封裝了 NI公司生產(chǎn)的GPIB板卡的驅(qū)動，通過該模塊的封裝，使得上層對板卡的操作透明化，所有的板卡操作細節(jié)均在此模塊內(nèi)部完成，上層應(yīng)用只需要調(diào)用該模塊的接口即可。IFR20320通信模塊，該模塊封裝了對于IFR2030信號發(fā)生器的各種控制命令，該模塊內(nèi)部調(diào)用GPIB底層驅(qū)動模塊，將命令字發(fā)送給航空信號發(fā)生器，同時可以解析返回的結(jié)果字符集，該模塊使得上層對信號發(fā)生器的各種控制透明化。通信參數(shù)配置模塊，該模塊主要實現(xiàn)GPIB板卡通信的參數(shù)初始化配置以及航空信號發(fā)生器初始狀態(tài)的設(shè)置。定點控制模塊，該模塊主要是實現(xiàn)導(dǎo)航信號的靜態(tài)控制，亦即模擬航空信號發(fā)生器各種導(dǎo)航模式下的面板按鍵功能，主要包括VOR定點控制模塊、DME定點控制模塊、ILS定點控制模塊。飛行程序模擬模塊主要用于根據(jù)不同的飛行程序及選擇的校驗科目按照相應(yīng)的信號仿真模型仿真各種導(dǎo)航信號。該模塊主要包括圓周飛行程序模擬、徑向飛行程序模擬、 ILS-I飛行程序模擬、ILS-2飛行程序模擬等。另外當需要增加對新的導(dǎo)航信號的采集及處理支持的時候，僅需要添加對應(yīng)的硬件支持，并添加編寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集及處理程序，并設(shè)計對應(yīng)的數(shù)據(jù)表示協(xié)議，就可以使得本系統(tǒng)支持對新數(shù)據(jù)的采集功能，擴展性較強。最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.多源航空導(dǎo)航信號綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)主要包括信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)、信號評估與多元圖形顯示模塊及導(dǎo)航信號模擬子系統(tǒng)，其中，所述的導(dǎo)航信號模擬子系統(tǒng)用于將模擬信號發(fā)送給信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)，信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信模塊與信號評估與多元圖形顯示模塊進行通信，并解析和處理信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)傳送過來的各種導(dǎo)航數(shù)據(jù)，得到導(dǎo)航信號的誤差和容限結(jié)果；所述的信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)主要包括天線陣列、接收機陣列和PXI零槽控制器， 其中天線陣列用于接收各種無線電導(dǎo)航信號，接收機陣列對于天線接收的無線電導(dǎo)航信號進行處理并轉(zhuǎn)換成數(shù)字或者離散以及模擬信號輸出，PXI零槽控制器上裝有各種數(shù)字通用總線以及高速數(shù)字I/O采集設(shè)備，并且該PXI零槽控制器上裝有LABVIEW RT實時操作系統(tǒng)， LABVIEff RT實時操作系統(tǒng)中運行有數(shù)據(jù)采集以及處理的軟件，完成數(shù)據(jù)的采集、解析、封裝以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)送功能；所述的網(wǎng)絡(luò)通信模塊為網(wǎng)絡(luò)交換機，主要為信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)與信號評估與多元圖形顯示模塊的數(shù)據(jù)通信提供物理鏈路；所述的信號評估與多元圖形顯示模塊由一臺數(shù)據(jù)處理計算機及其上運行的數(shù)據(jù)處理程序組成，所述的數(shù)據(jù)處理計算機包括網(wǎng)絡(luò)通信模塊、數(shù)據(jù)解析模塊和上層應(yīng)用；所述的導(dǎo)航信號模擬子系統(tǒng)主要是通過仿真控制計算機控制航空信號發(fā)生器產(chǎn)生導(dǎo)航信號作為信號源，并將信號發(fā)送給信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)，以此來驗證信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)的工作性能；導(dǎo)航信號模擬子系統(tǒng)主要由航空信號發(fā)生器以及仿真控制計算機組成，其中仿真控制計算機上安裝有GPIB板卡，通過GPIB總線控制航空信號發(fā)生器，仿真控制計算機上運行有航空信號仿真控制程序，以此來控制航空信號發(fā)生器動態(tài)的調(diào)節(jié)各種導(dǎo)航信號，將導(dǎo)航信號發(fā)送給信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)中的天線陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多源航空導(dǎo)航信號綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，其特征在于 所述的天線陣列包括GPS天線、航向信號接收天線、下滑信號接收天線、全向信標信號接收天線和甚高頻廣播接收天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多源航空導(dǎo)航信號綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，其特征在于 所述的接收機陣列包含DME接收機、MARKER接收機、ILS接收機、VOR接收機、GNSS接收機、 GBAS接收機以及RTK移動站，另外還包括慣導(dǎo)設(shè)備以及大氣數(shù)據(jù)設(shè)備；其中的ILS接收機、 VOR接收機、GNSS接收機和GBAS接收機采用MMR930多模式接收機代替來接收各種導(dǎo)航信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多源航空導(dǎo)航信號綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，其特征在于 所述的PXI零槽控制器上安裝有PXI接口的RS232、ARINC429、高速數(shù)字I/O和DAQ板卡， 在PXI零槽控制器上還安裝有LABVIEW RT實時操作系統(tǒng)，LABVIEW RT實時操作系統(tǒng)中有安裝各種板卡的驅(qū)動，同時在該LABVIEW RT實時操作系統(tǒng)上運行數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理程序， 對各種導(dǎo)航接收機及其他導(dǎo)航設(shè)備的數(shù)據(jù)進行采集及預(yù)處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多源航空導(dǎo)航信號綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理程序采用LABVIEW 2010以及Visual C++6. 