飞机机电综合管理平台应用任务调度方法研究

针对飞机机电综合管理平台应用任务多、实时性强、安全性高的特点,通过研究ARINC653标准中的分区、进程两级任务调度机制和机载机电系统应用软件特点,设计了飞机机电综合管理平台应用任务分区划分、分区时间调度规划和分区内任务调度的具体方法。该方法可实现不同安全级别应用任务安全、实时共享机电综合管理平台资源。仿真实验结果表明,该方法能确定性保证飞机机电综合管理平台全部任务的可调度性,提高了系统安全性和硬件资源利用率,降低了系统开销。     

一种新型飞行器管理计算机的设计和实现

围绕新一代先进航空飞行器,对高度综合化飞行器管理计算机的需求,国内外争相开展新型容错计算机的相关技术研究。ARINC 659背板总线因其强实时性、高带宽、抗干扰和容错能力强而著称,现已成为航空电子设备标准背板总线,也已成为模块化、综合化架构航电系统的关键技术。因此,基于ARINC 659总线容错计算机的研制已逐渐成为高可靠航空电子系统研究的热点和重点。提出了基于ARINC 659总线的新型容错计算机构架设计方案、余度管理以及故障实时诊断与隔离等关键技术。     

基于DMS和EDF的CAN总线混合调度算法

针对CAN总线调度问题,分析了CAN网络中信息帧发生传输错误的概率化最大响应时间,融合DMS算法的可预测性良好、处理器开销低以及对数分区EDF算法的灵活性强、网络利用率高的特点,提出一种考虑消息关键性的混合调度算法;在上述研究基础上,利用MATLAB/SimEvents工具箱建立CAN网络模型,并对3种调度算法进行了仿真,当网络利用率达到约85%时,混合调度算法丢包率为0.8%,但丢失的数据不包含硬实时消息,而且成功降低了处理器的额外开销时间,仿真结果表明混合调度算法既能提高系统的实时性,又能减小处理器的运算负担。     

农作物冠层光谱信息的施肥管理分区研究

随着地面遥感技术的不断发展,越来越多的农作物冠层光谱检测传感器被应用到了农业生产,其中应用较为广泛的就是Greenseeker植物光谱检测仪,利用Greenseeker植物光谱检测仪可以获取农作物冠层光谱信息归一化植被指数（NDVI）数据,从而能够进行农作物的施肥管理分区的划分,依据划分好的施肥管理分区可以实现有针对性的变量施肥。模糊c-均值（FCM）算法是划分农作物施肥管理分区常用的算法,但是模糊c-均值算法具有一定的局限性,就是在计算过程中随着NDVI数据量的增加会不断进行数据的迭代计算,从而会影响施肥管理分区划分的速度。在模糊c-均值算法的基础上提出一种基于模型的模糊c-均值（MFCM）算法,基于模型的模糊c-均值算法在划分农作物施肥管理分区过程中不必在每获取一组数据时就对全部数据进行迭代计算,可有效提高划分施肥管理分区的速度。通过搭建的农作物冠层光谱信息采集平台获取大豆和玉米的NDVI数据,利用基于模型的模糊c-均值算法划分大豆和玉米的施肥管理分区,使用分区评价指标轮廓系数（SC）和调整兰德指数（ARI）评价划分施肥管理分区的效果。结果表明,随着获取的NDVI数据量的不断增加,基于模型的模糊c-均值算法相比于模糊c-均值算法能够更快的划分施肥管理分区,在划分大豆施肥管理分区上,基于模型的模糊c-均值算法快0.02～0.15 s;在划分玉米施肥管理分区上,基于模型的模糊c-均值算法快0.07～0.51 s。通过计算评价划分施肥管理分区效果的指标轮廓系数和调整兰德指数发现,在不同NDVI数据量的情况下进行划分施肥管理分区,轮廓系数的值最大相差为0.022,说明两种算法划分施肥管理分区的效果相差不大;调整兰德指数的值对数据的波动变化比较敏感,在NDVI数据量达到6 000后能够维持在0.7以上,但当NDVI数据波动变化较大时会出现一定的下降。     

基于ARINC661规范的平视显示器显示技术研究

作为新一代驾驶舱显示系统的行业标准,ARINC661规范推动着整个航空机载电子设备的发展。针对传统的定制式平视显示器显示形式,根据其工作原理,提出了基于ARINC661规范的整体设计方案,并对具体的功能模块及通信过程进行了详细研究。为提高系统的实时性,在UA模块运用了NNAF数据挖掘算法实现对飞行参数的预处理,在渲染模块采用了深度优先搜索算法进行遍历,并给出设计实例对系统进行验证,结果表明基于ARINC661规范的平视显示器开发更具有开放性和扩展性。     

ARINC659总线在航空发动机控制系统中的应用

传统航空发动机全权限数字电子控制(FADEC)系统普遍采用集中式架构,系统余度降级快,模块重用性差,软件升级困难,随着控制变量增多,控制功能日益复杂,集中式架构缺点凸显;文章提出一种基于ARINC659总线的模块化、开放式FADEC系统架构技术,给出该技术的实现方案、总线时间规划、表决机制和重构策略;试验与应用结果表明,相对于集中式架构技术,该技术利于系统重构,可延缓余度降级,提高系统可靠性,同时利于软/硬件模块升级和重用;研究成果已成功应用于某型FADEC系统中。     

