多源航空导航信号综合数据采集及处理系统

摘要

本发明公开了一种多源航空导航信号综合数据采集及处理系统，属于组合导航以及飞行校验技术领域。该系统主要包括信号采集及预处理子系统、信号评估与多元图形显示模块及导航信号模拟子系统。所述的导航信号模拟子系统用于将模拟信号发送给信号采集及预处理子系统，信号采集及预处理子系统通过网络通信模块与信号评估与多元图形显示模块进行通信，并解析和处理信号采集及预处理子系统传送过来的各种导航数据块，得到导航信号的误差和容限结果。本发明利用模块化设计，构建灵活，扩展性强，可以方便的对多源航空导航信号的综合数据采集及处理系统的功能进行扩充，以提供对新类型导航信号的采集支持。

主权项

多源航空导航信号综合数据采集及处理系统，其特征在于：该系统包括信号采集及预处理子系统、信号评估与多元图形显示模块及导航信号模拟子系统，其中，所述的导航信号模拟子系统用于将模拟信号发送给信号采集及预处理子系统，信号采集及预处理子系统通过网络通信模块与信号评估与多元图形显示模块进行通信，并解析和处理信号采集及预处理子系统传送过来的各种导航数据，得到导航信号的误差和容限结果；所述的信号采集及预处理子系统包括天线阵列、接收机阵列和PXI零槽控制器，其中天线阵列用于接收各种无线电导航信号，接收机阵列对于天线接收的无线电导航信号进行处理并转换成数字、离散或者模拟信号中的任意一种或者多种输出，PXI零槽控制器上装有各种数字通用总线以及高速数字I/O采集设备，并且该PXI零槽控制器上装有LABVIEW RT实时操作系统，LABVIEW RT实时操作系统中运行有数据采集以及处理的软件，完成数据的采集、解析、封装以及网络发送功能；所述的PXI零槽控制器上安装有PXI接口的RS232、ARINC429、高速数字I/O和DAQ板卡，LABVIEW RT实时操作系统中有安装各种板卡的驱动，同时在该LABVIEW RT实时操作系统上运行数据采集及预处理程序，对各种导航接收机及其他导航设备的数据进行采集及预处理；所述的数据采集及预处理程序采用LABVIEW2010以及Visual C++6.0开发实现，在LABVIEW中实现数据的采集与通信，而使用Visual C++6.0实现数据格式的解析、预处理、时钟同步处理以及数据帧的封装，并将这些处理过程封装成动态链接库供LABVIEW下的程序调用；数据采集及预处理程序划分为数据采集模块、数据解析及处理模块和数据网络发送模块，数据采集模块负责采集MMR930以及RTK的移动站数据，数据解析及处理模块负责ARINC429字的解析、数据预处理以及帧格式的封装，数据网络发送模块将数据以固定的帧格式发送给信号评估与多元图形显示模块；其中数据采集模块与数据解析及处理模块之间的交互采用经典的主从模式来实现，而数据解析及处理模块同数据网络发送模块之间的交互采用经典生产者消费者模式来实现；所述的数据采集模块采集MMR930数据的采集流程为：采集程序首先获取板卡资源，配置板卡通道的工作方式，使能板卡ARINC429字格式转换，初始化队列及通知器，然后进入到数据采集循环，在数据采集循环中包括四条执行路径，其中一条是向MMR930发送Label033命令字，来控制MMR930的工作模式，该命令字要求至少每300毫秒发送一次；另外三条执行路径是分别采集ILS、VDB、GNSS通道的数据，首先读取对应通道的接收缓冲中的数据量，然后启动循环读取数据，每次循环读取一个数据并将读取的数据写入到对应的队列中，由于MMR数据块的内容涉及三个通道的数据因此需要将三个通道的数据均写入MMR队列中，数据通道读取完成后发送通知，通知相应的数据处理程序开始执行；所述数据网络发送模块采用三个独立的线程来完成，分别是网络服务器监听线程、网络数据发送线程、网络数据读取线程；网络服务器监听线程用来监听客户端的连接请求，当接收到连接请求时则建立连接，并将新建立的连接句柄添加到Data Server队列中；网络数据发送线程完成将Info队列中的数据发送到建立连接的客户端，具体为：首先初始化Info队列以及Info信号量，然后进入网络数据发送循环，在每次循环中，首先获取信号量进行保护，将队列中的数据元素全部读出，并释放信号量，在读出的数据中加入系统时间并组帧，其中系统时间与RTK基准数据中的UTC时间联合共同解决数据时钟同步的问题，在内层循环中遍历Data Server队列，对于每一个网络连接句柄首先判断当前网络连接状态，如果连接正常则将之前封装好的数据帧发送给相应的客户端，如果连接异常则断开网络连接，并将该句柄元素从Data Server队列中删除；网络数据读取线程则读取客户端发送来的命令，进而改变当前LABVIEW RT下程序的运行状态，具体为：网络数据读取线程遍历Data Server中的网络连接句柄元素，读取命令类型数据，当没有数据时会发生读取超时错误，此时不做任何处理继续查询下一个网络连接元素，当读取为超时并读取到类型码后，读取命令字长度信息，之后读取命令字内容信息，之后按照预定的方式解析命令字，并做出相应的处理；所述的信号评估与多元图形显示模块由一台数据处理计算机及其上运行的数据处理程序组成，所述的数据处理计算机包括网络通信模块、数据解析模块和上层应用；所述的网络通信模块为网络交换机，为信号采集及预处理子系统与信号评估与多元图形显示模块的数据通信提供物理链路；所述的导航信号模拟子系统是通过仿真控制计算机控制航空信号发生器产生导航信号作为信号源，并将信号发送给信号采集及预处理子系统，以此来验证信号采集及预处理子系统的工作性能；导航信号模拟子系统由航空信号发生器以及仿真控制计算机组成，其中仿真控制计算机上安装有GPIB板卡，通过GPIB总线控制航空信号发生器，仿真控制计算机上运行有航空信号仿真控制程序，以此来控制航空信号发生器动态的调节各种导航信号，将导航信号发送给信号采集及预处理子系统中的天线阵列。