某型无人机机载遥测系统帧布局设想_消息取通信_工程科技_专业材料。某型无人机机载遥测系统帧布局设想

  数采纳监测 文章编号 :1008-0570(2008)11-1-0088-02 中文焦点期刊《微计较机消息》 (测控从动化 )2008 年第 24 卷第 11-1 期 某型无人机机载遥测系统帧布局设想 Design of Frame Format For an Unmanned Aerial Vehicle Telemetry System 摘要 : 本 文 根 据 某 型 无 人 机 遥 测 系 统 的 特 点 取 需 求 , 结 合 现 代 遥 测 系 统 的 典 型 应 用 , 对 传 统 固 定 格 式 的 PCM 帧 结 构 进 行 了 改 进 , 设 计 了 一 种 可 支 持 每 组 多 多 组 并 发 采 集 的 PCM 码 流 取 多 异 步 数 据 码 流 复 用 传 输 方 式 的 帧 结 构 。 环节词 : 遥测 ; 帧布局 ; 并发采集 ; 无人机 文献标识码 : B 中图分类号 : TP873 技 术 创 新 Abstract: According to the characteristics and demands of an unmanned aerial vehicle telemetry system, this article analyses the deficiency of the traditional PCM format. Based on the traditional one, a new kind of format-changing PCM frame with embedded asynchronous data is constructed, which is more flexible and improves the bandwidth utilization. Key words: Telemetry; Frame Format; concurrent acquisition UAV 正在现代遥测系统的使用中, 遍及采用每组多多组并发采 集的 PCM 码流取多异步数据码流复用的传输体例。这就要 求多组并发采集的 PCM 码流取多异步数据码流同帧传输, 因此, 保守的遥测帧布局曾经不克不及满脚要求。 某型无人机遥测数据采集系统采用的恰是这种传输体例。 该遥测系统传输的参量品种多、 采样率变化大, 而且要求可以或许 按照使命需求改变布局, 以及要求可以或许嵌入多种格局的异步数 并且正在一 据。本文设想的遥测帧布局完全能够满脚这些要求, 定前提下可取保守的遥测帧布局兼容。 无人机遥测系统分为机载遥测发送系统和地面遥测领受系 统两大部门。此中机载遥测系统的构成如图 1 所示。机载遥测 系统包罗办理子系统、 数据采集子系统、 多串口数据汇集子系 统、 数据处置子系统和数据记实子系统五个部门。遥测系统中 的每个子系统都是包含功能部件、 处置器系统、 节制办理软件、 数据互换取节制办理接口的智能单位。 每个智能单位都根据相 应的节制办理和谈取相关的智能单位互换消息和数据。 图 1 机载遥测系统构成 机载采集子系统支撑多块采集卡并行工做; 每块采集卡可 设置装备摆设多个信号采集通道。采集卡的模数转换器的转换速度, 即 采集卡多通道的总采样率被称为该采集卡的基频, 基频能够编 程设置。n 个通道的采集卡中的各通道的采样率等于该采集卡 邓洁欣 : 研究生 - 88 - 360 元 / 年 邮局订阅号:82-946 ? ? ?? ?? ?? ? ? ? ?   ?       ? ?    !     ? ? ? ? ? ? ? ? ?    1 媒介 3 遥测系统的帧布局设想 2 机载遥测系统的构成取工做道理 (航空航天大学 邓 洁 欣 ) 陈 星 DENG J ie-xin CHEN Xing 基频的 n 分之一。采集卡工做时从第一个通道至最初一个通道 顺次轮回对信号进行采样。正在本遥测系统设想中, 各信号的 采样率按照必然的映照法则设定, 使得各信号的采样率之间 呈 2 的幂次关系。例如, 采样率取通道采样率不异的信号占用 采集卡的一个通道, 采样率为通道采样率 2 倍的信号等间隔占 用采集卡的两个通道, 以此类推。通过恰当设置各采集卡的基 频, 对遥测信号进行合理分组; (同卡) 同组 内各信号的采样率 节制正在 4 或 8 倍频程之内, 采用按 2 的幂次关系并联多个采样 通道的方式支撑组内的高倍率信号。 3.1 保守的 PCM 帧布局 因为保守遥测系统的硬件布局束缚,保守的 PCM 遥测帧 布局严酷按照码字速度关系为各数据分派时隙。此类帧布局 采用固定格局, 统一参量正在各子帧中占用固定的时隙, 时隙的 数量和均不变。