Интегрированная система регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса "человек-машина" Российский патент 2018 года по МПК G01D9/00 G06F17/40 G05B23/02 G06F11/30 

Изобретение относится к приборостроительной технике и может быть использовано на летательных аппаратах для обработки, хранения, отображения и передачи полетной информации на наземные пункты управления.

Известна система регистрации данных, содержащая блок сбора и преобразования информации, защищенный накопитель, блок съема информации, блок контроля, контроллер защищенного накопителя и блок накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА (патент РФ №2531573, МПК G01D 9/00, G06H 17/40, опубл. 10.10.2014 г.).

Недостатками известной системы являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью исключения влияния физического состояния пилота на безопасность полета и своевременного (до окончания полета) получения этой информации и информации о текущем техническом состоянии элементов и агрегатов ЛА руководителем полета на земле.

Известна интегрированная система регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина», содержащая блок сбора и преобразования информации, защищенный накопитель, блок съема информации, блок контроля, контроллер защищенного накопителя, блок накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА и блок диагностирования физического состояния пилота (патент РФ №2602350 МПК G05B 23/02, G01D 9/00, G06F 11/30, G06H 17/40, опубл. 20.11.2016 г.).

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

В современных условиях для обеспечения безопасности полета требуется получение постоянной (текущей) информации о техническом состоянии элементов и агрегатов ЛА и физического состояния пилота на земле. Однако известная система не может обеспечить получение и передачу такой информации в силу ограниченных функциональных возможностей, что отрицательно сказывается на оперативности принятия решения руководителем полета.

Недостатками известной системы являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что эта система не предоставляет удаленный доступ к текущему техническому состоянию элементов и агрегатов ЛА и физическому состоянию пилота руководителем полета на земле в реальном времени.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей системы в части обеспечения руководителя полетом на земле информацией о техническом состоянии элементов и агрегатов ЛА и физическом состоянии пилота в реальном времени, что позволяет ликвидировать временной разрыв от момента события (изменения технического состояния элементов и агрегатов ЛА или физического состояния пилота) в воздухе до его получения на наземные пункты, времени обработки полученной информации и принятия решения, а также повысить своевременность и достоверность установления причин, приведших к летному происшествию или катастрофе.

Технический результат достигается тем, что интегрированная система регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина», содержащая блок сбора и преобразования информации, защищенный накопитель, блок съема информации, блок контроля, контроллер защищенного накопителя, блок накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА, блок диагностирования физического состояния пилота, блок подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления, причем информационные входы блока сбора и преобразования информации соединены с датчиками и системами летательного аппарата, 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, входы диагностической информации блока накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА соединены с датчиками диагностирования состояния элементов и агрегатов ЛА, 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 первым выходом блока съема информации, третий выход соединен со вторым входом защищенного накопителя, входы диагностической информации блока диагностирования физического состояния пилота соединены с датчиками диагностирования физического состояния пилота, первый выход соединен с четвертым входом блока контроля, второй выход - с четвертым входом блока съема информации, третий выход - с третьим входом защищенного накопителя, а четвертый вход подключен к пятому выходу контроллера защищенного накопителя, отличается тем, что снабжена блоком подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления, вход которого соединен со вторым выходом блока съема информации, а первый и второй выходы соединены с авиационными системами беспроводной передачи информации в реальном времени: передатчиком КВ-диапазона и спутниковой системой связи соответственно.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная схема интегрированной системы регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина». Система 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 состояния элементов и агрегатов ЛА, 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), блока 7 диагностирования физического состояния пилота, который может быть выполнен на базе микросхем аналого-цифровых преобразователей, ПЛИС, микропроцессора с собственной энергонезависимой памятью, блока 8 подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления, который может быть выполнен на основе микропроцессора и адаптеров кодов для передачи информации на наземные пункты управления в КВ-диапазоне и по спутниковой линии связи.

Система работает следующим образом. Информация (данные), поступающая от датчиков и систем ЛА на информационные входы 1, 2, 3 блока 1, преобразуется в нем в цифровой вид и запоминается в его оперативном запоминающем устройстве. Из преобразованной информации по определенной для конкретного объекта применения программе формируется сообщение и записывается в защищенный накопитель 2 в виде информационного кадра.

