一种容的飞行数据／惯性基准系统

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1、一种容的飞行数据惯性基准系统秦篝章jj数蜂,霉善镬币镌一种容错的飞行数据/惯性基准系统CharlesR?McC1ary,c【c摘要1曼,表文介绍了一种容错的飞行数据/惯性基准系统(ADIRS).系统包含一个容错飞行数据/惯性基准装置(ADIRU),一个辅助的飞行数据姿态基准装置(SAARU)和六个飞行数据模块(ADM).ADIRS采用了ARINC629双向串行数据总线接口,取代了当代飞机上常规的惯性基准和飞行数据系统.ADIRS被设计为ARINC651集成模块化电子设备(IMA)分布式结构中的惯性和飞行数据基准,通过高可靠性,简单的高度组合监控和逾期养护,它具有成本低,寿命长,利用率高等特点.

2、前言十五年来,Honeywell公司一直在探索从监控和容错基准系统所带来的益处.在七十年代后期,研制出一个具有.四元一体”结构的激光陀螺捷联惯性系统,它成功地通过了NASAAmes的飞行试验.1978年,Honeywell公司被选定为波音757/767应用而研制具有”三元一体结构的捷联惯性基准系统,并且已经生产出10,000多套这种类型的惯性基准装置.在八十年代的看期,Honeywell公司研制了一种”六元一体”结构的容错斜置冗余惯性基准装置.它于I989年成功地完成了飞行试验.本文的目的是在早期研制的基础上,介绍ADIRU的产品实现.ADIRU是ADIRS的惯性和飞行数据的主要来源.电子设备

3、结构ADIRs正被设计为用到一个ARINC651集成模块化电子设备分布式结构中去,在这个结构中,一个飞行控制ARINC629总线系统被用来将原始的飞行控制,自动驾驶/飞行引导仪和ADIRS的高带宽,高组合功能连接起来;第二个系统ARINC629总线网络被用来连接余下的飞机系统.一个飞机信息管理系统(AIMs)形成了这两路总线间的通道,并且履行着飞行管理,推力管理,发动机数据接口,飞机状态监控和驱动飞行控制板显示等功能(见图1).图1典型的ARINC651分布式结构ADIRs包括ADIRu,SAARU,三个静压ADM和三个总压ADM.ADrRu和sAARv?40?负责输出信号的组合,进行容错检测

4、和所要求的信号选择.ADIRU具有容错功能,而SAARU是百分之百被监控的,它们起着ARINC651(IMA)分布式结构的远端高度集成的飞行数据/惯性基准敏感元件的作用静压ADM和总压ADM输出的数据对在飞行控制ADINC629总线系统上的ADIRU和SAARU来说都是有效的.图2ADIRU图3SAARUADIRU是一个由舒拉调制的容错斜置冗余捷联惯性基准装置,它使用了6个Honeywell公司的GG1320激光陀螺,六个加速度计和四个处理器,能达到故障/工作,故障/工作,故障/安全,逾期养护,无源冷却等性能指标,而且硬件成本低(见图2)SAARU是一个斜置冗余且百分之百被监控的姿态基准装置,

5、它使用了四个Honeywell公司的干涉式光纤陀螺(IFOG),四个姿态航向基准级的加速度计和两个处理器,硬件成本低,而且具有故障/安全,无源冷却等性能指标(见图3),六个ADM为ADIRU和SAARU的集成飞行数据基准功能提供压力敏感.下面将集中讨论ADIRU.容错设计策略硬件容错设计是将ADIRU划分为几个功能区,加速度计FcA一6个FCM;?处理器FcA一4个FCM;?时间基准FCA一4个FCM;?ARINC629双向串行总线I/OFcA一3个FCM;?电源FCA一3个FCMARINC629I/O模块都趋双重冗余的,因此.即使是每个FCM中都有一个故障时,它仍?4?能与所有的三个ARIN

6、C629接通.软件容错的设计策略是:将软件配置在一个由撅小化操作系统所调整的严格分配的功能段里.ADIRU对应有三个分段,它们是:?惯性基准段;?飞行数据段;?其它分段;惯性基准段提供捷联,所有姿态惯性导航,以载体为基准的飞行控制输出和惯性敏感元件冗余管理.飞行数据段提供飞行数据计算,静态源错误纠正(SSEC)和ADM冗余管理.远端的6个ADM完成压力敏感,每个ADM敏感静压或总压,剔除元件错误,并给ADINC629数据总线提供压力数据.其它分段履行操作数据的收集和存贮,以及操作接口等功能.操作系统分配以下三个基本资源:?处理时间;?指令和数据内存空间;?数据I/O.80960MC以硬件特性的

7、形式提供了这些功能,监控/用户程序的结构实现了分时操作,内存管理功能实现了内存分配(见图5),通过指定每个内存分段的某一块为另外分段的只读存贮区的办法,可以在分段之间传递数据.这种只读控制是由硬件提供的,它禁止分区之间数据的互相搀杂.错误检测和隔离(FDI)原卵研制一个容错系统的关键是在表决和交叉馈给选择FDI原则ADIRU有4个表决级,敏感元件表决级,处理器表决级,时间基准表决级和电源表决级.陀螺FCA和加速度计FCA都是由6个敏感元件组成的,在原理上它们是这样配置的,所有的输入轴分别与一个标准十二面体的面垂直(见图6),这样保证了惯性测量和FDI的最大可观测性,敏感元件FDI是在处理器FC