取子帧速度不异的数据流正在每个子帧中占 用一个时隙。 码字速度为子帧率 N 倍的数据流必需等间隔地占 用每个子帧中的 N 个时隙。 等间隔占用多个时隙的一个高速度 数据通道形成一个超帧。 码字速度为子帧速度 M 分之一的数据 这个 通道, 每颠末 M 个子帧占用一次子帧中的一个固按时隙, 长度为 M 的列时隙能够放置 M 如许的低速数据通道,若是 如许的低速数据通道不脚 M 个, 则空余时隙用特殊格局的字填 充。 如许的列时隙形成一个副帧。 若是存正在多个副帧, 且最长副 帧的长度为 Ma, 那么, 个子帧形成一个从帧。每个子帧的第 Ma 一个码字是帧同步头 (SYNC , ) 第二个字是副帧标识 (SFID, 用 做副帧计数器) 第三个字是帧格局标识 , (FFI , ) 之后是各遥 测参数。IRIG 遥测尺度的一类从帧就是典型的保守 PCM 遥测 帧布局。 该帧布局中各数据严酷按照码字速度关系等时隙陈列, 每数据正在各子帧中占用固定的时隙, 且统一信号源相邻数据 间的时间间隔等于该信号的采样周期。因而, 为了每数 据的时间特征, 常常需要正在遥测帧中插入填充字。正在无人机遥 测系统中, 采集的数据数多, 且信号频次不同较大, 利用这种 《现场总线 例》 您的论文获得两院院士关心 保守的帧布局会导致大量时隙的华侈,降低了数据传输的效率。 此外, 这种帧布局的数据之间存正在时间上的先后关系, 肆意两 数据都不正在统一时间点上。而正在本遥测系统中, 各采集卡之 间并行工做, 统一时间点上可能有多个数据被采集。若是利用 保守的帧布局, 则无法确定命据流的时间消息。 因为以上缘由, 加之还要具有取多异步数据码流复用的能力, 因而, 需要对 保守的帧布局进行改良, 以满脚现代遥测系统比力复杂的数据 传播输要求。 3.2 现代遥测系统的帧布局设想 正在现代遥测系统中, PCM 数据的同步采集、异步串行数据 流的汇集和组帧、 拆帧都是正在具有高速数据缓存的智能高速处 理器系统的节制下进行的。 这种现代遥测系统的系统布局能够 实现对多复杂的遥测数据流进行高速缓存, 并按必然的算法 和法则从头优化组织遥测数据流。 数据缓存虽然会添加一些传 输延时, 但能够使帧布局具有很大的矫捷性, 并且可最大效率 地操纵数据传输系统的带宽。 下面引见的数据帧采用的便是一 种格局矫捷、 不受等间隔时隙的帧格局, 帧速度和帧布局 可编程设置。金龙娱乐, 本遥测系统中各采集卡的采样基频之间呈倍数关系, 因而 按照同样的比例关系来传送各板卡采集的数据。 正在设想帧布局 时按采样基频的比例分派时隙给每个采集卡,按照基频的不 同, 一块采集卡能够占用一个或一组相连的时隙。子帧速度等 于正在一个子帧内占用 N 个时隙的采集卡基频的 N 分之一 (即, 子帧速度等于正在一个子帧内只占用一个时隙的采集卡的基 频 。 ) 也即, 每个采集卡所占时隙个数等于其基频取子帧速度之 比。 正在一个从帧的每个子帧的统一时隙中顺次传送采集卡的各 一个从帧中包含的子帧个数取只占用一个时隙的基 通道数据。 每个子帧第一个时隙为子帧同步 频最低的采集道数不异。 字 SYNC, 第二、 三个时隙别离传送 SFID 和 FFI, 第四个时隙是 其后的若干个时隙顺次传送各采集板卡的数据, 时间字 TIME, 时间字 TIME 标识的是该子帧中每组采集卡数据的起始采样时 间, 按照信号的采样率能够推算出所无数据的采样时间。 举例申明, 利用 4 块 8 通道的采集卡, 其基频别离为 f、nf、 每个子帧中顺次传 f、 mf。按照前文可知应将子帧速度设置为 f, 送采集卡 1 的 1 个数据,采集卡 2 的 n 个数据,采集卡 3 的 1 个数据, 采集卡 4 的 m 个数据。一个完整从帧中包含的子帧个 数取基频最低的采集道数不异, 因为每块采集卡有 8 个通 道, 因而, 一个从帧包含 8 个子帧。由此可得从帧的第一个子帧 的布局如下: 表 1 子帧布局示例 正在本遥测系统中, 多串口汇集子系统并发发生多异步数 据流, 因而正在遥测帧中还需要插入异步数据流。各别步数据流 按串行通信的码速度由低到高陈列正在同步数据之后, 其根基格 式如表 2 所示。 表 2 异步数据流字段布局 每异步数据流前都加上异步数据标签 Tag,暗示该标签 之后的时隙是异步数据, 同时申明该异步数据流类型及该组数 据中无效数据的个数。 异步数据的时隙分派正在形式上取同步数 《P LC 手艺使用 200 例》 ? ? ? ?? ? ?? ? ?     ?   ? 0.25ms。 据类似, 每一组时隙对应一个异步数据流。对于码字速度高于 子帧速度的异步数据流分派多个时隙进行传送; 对于码字速度 低于子帧速度的数据流, 则能够正在一个固定的列时隙上分派给 多如许的数据流, 每隔若干个子帧传送一个如许的低速 即, 数据流, 如仍有空余时隙, 则用特殊字填充。