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. 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 с целью выявления возможных ошибок записи/чтения и принятия решения о дефектных блоках памяти. 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. 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. В записываемую звуковую информацию периодически добавляются временные метки, полученные из параметрической информации, поступающей на вход 1 блока 5 от блока 1. 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. Кроме того, на вход 1 блока 3 с выхода 3 блока 1 поступает информация, 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 полностью считывать всю зарегистрированную информацию, 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 устанавливаемыми для этой цели на контролируемых элементах и агрегатах ЛА датчиками, 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, 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 показания датчиков, записанные в памяти блока 3 в процессе полета, обрабатываются с помощью специальных алгоритмов. 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 подвергается экспресс-анализу в режиме реального времени непосредственно в процессе выполнения полета. В процессе полета алгоритмы экспресс-обработки считываются из 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. Диагностирование физического состояния пилота достигается установкой на нем датчиков диагностирования физического состояния пилота (пульс, температура, давление, состояние зрачков и т.д.), информация с которых поступает на информационные входы 1, 2, 3 блока 7, преобразуется, оцифровывается и помещается в кадр, передаваемый с выхода 2 блока 7 на вход 4 блока 3, где он записывается в специально отведенную зону съемной кассеты памяти. С целью синхронизации по времени с выхода 5 блока 5 на вход 4 блока 7 подаются синхросигналы, аналогичные поступаемым в блок 6. Аналогично диагностической информации информация по состоянию пилота с выхода 3 блока 7 поступает в специальную зону памяти защищенного накопителя 2 по его входу 3.

По завершении полета из блоков 2 и 3 по запросу, поступающему на вход 4 блока 5, извлекается информация о всех записанных параметрах физического состояния пилота, синхронизированная с параметрической и диагностической информациями состояния элементов и агрегатов ЛА, и выдается через выход 3 блока 5 в наземную аппаратуру обработки.

В зависимости от функционального назначения ЛА получаемая с выхода 2 блока 3 на вход блока 8 информация о текущем техническом состояния элементов и агрегатов ЛА и физического состояния пилота, подверженная экспресс-анализу в режиме реального времени непосредственно в процессе выполнения полета, вместе с прогнозом возможного времени наступления отказов ЛА с уточнением конкретных узлов (агрегатов, систем), находящихся в предотказном состоянии, преобразуется по специальным алгоритмам передачи по беспроводной линии на наземные пункты и с помощью адаптеров кодов в объеме, необходимом для принятия решения руководителем полета, выдается с 1 выхода в авиационный передатчик KB-диапазона и со 2 выхода в авиационную спутниковую систему связи.

Таким образом, введение блока 8 подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления позволило расширить функциональные возможности известной системы регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина» в части обеспечения руководителя полетом на земле информацией о техническом состоянии элементов и агрегатов ЛА и физическом состоянии пилота в реальном времени, что дает возможность ликвидировать временной разрыв от момента события в воздухе до его получения на наземные пункты, времени обработки полученной информации и принятия решения, а также повысить своевременность и достоверность установления причин, приведших к летному происшествию или катастрофе.

Интегрированная система регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина» содержит блок сбора и преобразования информации, защищенный накопитель, блок съема информации, блок контроля, контроллер защищенного накопителя, блок накопления и обработки диагностической информации, блок диагностирования физического состояния пилота, блок подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления, соединенные определенным образом. Обеспечивается расширение функциональных возможностей системы за счет уменьшения времени обработки полученной информации. 1 ил.

Интегрированная система регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина», содержащая блок сбора и преобразования информации, защищенный накопитель, блок съема информации, блок контроля, контроллер защищенного накопителя, блок накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА, блок диагностирования физического состояния пилота, блок подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления, причем информационные входы блока сбора и преобразования информации соединены с датчиками и системами летательного аппарата, 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, входы диагностической информации блока накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА соединены с датчиками диагностирования состояния элементов и агрегатов ЛА, 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 первым выходом блока съема информации, третий выход соединен со вторым входом защищенного накопителя, входы диагностической информации блока диагностирования физического состояния пилота соединены с датчиками диагностирования физического состояния пилота, первый выход соединен с четвертым входом блока контроля, второй выход - с четвертым входом блока съема информации, третий выход - с третьим входом защищенного накопителя, а четвертый вход подключен к пятому выходу контроллера защищенного накопителя, отличающаяся тем, что снабжена блоком подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления, вход которого соединен со вторым выходом блока съема информации, а первый и второй выходы соединены с авиационными системами беспроводной передачи информации в реальном времени: передатчиком КВ-диапазона и спутниковой системой связи соответственно.