СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ДАННЫХ Российский патент 2014 года по МПК G06F17/40 G01D9/00 

Система регистрации данных используется на летательных аппаратах (ЛА) для обработки, обобщения и хранения полетной информации.

Известна система регистрации данных, содержащая блок сбора и преобразования информации, защищенный накопитель, пульт управления, блок контроля и контроллер защищенного накопителя, блок обработки звуковой информации и блок съема (патент РФ №2173835, МПК G0D 9/00, G01C 21/00, G11C 15/00, B64D 43/00). Недостатками этой системы являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью обеспечить пилота текущей полетной информацией, что отрицательно сказывается на оперативности принятия решений и необходимости использования наземных средств обработки.

Известна система регистрации данных, содержащая блок сбора и преобразования информации, защищенный накопитель, пульт управления, блок контроля, контроллер защищенного накопителя, блок обработки звуковой информации, блок съема информации и блок обработки полетной информации (патент РФ №2287132, МПК G01D 9/00, G01C 21/00, G11C 15/00, B64D 43/00).

Эта система как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому результату принята за ближайший аналог (прототип).

Недостатками известной системы являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью прогнозирования отказов ЛА, на который установлена система. Принимаемая системой входная информация (данные) не содержит диагностической информации, на основании которой можно достоверно оценить состояние ЛА, а алгоритмы, зашитые в блоке обработки полетной информации, реализуют только визуализацию параметров и их допусковый контроль (выход принятых значений параметров за заранее заданные границы) с выдачей результатов обработки, через блок контроля, в бортовую систему отображения информации. Такие алгоритмы обработки позволяют выявить ненормальную работу или установить факт произошедшего отказа, но не позволяют, по изменению значений параметров входной информации, прогнозировать наступление отказов в будущем.

Информация (данные), поступающая на входы системы, изменяется в процессе эксплуатации вследствие износа узлов и агрегатов, на которые установлены датчики, и старения электронных систем, что рано или поздно приводит к отказам. Для получения достоверного прогноза скорого наступления отказа и предотвращения летного происшествия или аварии ЛА необходимо выбрать перечень диагностируемых параметров (как от штатных, так и от специально для этой цели установленных дополнительных датчиков) и обеспечивать их сбор, накопление и обработку по всем выполняемым полетам, т.е. проводить мониторинг состояния контролируемого объекта. По мере изменения от полета к полету считываемых данных датчиков можно прогнозировать скорое наступление отказов элементов ЛА и соответственно предупреждать их, заменяя (ремонтируя) узлы, агрегаты и системы, находящиеся в предотказном состоянии. Для этого необходимо использовать результаты обработки по заранее определенным алгоритмам информации (данных), полученных по каждому полету в процессе эксплуатации данного ЛА.

Кроме того, такой способ контроля дает возможность эксплуатировать ЛА «по состоянию», то есть не проводить периодические регламентные работы, а ограничиваться текущим ремонтом ЛА (в необходимом и достаточном объеме) по мере выявления предотказных состояний. Это позволит не исключать ЛА из программы полетов и сократить финансовые затраты и временные простои в процессе эксплуатации.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей системы в части обеспечения мониторинга состояния жизненно важных узлов и агрегатов ЛА, что позволяет предотвращать летные происшествия и аварии ЛА, а также дает дополнительный экономический эффект в процессе эксплуатации ЛА.

Технический результат достигается тем, что система регистрации данных, содержащая блок сбора и преобразования информации, защищенный накопитель, блок съема информации, блок контроля, контроллер защищенного накопителя, причем информационные входы блока сбора и преобразования информации соединены с датчиками и системами контролируемого объекта, а его четвертый вход подключен к бортовому пульту управления, первый, второй, третий и пятый входы контроллера защищенного накопителя соединены соответственно с первым выходом блока сбора и преобразования информации, выходом защищенного накопителя, первым выходом блока контроля и с бортовыми источниками звуковой информации, первый, второй и четвертый выходы контроллера защищенного накопителя соединены соответственно с первым входом защищенного накопителя, первым входом блока контроля и вторым входом блока съема информации, первый вход блока съема информации соединен с третьим выходом блока сбора и преобразования информации, второй выход которого соединен со вторым входом блока контроля, второй и третий выходы блока контроля соединены соответственно с пятым входом блока сбора и преобразования информации и с бортовой системой отображения информации, снабжена блоком накопления и обработки диагностической информации, входы диагностической информации которого соединены с дополнительными датчиками, четвертый вход соединен с пятым выходом контроллера защищенного накопителя, первый выход соединен с третьим входом блока контроля, а второй выход и пятый вход - с третьим входом и выходом блока съема информации.