8、A中由改进的极大似然法(GLRT)来完成的.中断目图5软件分段处理器FCA由4个FCM组成,每个FCM包含一个Intel80960MC微处理器,表决级由每一个AR1NC629I/O121上的表决器所组成,它们独立地履行FDI功能.表决是帧同步的,采用在处理器申行输出121位/位比较表决的方式.使用帧同步表决避免了可靠位同步所需的,但当前高速处理器也无法达到的参差不齐的时间要求.处理器通过一个100Hz中断进行同步,表决器包含一个反向斜置机构,使不很严格同步的处理器同步,把FDI产生的结果送至每个处理器中存贮起来,完成处理器的FDI.时间基准FCA由4个FCM组成,每个FCM有一个逻辑的处理器时

9、钟,它以100Hz的时间基准进行计数.同步,错误检测,错误隔离和重构都是在100Hz时间基准的基础上进行的.ADIRU电源系统包括三个电源FCM,每个电源由飞机28VDC输入和电池供电,目前,电源输入的内部自动选择原则是优先28VDC输入,因为这样可以避免电池的不必要的损耗.?42?电源表决级包括分别用于+28VDC,+15VDC和一15VDC的分区增强型配电总线a这些总线由隔离二极管和输入端的过压断路和输出端总线与FCM闻被动的与主动的隔离来加以保护.FCMk+28vDC总线中产生+5VDC供逻辑使用基本设计定则上述设计策略是由几个基本设计定则来实现的.第一,在FCA之问及一个FCA中FCM

10、之间保留了严密的物理和电气分区特点物理分区是这样设置的:把FCM装在单个的电路板上,或当一个电路板上装有多个FCM时,采用完全分隔的办法;而电气分区则通过仔细布局相互连接网络时所增添的物理性分隔而达到.第二,用到了FCA之间的简单信号接口.基本内部信号接口是FCA之间的一种单向专用的申行数字数据总线,这种申行总线互相连接结构,使得电气隔离,集成性,位/位比较监控变得更为方便.圈6惯性敏感元件组件第三,使用了一种训练过的研制过程作为成套系统要求,硬件要求和软件要求的一个相容集合,要求的详细技术指标制订出来了所研制出的跟踪能力真值表跟踪从系统要求到硬件和软件要求的流程.当高层的要求被分解为低层的要

11、求时,要对此过程进行分析和确认,看其是否跟踪起始和最后的要求软件的研制符合工业标准DO178,硬件的研制采用了一个与软件研制类似的过程,设计出并核实低层功能性硬件集FCM,将它们组合成FCA,并且将FCA组合成ADIRU,然后,对完整的ADIRU进行鉴定.系统功能鉴定,冗余管理鉴定紧随其后.ADIRU/SAARU的优点ADIRU和SAARU独特的特点是斜置冗余的应用,此原则保证了敏感元件资源的充分使用具有6个陀螺和加速度计的ADIRU在功能上等于共有12个陀螺和加速度计的4套传统的通道化的”三元一体敏感元件装置.这一点是毋容置疑的,因为在传统的三个陀螺和三个加速度计的装置中,任何一个敏感元件的

12、失效都会使其余五个变得无用.同样,SAARU在功能上相当于两套传统的”三元一体”敏感元件装置ADRIU也为所有的用户系统提供了惯性基准和飞行数据基准的冗余管理,ADIRU包含内部错误的检测,隔离和重构.只要有足够的资源来保证ADIRU的输出,则其在ARINC629输出总线上总是有效的,这样,就可避免在每个用户系统上都进行冗余管理.ADIRU中,每个FCA中都比飞机所要求的多一个资源(FCM),这为各式各样的节省维修费用打开了大门.第一.当检测到第一个故障时,不需要进行维修,这将使延时,作废和飞行计划破坏等因素减小到零.维修可以推迟进行,可以通宵地安排或者推迟到主要的维修基地去维哆.第二,FDI

13、内部错误检测和隔离可以减少甚至取消对恢复性能试验所需的复杂测试设备的要求,或取消隔离并替换装置的要求第三,既然维修能被推迟和有计划地进行,那幺航空公司和制造厂家之间的维修协议就变得有吸引力了?43?在备用配件箱,普通的维修设备和普通维修训练都具备的条件下,这些协议具有减少每飞行小时航线成本的潜力.结论本文研究和发展了容错的斜置冗余基准系统原理分析和飞行试验已经证明了惯性敏感元件检错,隔离和重构原则.为了使空中运输机具有高有效性,低维修率的惯性基准和飞行数据基准,对ARINC651分布式结构的系统原理进行了探讨.一Lp害参考文献(略)陈雪东译自92年IEEEPLANS车机窆问禾骁.钯2杖蠹.陀螺

14、稳定的相机定向系统.,RcRldc.G00d,1.主要设计特点装有相机或其他敏感器的稳定平台通过万向接头悬挂在一悬挂杆上.万向接头上的两个轴上分别装有力矩电机,万向接头下方是旋转接头,也有力矩电机.由三个正交安装的陀螺仪构成的陀螺稳定组件安装在该平台上,各个陀螺上的角度传感器检测出各自的进动角,并将信号输入伺服控制回路,该回路分离出控制信号分别加给三个力矩电机.包括了陀螺稳定组件和相机或其它敏感器的有效载荷的平台.其重心正好与三个力矩驱动轴的交点重合,这样便于消除运载体加速度产生的有害力矩分量.平台上还装有第四个陀螺即垂直陀螺,提供垂直参考基准,其输出输给伺服回路,控制三个力矩电机以便使平台保持水平.在陀螺马达起动时,安装在横滚,俯仰轴上的角度传感器与其轴上力矩电机确定水平初始位置,平标签:快照