融合t-分布随机邻域嵌入与自动谱聚类的脑功能精细分区方法

本文针对目前脑功能分区不够准确的问题，基于静息态功能磁共振数据，提出了一种融合t-分布随机邻域嵌入（t-SNE）与自动谱聚类（ASC）的人脑功能精细分区的算法.首先，基于静息态功能磁共振图像，对需功能划分的脑区与全脑的时间序列作相关分析，得到需划分脑区的功能连接模式；然后，利用t-SNE算法提取高维功能连接模式特征；最后，通过基于本征间隙的ASC算法自动确定聚类数目，并对降维后的脑区特征分类，得到精细划分的脑亚区.模拟种子区域上的实验结果表明，相较谱聚类算法，以及结合主成分分析的谱聚类算法，本文方法对脑功能体素划分更优.进一步将本方法应用到真实人脑的功能分区中，成功地将海马旁回分为左右半球各3个亚区.本研究表明使用t-SNE与ASC融合的算法可提高脑功能分区准确性，是脑功能精细分区、进而构建脑功能图谱的一种有效方法.     

基于ARINC818机载音视频的测试方案设计

某型飞机在试飞测试任务过程中,需要对多路机载音视频进行抽引、采集、记录与遥测,用于飞机实时动态监控与事后回放分析。该型飞机的显控数据采用ARINC818(又名航空电子视频总线Avionics Digital Video Bus)专用图像传输协议进行光纤视频传输,对ARINC818总线视频的抽引采集在试飞任务中为首次。由于目前机载采集系统的限制,本文设计了一种基于ARINC818的机载测试系统,满足了该型飞机多通道、高分辨率、多视频格式的信号采集记录。     

基于FPGA IP核的AFDX与ARINC429总线转换接口设计

航空电子全双工交换式以太网(AFDX)是下一代航电系统的主干连接网,ARINC429是一种在航空电子系统领域中较成熟的总线标准,在某些分系统内仍然被采用;如何实现这两种总线的转换是目前航电系统的关键技术之一;利用设计的AFDX 协议和ARINC429 协议的IP核,完成了两种总线协议的相互转换;从AFDX数据帧中解析出429数据字,或者将429数据字添加到AFDF协议各层首部组成AFDX帧;通过Modelsim SE的RTL级的仿真和FPGA的实物测试,结果表明AFDX协议帧和ARINC429数据字可以相互转换,验证了IP核及总线转换接口设计的正确性。     

ARINC659总线桥接的设计及对总线同步的影响分析

ARINC659总线因其在时间和空间上均提供了完备的故障冗余和操作健壮性,已经逐渐在对数据通信确定性及故障沉默和屏蔽要求较高的航天领域中展开应用。为了使ARINC659总线能够更好的适应航天器综合电子系统的高度冗余容及分布式控制的需求,对一种能够在不同设备中ARINC659总线之间相互桥接的技术进行了研究,进而实现分布式综合电子系统中所有硬件模块的统一时序规划和通信调度,可以显著提升系统中的资源共享、并行处理、故障冗余及分布式控制能力,同时也为关键系统中不同设备中的硬件模块间实现严格的时序关系操作提供了一种解决方案。最后就桥接对ARINC659总线同步机制的影响进行了分析,据此提出了桥接设计的约束和实现规则。     

机载远程数据集中器协议转换方法研究

针对机载远程数据集中器(RDC)的数据转换功能,在对ARINC429和AFDX两种机载数据总线分析的基础上,提出了一种基于配置信息中虚拟链路(VL, Virtual Link)与ARINC429数据标号的适配关系的数据转换方法。对RDC功能需求进行分析并给出整体设计方案,采用模块化设计并对各模块功能进行了详细的介绍,其中配置信息模块的应用增加了RDC数据转换功能的灵活性。在新型航电系统架构下,通过对RDC之间基于VL的通信过程中的数据转换过程进行仿真和分析,验证此方法的可行性。协议转换方法的研究为RDC的整体功能仿真研究奠定了基础。     

用于光电设备的航电总线数据测试系统

由于单项的专用总线测试系统通用性、兼容性较差,功能扩展和技术升级的难度较大,介绍一个可以支持1553B、ARINC429、CAN、RS232和RS422五种航电标准的数据总线测试系统的设计方案及技术实现。重点介绍了数据总线测试系统的硬件框架组成,同时分析了系统软件实现方法以及总线逻辑控制设计。该测试系统已成功用于某光电设备在线检测,经实验验证该系统运行稳定可靠。     