На фиг.1 представлена структурная схема системы регистрации данных.

Система регистрации данных состоит из блока 1 сбора и преобразования информации, выполненного на базе микросхем коммутаторов, аналого-цифровых преобразователей и микропроцессоров, защищенного накопителя 2, выполненного на базе микросхем энергонезависимой памяти, блока 3 съема информации, в состав которого входит микропроцессор и адаптер записи информации на съемную кассету с энергонезависимой памятью, в качестве которой может быть использована, например, стандартная PCMCI-карта, блока 4 контроля, который, в частности, может быть построен на базе микропроцессорных наборов, цифроаналоговых преобразователей в качестве источников аналоговых тестовых сигналов, формирователей разовых тестовых сигналов и микроЭВМ с зашитыми в ней алгоритмами обработки и преобразования полетной информации в форму, удобную для отображения, контроллера 5 защищенного накопителя, выполненного на базе микроЭВМ с интерфейсами связи с остальными блоками системы и прочей бортовой и наземной аппаратурой, блока 6 накопления и обработки диагностической информации, который может быть выполнен на базе микросхем аналого-цифровых преобразователей, программируемой логики (ПЛИС), микропроцессоров, микроЭВМ и собственной энергонезависимой памяти, в качестве которой может быть использован твердотельный диск (например, с SATA-интерфейсом).

Система регистрации данных работает следующим образом.

Информация (данные), поступающая от датчиков и систем контролируемого объекта на информационные входы 1, 2, 3 блока 1, преобразуется в нем в единую цифровую форму и запоминается в оперативном запоминающем устройстве блока 1. Одновременно из полученной информации формируется сообщение для записи в защищенный накопитель 2 в виде информационного кадра, состоящего из набора синхрослов и информационных слов.

Программа обработки поступающей информации, программа подключения датчиков и систем, частота их опроса, структура информационного кадра, формируемая блоком 1, разрабатываются для каждого конкретного случая применения системы регистрации.

На управляющий вход 4 блока 1 с бортового пульта управления вводятся опознавательные данные (номера блоков, дата, астрономическое время и т.п.), которые также преобразуются для записи в информационные кадры. Информационные кадры с первого выхода блока 1 поступают на первый вход контроллера 5, в котором преобразуются к виду, требуемому для записи в защищенный накопитель 2, и последовательно передаются и записываются в память накопителя 2. Вся область памяти накопителя 2 подразделяется на информационную, где хранится вся регистрируемая информация, и служебную, где хранятся специальная информация и программы, необходимые для привязки системы регистрации к конкретному объекту контроля.

В каждом цикле записи проводится контроль правильности записи информации путем считывания и передачи ее по линиям связи с выхода накопителя 2 на второй вход контроллера 5 для сравнения. При обнаружении ошибок производится несколько повторных циклов записи/чтения. В случае, если запись осуществляется с ошибкой, принимается решение о дефекте элемента памяти, и запись производится в соседний элемент памяти. Номер дефектного элемента записывается в специально отведенную часть служебной области памяти накопителя 2, регистрируемая информация (данные) записывается только в исправные элементы памяти.

Кроме того, если число дефектных элементов превысит допустимый уровень, в контроллере 5 формируется сигнал отказа тракта регистрации, который передается со второго выхода контроллера 5 на первый вход блока 4.

В блоке 4 при приеме этого сигнала формируется сигнал отказа системы, который поступает на третий выход блока 4 контроля для предъявления оператору через бортовую систему отображения информации.

Одновременно с передачей информационных кадров с первого выхода блока 1 информация в виде двоичного кода со второго его выхода поступает на второй вход блока 4, на первый вход которого из контроллера 5 поступают считанные из служебной области памяти накопителя 2 градуировочные характеристики датчиков и эксплуатационные ограничения. Эта информация обрабатывается в блоке 4 с целью выявления выходов режимов управления объектом за допустимые пределы. При обнаружении таких ситуаций в блоке 4 формируются сигналы, которые с первого выхода блока 4 поступают на третий вход контроллера 5 для последующей регистрации в памяти защищенного накопителя 2, а для предупреждения оператора о выходе режимов управления объектом за допустимые пределы и о появлении аварийных и предаварийных ситуаций эти сигналы с выхода 3 блока 4 поступают в бортовую систему отображения информации. Кроме того, в зависимости от функционального назначения ЛА (боевой, учебный, морской, санитарный и т.п.) получаемая блоком 4 от блоков 1 и 5 информация посредством зашитых в нем алгоритмов визуализации преобразуется в соответствующий перечень параметров определенной последовательности и формы с учетом цветового кодирования, удобной для отображения, и передается в бортовую систему отображения информации. Объем информации, необходимой для вывода на бортовую систему отображения, определяет в полете пилот, например, это может быть информация о летно-технических ограничениях при учебных полетах, о состоянии бортового оборудования, о наличии оружия, топлива, эшелонировании и т.д.

