一种用于亚轨道飞行的综合测量设备和方法

技术领域

本发明涉及遥测控制技术领域，特别涉及一种用于亚轨道飞行的综合测量设备和方法。

背景技术

在飞行器飞行过程中,为全面掌握飞行器的飞行状态,需对其飞行参数进行实时测量，再通过测量的参数对飞行器飞行过程中的情况进行分析、判断。

因亚轨道仍有少量大气，飞行器在飞行过程中与大气摩擦形成高温环境，对电子元器件及电路耐高温性能要求更高；同时也因缺少大气的阻挡，亚轨道存在空间电离辐射的干扰，电子元器件特别是FPGA芯片极易受空间电离辐射影响导致工作异常。

发明内容

针对现有技术中亚轨道飞行测量电子元器件易受外界干扰的技术问题，本发明提出一种用于亚轨道飞行的综合测量设备和方法，采用FPGA+单片机的架构，FPGA作为为主控制单元完成对第一传感器参数采集并存储，单片机作为热备份用于对第二参数进行测量及存储；并具有自行纠错恢复，提高抗干扰性。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种用于亚轨道飞行的综合测量设备，包括包括FPGA和单片机，FPGA和单片机双向通信；

FPGA用于完成第一传感器参数的采集和存储，单片机用于完成第二参数的采集和存储。

优选地，所述第一传感器参数包括噪声、振动、冲击、温度、形变量；第二参数包括噪声、振动、冲击、温度。

优选地，所述FPGA上设置有RS422接口和CAN接口；RS422接口，用于和飞行器上的遥测单元进行数据交互；CAN接口，用于接收飞行器控制单元发送的控制指令并进行反馈。

优选地，所述FPGA上还设置有以太网接口，用于与地面回收设备进行数据交互。

优选地，所述FPGA包括指令收发模块、组帧模块、存储模块和发送模块；

指令收发模块，用于接收飞行器控制单元发送的控制指令，并根据控制指令类型转发到对应模块；

组帧模块，用于根据控制指令采集第一传感器参数；同时单片机采集第二参数；

存储模块，用于存储组帧模块采集的第一传感器参数和第二参数；

发送模块，用于将电压、存储容量及第一传感器参数发送到遥测单元。

本发明还提供一种用于亚轨道飞行的综合测量方法，具体包括以下步骤：

S1：接收并解析飞行器发送的控制指令，判断是否有有效指令，若否则丢弃，若是则按照控制指令类型转发到对应模块；

S2：若接收到采集指令时，开始采集第一传感器参数和第二参数并组帧为数据包，再将数据包发送到存储模块进行存储；

S3：当存储模块上电后，首先进行复位并获取无效块地址表，若发现新的无效块出现，则对无效块地址表进行更新；

S4：获取更新后的无效块地址表并写入RAM，再读取RAM中每个块的数据，并判断读取数据所在块是否为无效块，若是则跳过进入下一个块，若否则对该块进行读写操作；

S5：接收采集或停止采集指令后记录当前状态，组帧模块上电后判断根据所记录状态继续上一次断电前操作。

优选地，所述S1中，控制指令类型包括采集指令、停止采集指令、擦除指令、无效块检测指令和状态请求指令；将采集指令、停止采集指令转发到组帧模块，将擦除指令、无效块检测指令转发到存储模块；将状态请求指令转发到发送模块。

优选地，所述S3包括：

S3-1：存储模块上电后，首先进行复位并从NANDFLASH中获取无效块地址表，然后判断是否收到无效块检测指令，若是则进入S3-2，若否则进入S3-3

S3-2：对无效块地址表进行更新后并写入存储模块；

S3-3：加载无效块地址表，读写NANDFLASH。

优选地，所述S4包括：

S4-1：将更新后的无效块地址表写入存储模块的RAM中，再读写数据；

S4-2：读写数据的当前地址是否在无效块地址表被标注为无效块，若是则读写地址加一，若否则进入S4-3；

S4-3：对当前地址NAND FLASH进行读写操作，完成后地址加一。

优选地，所述S5包括：

S5-1：组帧模块上电后查询上次断电前工作状态，若为采集状态则进入S5-2,若否则不进行操作；

S5-2：开始参数采集；

S5-3：组帧模块接收到采集或停止采集指令后标记当前状态为采集并记录。

综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明采用FPGA+单片机的架构，FPGA作为为主控制单元完成对第一传感器参数采集并存储，单片机作为热备份用于对第二参数进行测量及存储；且在受到外界干扰，导致存储模块受损时，可通过对存储模块的自我检查，能对无效块进行实时更新，避免数据写入无效块中无法进行保存读写，提高抗干扰性。

附图说明：

图1为根据本发明示例性实施例的一种用于亚轨道飞行的综合测量设备示意图。

图2为根据本发明示例性实施例的FPGA结构示意图。

图3为根据本发明示例性实施例的一种用于亚轨道飞行的综合测量方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供一种用于亚轨道飞行的综合测量设备，加载在飞行器内部，包括FPGA(例如型号为Xilinx K7)和单片机(例如型号为STM32)，FPGA通过LVDS和单片机双向通信。

