摘 要：简要介绍了新一代遥测数据处理系统的体系结构、基于CPCI总线的遥测前端处理器、系统管理服务器及相关软件的功能、组成。总结了新一代遥测数据处理系统的一些技术特点。
关键词: 遥测数据处理；遥测前端处理器；CPCI总线
遥测数据处理系统是飞行试验中的重要技术支撑设施，它为各类原始试飞数据分析和处理提供了的平台，其实时监控功能是确保现代飞机试飞安全必不可少的重要手段，是提高试飞效率、缩短试飞周期、实现综合试飞的有效措施。
近年来随着计算机技术、遥测技术、网络技术的飞速发展，特别是当前流行的商用成品技术（COTS）越来越多地在军工领域中的应用，及飞行试验对数据处理的需求牵引，遥测数据处理系统有了很大的发展。为满足新机飞行试验的需求，我院自行综合集成了新一代遥测数据处理系统。该系统的主要功能和技术指标达到国外同类系统当前先进技术水平。该系统的研制成功和投入使用,将把我国试飞数据处理提高到一个新的水平。
1 新一代遥测数据处理系统的组成和体系结构
计算机网络技术的飞速发展，使以遥测前端处理器、系统管理服务器、显示工作站为组成，以网络分布式体系为结构的遥测数据处理系统成为新一代遥测数据处理系统的主流。图1为一个典型的新一代遥测数据处理系统的组成和体系结构框图。
遥测前端处理器的主要功能是对多路PCM数据流进行同步、分路、存储、工程单R位转换、导出参数计算等遥测数据处理，并通过网络把数据传送给显示工作站。显示工作站按试飞工程师的要求，完成遥测数据的进一步处理和各种可视化显示。系统管理服务器支持遥测数据处理的事先准备、系统配置和设置及系统工作状态的监视。在事后数据处理中，系统管理服务器完成数据的重放、工程单位转换、导出参数计算等处理，并通过网络把数据传送给显示工作站。
图1 新一代遥测数据处理系统的组成和体系结构
新一代遥测数据处理系统的体系结构，是典型的基于网络的服务器/客户机（C/S）体系结构，网络为1000/100M自适应以太网，通信方式采用广播方式和“点对点”方式。系统可根据实际应用进行灵活扩展和配置，遥测前端处理器可配置到1~4台（2~8路PCM），“点对点”方式的显示工作站，一般地说不多于16台，系统管理服务器可管理多台遥测前端处理器。
其数据处理流程见图2。
2 基于CPCI总线的遥测前端处理器
遥测数据处理系统中的核心设备——遥测前端处理器,经历了从分立式、智能式到嵌入式的快速发展历程。当前计算机技术的发展，使CPU速度和总线速率已不再是新一代的遥测前端处理器的瓶颈，基于单CPU、CPCI（ComPACt PCI）总线、具有1000 Mb/s以太网接口的遥测前端处理器成为新一代遥测前端处理器的主流。
上世纪90 年代初出现的速率高达 132 Mb／s 的计算机外围互联总线 PCI, 已成为今天高性能PC 机事实上的总线标准。后来出现了PCI 总线的工业“加固”, 即所谓的CPCI。CPCI 是PCI总线电气协议标准与成熟的欧洲式插卡工业组装技术的结合, 它既吸收了PC机商用技术的最新成果, 又能适应于工控实时应用要求的坚固、可靠、模块化、热切换, 以及使用维护方便, 因此一经推出就得到工业界的欢迎。 CPCI 总线的电气性能和特点，包括32/64位的数据传输能力和分别为132 MB/s、264 MB/s的数据传输速率，满足新一代的遥测前端处理器多条PCM数据流的实时传输要求，成为新一代遥测前端处理器总线平台的理想选择。
2.1硬件组成与结构
遥测前端处理器器由CPCI机箱、系统板（CPU）、PCM多功能遥测接口、时码板、D/A板、存储设备等组成，典型组成与结构见图3。
遥测前端处理器中的主要插件板均采用了OEM产品。机箱选用12槽CPCI机箱，包括电源组件和2个36 GB磁盘。系统板（CPU）选用了美国SBS公司的C7系列，CPU P Ⅲ 933 MHz，RAM为1 GB，2个1000 Mb/s以太网口，1个SCSI口。PCM多功能遥测接口选用了美国SBS公司的SBS-4422，分路速率为20 Mb/s，板上的码同步器速率为20 Mb/s，可接收符合IRIG 106遥测标准的各种码型。时码板选用了美国TUTEM公司带GPS授时的BC637。D/A板选用了美国NI公司NI671系列，每板8通道，每通道1 MS/s，D/A分辨率为 12位（D/A输出也可以按用户选择，配置到显示工作站SVM上）。
2.2 主要功能和技术指标
遥测前端处理器实际上是一个实时计算机系统，其主要功能简单地说，就是把来自遥测接收设备送来的多路串行PCM数据流进行同步、分路后转换成并行数据，合并、存储并对其进行工程单位转换、计算等实时处理，通过网络以广播或“点对点”方式把数据传送给显示工作站。事后，通过遥测记录数据重放，为用户提供同样的数据服务。其主要技术指标如下：
①. 可同时完成1~4路PCM数据流的同步和分路，每路PCM速率不大于20 Mb/s；
②. 实时数据处理：数据合并、工程单位转换、导出参数计算等，实时处理总速率不大于20 Mb/s；
③.数据传输：交换式千兆以太网，网络速率1000 Mb/s，广播方式和“点对点”方式；
④.数据存储：满足在最大速率下数据存储不丢失；磁盘容量为72 GB时，记录时间不小于4 h；