На пятый вход блока 1 со второго выхода блока 4 периодически подаются тестовые сигналы, формируемые в блоке 4. Эти сигналы обрабатываются блоком 1 аналогично информации от датчиков, и результаты обработки передаются на второй вход блока 4. Блок 4 производит сравнение результатов обработки с тестами и по результатам сравнения формирует сигнал исправности/отказа блока 1. Этот сигнал с третьего выхода блока 4 поступает в бортовую систему отображения информации для предъявления оператору, а с первого выхода блока 4 на третий вход контроллера 5 - для регистрации в память накопителя 2.

В блоке 5 поступающая от бортовых источников звуковая информация (предварительно оцифрованная и сжатая по определенным алгоритмам) преобразуется к виду, удобному для регистрации в защищенную память накопителя 2, аналогично параметрической, и пишется в отдельную информационную область памяти накопителя 2, специально выделенную для этого.

В записываемую звуковую информацию периодически добавляются временные метки, полученные из параметрической информации, поступающей на вход 1 блока 5 от блока 1, либо, при их отсутствии, генерируемые блоком 5 самостоятельно. В последнем случае эти же метки включаются и в записываемую параметрическую информацию.

Одновременно вся регистрируемая в защищенном накопителе информация в порядке ее поступления передается с выхода 4 блока 5 на вход 2 блока 3, в котором осуществляется ее запись на съемную кассету с энергонезависимой памятью. Перезапись осуществляется под управлением программного обеспечения таким образом, что в памяти съемной кассеты блока 3 создается точная копия содержимого защищенного накопителя 2. Причем вся область памяти съемной кассеты блока 3, выделенная для записи информации, подразделяется на отдельные зоны по аналогии с памятью защищенного накопителя 2.

Кроме того, на вход 1 блока 3 с выхода 3 блока 1 поступает дополнительная информация, которую не требуется регистрировать в защищенном накопителе 2, но которая может быть использована при обслуживании ЛА для более детального контроля функционирования оборудования ЛА и его текущего состояния, а также с целью анализа выполнения полетного задания, оценки техники пилотажа.

В случае аварийной ситуации, при отказе системы, а также при различных работах для проверки работоспособности системы информация, накопленная в защищенном накопителе 2, может считываться контроллером 5 и передаваться с его третьего выхода на вход наземной аппаратуры обработки информации. Программное обеспечение позволяет не только полностью считывать всю зарегистрированную информацию, но и осуществлять выборочное считывание из служебной области памяти накопителя 2 и запись в нее служебной информации: градуировочные характеристики датчиков, эксплуатационные ограничения и т.п., получаемые от наземной аппаратуры обработки информации на четвертый вход контроллера 5.

Диагностическая информация, необходимая для мониторинга состояния ЛА, формируется дополнительно устанавливаемыми для этой цели на контролируемом объекте датчиками (это могут дать датчики вибрации, давления, ускорения, температуры и прочих параметров), поступает на информационные входы 1, 2, 3 блока 6 накопления и обработки диагностической информации, оцифровывается и помещается в диагностический кадр, передаваемый с выхода 2 блока 6 на вход 3 блока 3, где он записывается в специально выделенную зону съемной кассеты памяти.

С целью возможности синхронизации по времени данных диагностического кадра с прочими данными, записанными на съемной кассете памяти блока 3, с выхода 5 контроллера 5 на вход 4 блока 6 подаются синхросигналы, аналогичные тем, которые записываются в информационном кадре, сохраняемом в защищенном накопителе 2 и дублируемом в съемной кассете памяти блока 3.

Блок 6 накопления и обработки диагностической информации может иметь собственную съемную кассету памяти (например, твердотельный диск с SATA-интерфейсом), на которую регистрируется как диагностическая информация, так и весь объем информации, регистрируемой в защищенном накопителе 2. Эту информацию блок 6 получает на свой вход 4 с выхода 5 контроллера 5 защищенного накопителя.

При необходимости, диагностический кадр посредством выдачи через выход 3 блока 6 на вход 2 накопителя 2 может быть также записан в специально выделенную зону энергонезависимой памяти защищенного накопителя 2, что позволяет сохранить диагностическую информацию в случае повреждения блока съема 3 при аварии ЛА.