此外, 当某数据 流的数据个数不脚以占用所分派的全数时隙时, 也用特殊字填 充空闲时隙。 仍以上例申明, 插入异步数据后的一个完整从帧如表 3 所示。 表 3 从帧布局示例 若是呈现各采集卡之间基频的倍数过大, 或各别步串行通 信码速度的倍数过大, 则表 3 所示的帧布局会使基频很高的采 集卡正在一个子帧中占用良多的时隙, 形成子帧过长, 使遥测信 号数据的时延过大。对于这种环境, 需要提高子帧速度, 将一个 子帧的内容拆分成 2 个或多个子帧进行传送。如许, 基频低的 正在如许的 采集卡占用的时隙正在列标的目的上就会呈现空位。于是, 列时隙上, 能够复用多同类采集卡的数据流 (留意, 因为采集 卡的数据流是采集卡包含的 N 个信号通道的轮回数据序列, 所 以, 正在此对于多个低速采集卡复用一个列时隙的环境, 不宜简 单利用 “副帧” 的 。对于复用后仍有空余的列时隙, ) 可用填 充字连结帧布局。 改良后的帧布局因为利用了数据缓存引入了延时, 但阐发 后可发觉由此缘由形成的延时影响很小。按照无人机遥测采集 的现实环境,假设有多频次为 1kHz 的信号,设置采样率为 字长为 12 位。 若利用一个子帧传送每数据的一个采样 4kHz, 值, 则一个完整从帧只包含一个子帧。因为数据缓存惹起的延 时, 等于一个子帧的周期, 则此时延时为 1/4k=0.25ms。正在采样 率不变的环境下,数据流的具体数只影响子帧的比特率, 而 不影响延时大 小 。如 果 除 1KHz 的信 号 外 ,还存 正在 频 率为 采样率为 1KHz 的信号。仍利用每个从帧只包含一个子 250Hz、 帧的布局, 则引入的延时为 1\1k=1ms。 此时为降低延时, 可利用 副帧布局, 即每 4 个子帧传送一个低速度信号的采样值, 一个 从帧中包含 4 个子帧。正在利用副帧布局后,可将延时降为  & ? ? ? ?? ?? ?# $ ? ?! ? ?  % ?     !               数采纳监测 技 术 创 新 4 结论 Tag1 D1 Tag2 D2 U Tagn Dn 本文提出的帧布局设想方案, 使用矫捷, 可以或许满脚复杂遥 测使命的需求, 大大提高了传输频带的操纵率。因为, 每个子帧 中都包含有时间消息, 因而它可以或许很好地处理多个并发数据流 之间的同步问题。 本文做者立异点: 本文提出的遥测系统帧布局设想取保守 的遥测系统帧布局比拟有较大的改良, 十分适合正在现代遥测系 统中遍及采用的每组多多组并发采集的 PCM 码流取多异 步数据码流复用的遥测传输体例。 该无人曲升机的项目效益约为 200 万。课题采 用 理 论 阐发尝试验证的体例进行研究, 所用数据根基来自尝试成果。 (下转第 302 页 ) 邮局订阅号:82-946 360 元 / 年 - 89 - 软件六合 中文焦点期刊《微计较机消息》 (测控从动化 )2008 年第 24 卷第 11-1 期 接入侧电压变化更小愈加不变, 而未经优化的 PBC 节制器震动 (d 亦表了然优化后的 PBC 节制的曲 则相对比力猛烈。而图 2 ) 流侧电压有较小的震动, 对电容的损耗更小, 同时对电容的电 压要求也小了良多, 能更无效发出无功。 [7]Hung Chi Tsai, Chia Chi Chu, Sheng Hui, Passivity-based Non- linear STATCOM Controller Design for Improving Transient Stabil- ity of Power System 2005 IEEE/PES Transmission and Distribution Conference & Exhibition: Asia and Pacific Dalian China. 2005 [8]D. M. Himmelblau, Applied Nonlinear Graw-Hill, New York, 1972 Programming , Mc- 做者简介 :张鹏辉, 1984 年生, 男, 河南驻马店人。 硕士研究生, 从 要研究标的目的: 非线性节制; 哈密顿节制理论; 先辈无功发生器; 电 男, 省人。 传授, 力电子手艺及使用;梁志珊, 1958 年生,   博士, 博士生导师, 次要研究标的目的: 非线性节制; 哈密顿节制理 论; 励磁节制; 先辈无功发生器; 双馈电机节制; 电力电子。 