⑤. D/A输出：16路，为条图仪提供数据。
2.3软件组成与实时数据处理流程
遥测前端处理器器中的软件由采集、分路、参数提取、工程单位转换、实时处理、告警参数处理、数据存储、实时数据分配等模块组成，其中采集、分路、参数提取、工程单位转换模块与数据流相对应。PCM数据经采集、分路后，按事先定义对参数进行提取、工程单位转换和必要的处理、存储，按事先设置把数据传输給模拟与数字量输出模块，并通过网络传输給实时可视化显示工作站，由显示工作站完成遥测数据各种方式的可视化显示。遥测前端处理器软件组成与实时数据处理流程框图见图4。
2.4系统软件平台及选择
遥测前端处理器操作系统平台，目前流行的有Windows2000和VxWorks，Windows2000大家都比较熟悉，VxWorks是一个用途广泛的实时操作系统。两者各有利弊。Windows2000通用，软件资源丰富，易于使用和扩展；VxWorks实时性、安全性好，用户要扩展比较困难。权衡利弊本系统选择了VxWorks。用户要扩展的功能大部分在事后数据处理中，这些功能放在系统管理服务器中完成。
3 系统管理服务器及其软件
系统管理服务器（SPE）是新一代遥测数据处理系统中的重要组成部分，它可以说是系统控制工作站，也可以说是系统实时监视工作站。主要功能是管理和监控整个系统和网络。试验开始前，利用SPE定义和配置整个系统；当试验开始的时候，在SPE上被定义好的各试验配置下载到遥测前端处理器（SAM）和显示工作站（SVM）子系统；在实时处理过程中，它处于发送、接收命令状态，管理各子系统之间的数据传输和网络通信，同时完成定义的数据存储和处理；在事后它能完成记录数据的重放和处理，功能相当于SAM。
SPE中的软件由系统配置、系统和网络状态监控、数据重放和处理等软件组成，系统运行环境为Windows2000，主要功能有：
① 定义和加载试验配置（导出参数、参数定义、告警、视图编辑、采集条件等）；
② 定义、控制NDA网络管理；
③ 接收来自SAM的数据；
④ 实时存储来自SAM的原始数据；
⑤ 实时数据显示（功能相当于SVM）；
⑥ 事后数据重放和处理。
4 系统显示工作站与数据可视化显示
显示工作站（SVM）是试飞工程师使用系统的人机交互界面。在事先准备阶段，它是系统管理服务器的客户终端，通过它完成试验的定义和系统配置；在实时处理阶段，它是可视化显示的图形终端，完成定义的各种显示。在系统软件中有一套标准的图形显示画面，也可使用图形编辑器编辑更多的用户自定义图形显示画面（如：计数器、图形、曲线、告警、图表、棒状、数字等）。
SVM可以通过SPE来进行控制和定义，即用于SVM的视图显示和参数显示能够在SPE上定义并由它管理，在本机不需做任何操作；也可以在本机上操作，以图的形式显示由SPE分配的列表参数。
系统同时采用TCP/IP协议和UDP（广播方式）两种网络通信协议。部分显示工作站可以直接接收来自SAM的原始数据，这些工作站配备专用软件，即可完成诸如颤振、振动、稳定性裕度等有特殊要求的任务处理。
另外，SVM还可以配置D/A输出板，为条图仪提供数据。
系统运行环境可以是Windows 98/xp或Windows2000等。
5 新一代遥测数据处理系统的技术特点
① 新一代遥测数据处理系统都采用了基于网络的分布式体系结构和服务器/客户机（C/S）的工作模式；
② 基于Compact PCI总线、Windows2000/NT或VxWorks平台的遥测前端处理器，成为遥测前端处理器的主流产品；
③ 实时数据处理软件基于先进的网络分布式体系结构（NDA，network distributed architecture）和基于目录服务的思想，易于扩展和方便使用；
④ 随着机载记录器的数字化、综合化，软件分路技术在事后重放中得到广泛的应用；
⑤ 新一代遥测数据处理系统支持多路PCM数据流，每路速率高达20 Mb/s；
⑥ 基于网络的开放式软件结构和应用软件的极大丰富，更方便了试飞工程师的使用；
⑦ 当前流行的商用技术（COTS），在遥测数据处理系统中得以广泛应用，OEM、COTS仍然是遥测数据处理系统开发和集成普遍采用的技术途经。
遥测数据处理系统继续朝着以遥测数据处理器为中心、以网络为基础的分布式结构的方向发展，软件分路技术将得到更广泛的应用。
6 结束语
遥测数据处理系统在现代飞机飞行试验中有着重要的作用和地位，基于网络体系结构的新一代遥测数据处理系统的使用，将改变遥测数据处理工作方式，提高遥测数据处理效率，把遥测数据处理提高到一个新的水平，其功能和性能可以满足现代飞机综合试飞实时处理多数据流的需求，使实时数据处理量达到60%，极大地缩短试飞数据处理的周期。
为提高试飞工程师的数据处理水平，今后要在加强遥测数据处理系统建设和技术水平提高的同时，更应注重飞行试验遥测数据处理的组织与管理，使试飞数据处理水平得以更大的提高。
参考文献：
[1] 白效贤，霍培锋等. 试飞测试系统的现状与发展趋势. 飞行试验 2002.第三期
作者简介：
于 艳， 女，工程师，从事试飞数据处理技术研究和软件开发工作。