本实施例中，FPGA用于完成第一传感器参数的采集和存储，第一传感器参数包括噪声、振动、冲击、温度、形变量等合计一百余组数据；单片机用于完成第二参数的采集和存储，第二参数包括噪声、振动、冲击、温度等十余组数据。

本实施例中，单片机作为FPGA的备份，确保FPGA出现故障时，仍有第二参数能够被采集到。

本实施例中，FPGA设置有RS422接口和CAN接口。RS422接口，用于和飞行器上的遥测单元进行数据交互；CAN接口，用于接收飞行器控制单元发送的控制指令并进行反馈。

本实施例中，FPGA还设置有以太网接口，用于与地面回收设备进行数据交互。

本实施例中，如图2所示，FPGA包括指令收发模块、组帧模块、存储模块和发送模块。指令收发模块的输出端分别和组帧模块的输入端、存储模块的第一输入端、发送模块的第一输入端连接；组帧模块的第一输出端和存储模块的第二输入端连接，组帧模块的第二输出端和发送模块的第二输入端连接。

指令收发模块，用于接收飞行器控制单元发送的控制指令，并根据控制指令类型转发到对应模块，控制指令类型包括采集指令、停止采集指令、擦除指令、无效块检测指令和状态请求指令等。例如将采集、停止采集指令转发到组帧模块，擦除指令、无效块检测指令转发给存储模块，状态请求指令转发给发送模块。

组帧模块，用于根据控制指令采集第一传感器参数；同时单片机跟随组帧模块动作，采集第二参数。

存储模块，用于存储组帧模块采集的第一传感器参数，采用两片NAND FLASH进行冗余备份，提高容错率。

发送模块，用于将电压、存储容量及第一传感器参数发送到遥测单元。

本实施例中，基于上述测量设备，如图3所示，本发明还提供一种用于亚轨道飞行的综合测量方法，具体包括以下步骤：

S1：接收并解析飞行器发送的控制指令，判断是否有有效指令(有效指令包括采集、停止采集、状态请求、擦除存储、无效块检测，通过判断指令的命令字类型及合校验来判断指令是否有效)，若否则丢弃，若是则按照控制指令类型转发到对应模块。

本实施例中，控制指令类型包括采集指令、停止采集指令、擦除指令、无效块检测指令和状态请求指令等。例如将采集、停止采集指令转发到组帧模块，擦除指令、无效块检测指令转发给存储模块，状态请求指令转发给发送模块。

S2：当接收到采集指令时，开始采集第一传感器参数和第二参数并组帧为数据包，再将数据包发送到存储模块进行存储；之后接收到停止采集指令时，停止采集。

S3：当存储模块上电后，首先进行复位并获取无效块地址表，若在设备使用中发现有新的无效块出现，则对无效块地址表进行更新。这样可以完成存储模块的自我纠错，避免数据被写入无效块无法保存。

S3-1：存储模块上电后，首先进行复位并从NAN DFLASH中获取无效块地址表，然后判断是否收到无效块检测指令，若是则进入S3-2，若否则进入S3-3；

存储模块选用NAND FLASH存储芯片对第一传感器参数和第二参数进行存储，因其物理特性决定，该芯片中的部分存储单元在使用过程中会损坏并导致无法读写，为避免对已损坏的无效块进行读写操作，就需建立一个记录无效块地址的无效块地址表，在读写数据的时候根据无效块地址表避开无效块；这个无效块地址表在建立好之后就存储在NANDFLASH存储芯片不会损坏的第0块里面。因存储模块内部RAM无法掉电保持数据，存储模块每次上电后需先将这个无效块地址表从NAND FLASH存储芯片中的第0块里读取出来，再搬运到存储模块内部RAM中使用。

S3-2：对无效块地址表进行更新后并写入存储模块。

当读取的数据出现连续的128MB0x00时，说明出现了新损坏的地址，此时需更新无效块地址表，即发送无效块检测指令，检测出新的无效块地址并更新无效块地址表。检测无效块的方法是在格式化NAND FLASH存储芯片后，读取每个地址的前8192个字节，若该8192字节均为0x00则说明该地址已损坏，将该地址记入无效块地址表中，写入NAND FLASH存储芯片不会损坏的第0块。

S3-3：加载无效块地址表，读写NANDFLASH。

S4：获取更新后的无效块地址表并写入RAM，再读取RAM中每个块的数据，并判断读取数据所在块是否为无效块，若是则跳过进入下一个块，若否则对该块进行读写操作。这样可以通过无效块地址表避开对无效块的读写操作，提高读写精度。

S4-1：将更新后的无效块地址表写入存储模块的RAM中，再读写数据；

S4-2：读写数据的当前地址是否在无效块地址表被标注为无效块，若是则读写地址加一，若否则进入S4-3；

S4-3：对当前地址NAND FLASH进行读写操作，完成后地址加一。

S5：接收采集或停止采集指令后记录当前状态，组帧模块上电后判断根据所记录状态继续上一次断电前操作。本步骤可用于意外关机的掉电恢复功能。

S5-1：上电后查询上次断电前工作状态，若为采集状态则进入S5-2,若否则不进行操作；

S5-2：开始参数采集；

S5-3：组帧模块接收到采集或停止采集指令后标记当前状态为采集并记录。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。