轰炸光电瞄准主控计算机系统软件设计

我军现役主战轰炸机均未配备光电瞄准系统,其轰瞄设备为纯光学目视老设备,夜间及复杂气象条件下无法观测目标,不能完成精确轰炸,需要配备光电瞄准系统。主控计算机系统设计为目前轰炸光电瞄准系统实现过程中待研究的关键技术。为解决轰炸光电瞄准主控计算机系统的软件设计问题,本文采用分层设计思想,设计了应用程序层、操作系统层和板级支持包(BSP)组成的主控计算机软件结构。采用自顶向下的设计思想,设计了基于ARM-VxWorks实现方案的性能稳定、较为成熟的主控计算机系统软件。结果表明用这种方案实现轰炸光电瞄准系统主控计算机,缩短了开发时间、减小了风险,可以提高开发效率,能够满足军用计算机实现方案的要求。     

一种嵌入式软件逻辑覆盖测试方法研究

针对嵌入式软件测试覆盖率低的问题,本文提出了基于软件故障注入的逻辑覆盖测试方法,首先就嵌入式系统常用传感器建立故障模式库,设计了嵌入式软件故障注入系统;其次选取中间层作为故障注入点,研究基于VxWorks653嵌入式操作系统的故障注入实现方式,并通过分析故障信号在软件系统中的传播,提出优化测试用例的方法;最后通过实验验证了该方法可有效提高容错设计功能、冗余设计功能、故障检测功能测试的逻辑覆盖率;有助于提高嵌入式软件的可靠性。     

航电设备通用检测维护台的设计

为了适应机载武器装备系统的多样化以及通用性要求,搭建了基于PXI总线的航电设备通用检测维护台,在系统架构、硬件设计以及软件开发等各方面进行了通用性设计。该航电设备通用检测维护台基于PXI构架,挂装不同种类的适配器,操作通用平台上的人机接口,可满足多种设备的检测、测试任务。航电设备通用检测维护台在一个机柜内实现了人机交互操作,大功率、高精度、多种类通用电源及PXI智能测试平台等的高度集成。该通用平台具有良好的通用性和扩展性,适用多种机型、多种航电设备。通用平台已在某型航电设备的检测维护中完成了工程验证,系统性能稳定,适用性强,可实现多种航电设备的检测维护工作,也可推广至海军舰艇、兵器车载装备等。     

相控阵天线主控系统中实时数据交互

波束控制系统是高功率相控阵天线的神经中枢,负责天线阵面中所有单元相位的精确控制和状态监测任务。为实现天线阵面的快速、精确波束转换,采用分布式拓扑结构和嵌入式实时操作系统,设计了两级分布式波束控制方案,开发了基于VxWorks的相控阵天线主控系统。通过UDP协议实现主控系统与其他系统的多节点网络通讯;针对高速、实时通讯需求,利用VxWorks多任务编程接口,设计了一种基于双缓冲队列的Socket通讯方法;为使通讯被各方正确解析,制定了自定义的应用层协议。基于VxWorks的相控阵天线主控系统的开发应用,验证了方案的可行性以及控制软件的可靠性和稳定性。     

AFDX网络传输性能分析

AFDX(Avionics Full Duplex Switched Ethernet) 作为一种基于Ethernet技术的全双工数据交换航空电子数据总线,它不仅避免了Ethernet数据传输冲突和碰撞的问题,而且在减轻重量的基础上提高了数据传输率。在设计的过程中,为了保证数据传输的实时性和可靠性,确保数据传输的确定性和无丢失服务,网络传输性能测试分析是设计人员必须考虑的问题。由此一种简单快捷的基于网络演算 NC( Network Calculus)理论进行总线性能传输和测试的方法被推导出来,目的是通过数学评估和仿真的手段分析不同航空电子AFDX数据总线和网络拓扑结构的传输性能,分析的主要目的针对三个重要的网络延迟参数指标(延迟、预留缓冲区和输出数据流)。开展这方面的研究有利于在航电总线设计初期帮助设计人员发现问题,尤其是应用于保证航电数据总线无丢失确定性服务方面。除此之外,还比较了目前存在的延迟计算的几种常用方法,并通过仿真举例说明了这种方法的应用。     

机载信息系统维护自检技术研究

In order to detect in real-time and diagnose synthetically for BIT information for each device onboard information system, a suit of maintenance self-test system for onboard information system. By studying ARINC624 standard, system-level, function, overall architecture, user interface and fault tolerance of maintenance self-test system is designed. By analyzing, summarizing and simulating the possible application scenarios, verifying the feasibility, reliability and safety of the design. The simulation results show that the system under various scenarios can be maintained for member systems and interactive process has fault tolerance.     

基于FPGA+DSP的数据采集系统设计与实现

文章阐述了一种基于FPGA+DSP构架的数据采集系统的设计与实现。该系统中FPGA先进行模拟量、频率量、离散量输入的采集,以及RS-422、ARINC429总线的数据接收工作,然后将采集和接收到的数据按约定数据格式,通过HPI发送至DSP,DSP按协议要求完成数据的运算、组合等处理后,FPGA控制HPI读取处理结果并控制离散量输出模块、RS422、ARINC429总线按照所需的数据格式和通讯周期将数据输出至相对应的系统。该系统具有丰富的接口,能满足多种类、不同时序周期的总线通讯。