Biography:ZHANG Peng-hui ( 1984- ), male, Zhunadian Henan, Research in nonlinear control, hamilton control, STATCOM. (102249 从动化研究所 中国石油大学 ) 张鹏辉 梁志珊 (Institute of Automatic Control, China University of Petroleum - Beijing) ZHANG Peng-hui LIANG Zhi-shan 通信地址 :(102249 中国石油大学 121#) 张鹏辉 (收稿日期:2008.9.15)(修稿日期:2008.10.25) (c STATCOM 接入点电压比力 )   技 术 创 新 (上接第 89 页) (d STATCOM 曲流侧电容电压比力 ) 图 2 STATCOM 的 PBC 和 PBC 优化节制曲线]陈星. 某型无人曲升机遥测遥控系统总体方案设想[R]. [2]IRIG 106 Telemetry Standards [S], Secretariat Range Commanders 2006. 10 Council, 2001 航空航天大学:内部设想演讲, [3]IRIG 106 Telemetry Standards [S], Secretariat Range Commanders Council, 2001 : 国防工业出书设, [4]才. 遥测遥控系统[M], 2000 [J] [5]赵丽萍.近程数据采集系统通信和谈设想取实现 .微计较机 消息, 2004, 20-10: 51-53 做者简介 : 邓洁欣: 汉族, 女, 航空航天大学电子 1983 年生, 5 结论 本文正在统一个从电布局下,对 STATCOM 的 PBC 节制进 行优化, 同时把优化前和优化后的节制器做出了对比。 正在电网中 发生突发变化时,优化后的 PBC 节制器能实现比未经优化的 无效电网中的扰动, 并使其尽快恢复 PBC 节制器更快动做, 一般情况。同时因为优化后的 PBC 节制器对曲流侧电容电压要 求更小, 正在连结电网不变、 削减震动方面比未经优化的 PBC 控 制器愈加优越, 因而正在将来的使用中将会具有更好的经济意义。 本文做者立异点: 针对原有 STATCOM 的 PBC 节制器的不 脚, 引入非线性规划的变标准法进行优化, 达到很好结果, 并为 同类节制方案的优化做出一个很好的典范。 参考文献 王强, 韩英铎. 新型静止无功发生器 (ASVG 安拆的 ) [1]姜齐荣, 建模及节制,大学学报 (天然科学版 1997. 37 ) ) (7 [2]吴良柱. 基于 DSP 的 ASVG 的节制策略及安拆的研究.中南 大学硕士学位论文. 2005 刘国海. 静止同步弥补器 (STATCOM 无功电流非线]郭锐, 节制研究 .电气传动 2006 36 ) (7 [4]P.F. Puleston, S.A. Gonzales, F. Valenciaga. A STATCOM based variable structure control for power system oscillation damping . Electrical Power and Energy System 29(2007) 241-250 [5]L.O. Mak, Y.K. NI, C.M. Shen. STATCOM with fuzzy controllers for interconnected power system . Electrical Power System research (2000 87-95 ) 55 [6]陈怀忠. 恍惚节制正在变电坐无功弥补的研究使用.微计较机信 息 2007 23 3-1 - 302 - 360 元 / 年 邮局订阅号:82-946 消息工程学院通信工程系研究生;研究标的目的:通信取消息系统;陈 星: 汉族, 男, 副传授, 航空航天大学电子消息工 1957 年生, 程学院电子科学取手艺系副从任,研究标的目的:扩频通信系统 遥测 遥控手艺 OFDM ATE Biography: DENG Jie-xin (1983- ), Female (Han), ChongQing, BeiHang University, Graduate student, major in Information and Communication System (100083 北 京 北 京 航 空 航 天 大 学 电 子 信 息 工 程 学 院 ) 邓 洁 欣 陈 星 通信 地 址:(100083 北 京 市 海 淀 区 知 春 29 号 大 运 村 4-412C) 邓洁欣 (收稿日期:2008.9.15)(修稿日期:2008.10.25) 微计较机消息 旬刊 每册订价:10 元 一年定价:360 元 地址:海淀区皂君庙 14 号院鑫雅苑 6 号楼 601 室 微计较机消息 邮编:100081 德律风: (T/F) 《现场总线 例》