При наземной обработке диагностической информации показания датчиков, записанные на съемной кассете памяти блока 3 в процессе последнего полета, обрабатываются с помощью специальных алгоритмов, использующих статистические данные, накопленные во время предыдущих полетов данного ЛА. По результатам обработки составляется прогноз возможного времени наступления отказов ЛА с уточнением конкретных узлов (агрегатов, систем), находящихся в предотказном состоянии.

Получаемая блоком 6 на входы 1, 2, 3 диагностическая информация также подвергается экспресс-анализу в режиме реального времени непосредственно в процессе выполнения полета. При этом используются алгоритмы экспресс-обработки (например, допускового контроля, адаптивного контроля и т.п.), формируемые наземной аппаратурой обработки информации и учитывающие результаты (показания датчиков) по предыдущим полетам данного ЛА. Сформированные таким образом алгоритмы при подготовке к очередному полету записываются в специально выделенную для этого зону памяти съемной кассеты блока 3, причем возможность записи в эту зону памяти имеет только наземная аппаратура обработки информации. Далее, в процессе полета алгоритмы экспресс-обработки считываются из указанной зоны памяти съемной кассеты и с выхода блока 3 поступают на вход 5 блока 6, который использует их для непрерывной обработки поступающих от датчиков диагностических данных. В случае возникновения в полете опасной ситуации (превышения каким-либо параметром индивидуальных допусковых границ, критически высокой скоростью изменения показаний датчиков и т.д.), с выхода 1 блока 6 на вход 3 блока 4 выдается соответствующая информация. Получаемая блоком 4 от блока 6 информация преобразуется в блоке 4 в предупреждающие или аварийные сообщения (посредством зашитых в нем алгоритмов визуализации), которые с выхода 3 поступают в бортовую систему отображения информации для предупреждения оператора.

Таким образом, введение блока 6 накопления и обработки диагностической информации позволило расширить функциональные возможности системы регистрации, обеспечив диагностику состояния летательных аппаратов в процессе длительной эксплуатации, предупреждение отказов и сокращение расходов на содержание парка летательных аппаратов за счет их эксплуатации по техническому состоянию.

Изобретение относится к приборостроительной технике и может быть использовано на летательных аппаратах для обработки, хранения и отображения полетной информации. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения диагностики состояния летательных аппаратов в процессе длительной эксплуатации и предупреждения отказов. Технический результат достигается за счет системы, которая содержит блок сбора и преобразования информации, защищенный накопитель, блок съема информации, блок контроля, контроллер защищенного накопителя и блок накопления и обработки диагностической информации. При этом из блока сбора и преобразования информации через контроллер защищенного накопителя весь объем информации, регистрируемой в защищенном накопителе, поступает в блок накопления и обработки диагностической информации, на информационные входы которого непосредственно также поступает необходимая для диагностики информация от дополнительных датчиков. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система регистрации данных, содержащая блок сбора и преобразования информации, защищенный накопитель, блок съема информации, блок контроля, контроллер защищенного накопителя, причем информационные входы блока сбора и преобразования информации соединены с датчиками и системами контролируемого объекта, а его четвертый вход подключен к бортовому пульту управления, первый, второй, третий и пятый входы контроллера защищенного накопителя соединены соответственно с первым выходом блока сбора и преобразования информации, выходом защищенного накопителя, первым выходом блока контроля и с бортовыми источниками звуковой информации, первый, второй и четвертый выходы контроллера защищенного накопителя соединены соответственно с первым входом защищенного накопителя, первым входом блока контроля и вторым входом блока съема информации, первый вход блока съема информации соединен с третьим выходом блока сбора и преобразования информации, второй выход которого соединен со вторым входом блока контроля, второй и третий выходы блока контроля соединены соответственно с пятым входом блока сбора и преобразования информации и с бортовой системой отображения информации, отличающаяся тем, что снабжена блоком накопления и обработки диагностической информации, входы диагностической информации которого соединены с дополнительными датчиками, четвертый вход соединен с пятым выходом контроллера защищенного накопителя, первый выход соединен с третьим входом блока контроля, а второй выход и пятый вход - с третьим входом и выходом блока съема информации.

2. Система регистрации данных по п.1, отличающаяся тем, что блок накопления и обработки диагностической информации может иметь собственную съемную кассету памяти.

3. Система регистрации данных по п.1, отличающаяся тем, что третий выход блока накопления и обработки диагностической информации соединен со вторым входом защищенного накопителя.