0開發(fā)實現(xiàn)，在 LABVIEff中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與通信，而使用Visual C++6. 0實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的解析、預(yù)處理、 時鐘同步處理以及數(shù)據(jù)幀的封裝，并將這些處理過程封裝成動態(tài)鏈接庫供LABVIEW下的程序調(diào)用；數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理程序劃分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)解析及處理模塊和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊，數(shù)據(jù)采集模塊主要負責采集MMR930以及RTK的移動站數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)解析及處理模塊主要負責ARINC^9字的解析、數(shù)據(jù)預(yù)處理以及幀格式的封裝，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊主要是將數(shù)據(jù)以固定的幀格式發(fā)送給信號評估與多元圖形顯示模塊；其中數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)解析及處理模塊之間的交互采用經(jīng)典的主從模式來實現(xiàn)，而數(shù)據(jù)解析及處理模塊同數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊之間的交互采用經(jīng)典生產(chǎn)者消費者模式來實現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多源航空導(dǎo)航信號綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，其特征在于 所述的數(shù)據(jù)采集模塊采集MMR930數(shù)據(jù)的采集流程為采集程序首先獲取板卡資源，配置板卡通道的工作方式，使能板卡ARINC4^字格式轉(zhuǎn)換，初始化隊列及通知器，然后進入到數(shù)據(jù)采集循環(huán)，在數(shù)據(jù)采集循環(huán)中包括四條執(zhí)行路徑，其中一條是向MMR930發(fā)送Label 033 命令字，來控制MMR930的工作模式，該命令字要求至少每300毫秒發(fā)送一次；另外三條執(zhí)行路徑是分別采集ILS、VDB、GNSS通道的數(shù)據(jù)，首先讀取對應(yīng)通道的接收緩沖中的數(shù)據(jù)量，然后啟動循環(huán)讀取數(shù)據(jù)，每次循環(huán)讀取一個數(shù)據(jù)并將讀取的數(shù)據(jù)寫入到對應(yīng)的隊列中，由于 MMR數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容涉及三個通道的數(shù)據(jù)因此需要將三個通道的數(shù)據(jù)均寫入MMR隊列中，數(shù)據(jù)通道讀取完成后發(fā)送通知，通知相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序開始執(zhí)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多源航空導(dǎo)航信號綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，其特征在于 所述所述的MMR930輸出的數(shù)據(jù)包括ILS、VOR、MMR, Satellite和FAS數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多源航空導(dǎo)航信號綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，其特征在于 所述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊采用三個獨立的線程來完成，分別是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器監(jiān)聽線程、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送線程、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)讀取線程；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器監(jiān)聽線程主要用來監(jiān)聽客戶端的連接請求，當接收到連接請求時則建立連接，并將新建立的連接句柄添加到Data Sever隊列中；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送線程主要完成將hfo 隊列中的數(shù)據(jù)發(fā)送到建立連接的客戶端；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)讀取線程則讀取客戶端發(fā)送來的命令， 進而改變當前LABVIEW RT下程序的運行狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多源航空導(dǎo)航信號綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，屬于組合導(dǎo)航以及飛行校驗技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)主要包括信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)、信號評估與多元圖形顯示模塊及導(dǎo)航信號模擬子系統(tǒng)。所述的導(dǎo)航信號模擬子系統(tǒng)用于將模擬信號發(fā)送給信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)，信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信模塊與信號評估與多元圖形顯示模塊進行通信，并解析和處理信號采集及預(yù)處理子系統(tǒng)傳送過來的各種導(dǎo)航數(shù)據(jù)塊，得到導(dǎo)航信號的誤差和容限結(jié)果。本發(fā)明利用模塊化設(shè)計，構(gòu)建靈活，擴展性強，可以方便的對多源航空導(dǎo)航信號的綜合數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)的功能進行擴充，以提供對新類型導(dǎo)航信號的采集支持。
文檔編號G01C25/00GK102519488SQ20111042018
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者史曉鋒, 張軍, 林國鈞, 蔡德勝 申請人:北京航空航天大學(xué)