PXI总线在试飞测试系统中的应用

PXI总线在试飞测试系统中的应用
白效贤, 袁炳南
(中国飞行试验研究院)
摘要：本文简要介绍了PXI总线应用于试飞测试的优势，并通过两个实例，介绍了 PXI总线在试飞测试系统中的应用。

关键词: PXI总线；试飞测试系统；遥测数据处理；应用
1 前言
飞行试验测试系统是测量和分析飞行试验对象各种信息的软、硬件集合，由机载采集、记录、遥测发射、地面遥测接收、数据处理设备及数据处理、分析软件组成。

飞行试验测试系统是飞行试验测试技术的综合体现，是飞行试验的重要技术支柱。

近年来随着计算机技术、总线技术、网络技术的飞速发展及飞行试验对测试的需求牵引，基于PXI总线的试飞测试系统应运而生，在运输类飞机机载测试、地面试验测试、遥测数据处理方面的应用有了很大的发展。

国内外已有很多成功的应用范例。

本文简要介绍了PXI总线在试飞测试领域的应用优势，并通过两个实例，介绍了 PXI总线在试飞测试系统中的应用。

2 PXI总线的特点及在试飞测试领域应用的优势
90 年代初出现的速率高达 132MB／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Compact PCI。

Compact PCI 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。

1997年美国NI公司在Compact PCI总线的基础上，扩展了触发总线、参考时钟、本地总线和星形触发总线，形成PXI(PCI eXtension for Instrumentaion) 总线。

PXI总线吸取了VXI总线的技术优点，与Compact PCI 总线兼容。

PXI总线在机械结构方面与Compact PCI 总线基本相同，PXI标准也定义了一个包括电源、冷却系统和安装模块槽位的标准化机箱。

本地总线为遥测前端模块之间的互联，提供了通路，减少了模块前面板的插座和模块之间的互联电缆，提高了可靠性，满足试飞测试系统在大型运输类飞机机载和地面活动式车载环境使用要求。

PXI总线具有Compact PCI 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132MB/S、264MB/S的数据传输速率，满足大型试飞测试系统实时数据传输要求。

NI公司最新推出基于Pentium Ⅲ处理器（850MHz）的RT系列的嵌入式系统控制器模块，为测试系统的实时数据处理能力，提供了强有力的保障。

由PXI集成的测试系统本身可以采集多种参数外，它还可以集成SCXI信号调节器，这就显著地扩展和增大了信号采集和调节能力。

SCXI是一个具有多种I/O功能的信号调节前端。

它可以调节热电偶、RTD、热敏电阻、应变电桥、压力、高低电压、电流等信号，满足试飞
多类信号的测试要求。

PXI是在VXI总线技术之后出现的，它吸取了VXI总线的技术特点和优势，继承了VXI总线DE1模块化结构、数据吞吐量快、开放性强、即插即用等特点，而且具有以下独特的优点：
①高速PCI总线结构，传输速率达132MB/s和PCI完全互操作；
②可以应用标准Windows98/NT操作系统及其应用软件；
③模块化结构，具有符合标准要求的系统电源和电磁兼容性能；
④具有10MHz系统参考时钟，触发线和本地总线；
⑤具有模拟I/O、数字I/O、定时/计数器、图像采集和信号调理模块等广泛的仪器模块产品；
⑥具有“即插即用”(Plug＆Play) 模块驱动程序；
⑦具有LabVIEW、LabWindows/CVI、C++、Visual Basic等系统开发工具；
⑧具有低价格、易于集成、灵活性好和开放式工业标准等优点；
⑨标准系统提供8槽机箱结构，多机箱可通过PCI-PCI接口桥接；
⑩具有兼容GPIB和VXI仪器系统的GPIB接口和MXI接口。

目前支持PXI总线的PCM遥测多功能模块、航空电子总线模块（1553B、ARINC429等）还没有看到，不过国外基于Compact PCI总线的上述模块已为数不少，国内已有研制基于PXI 总线的试飞专用模块的能力，加之丰富的软件资源和PXI总线良好的性能价格比，使PXI总线在试飞测试系统中具有独特的优势，成为新一代大型运输类飞机机载和地面试飞测试系统计算机总线平台的理想选择。

3 基于PXI总线的数据采集系统
机载数据采集系统是试飞测试系统是必不可少的重要组成部分。

目前军用、民用大型运输类飞机的试飞任务越来越多，若选用军用战斗机使用的小型机载数据采集系统，价格昂贵，特别是民用试飞项目无法接受。

因此基于PXI总线的数据采集系统成为国内外军、民用大型运输类飞机试飞机载和地面试验测试系统的最佳选择。

3.1 基于PXI总线的数据采集器的结构与组成
基于PXI总线的数据采集系统由PXI机箱、系统模块、信号调理模块、采集模块、专用航空电子总线采集模块、PCM数据流输出模块、时码模块、存储设备等组成，典型结构见图1。

1553B
IRIG-B
图1 基于PXI总线的数据采集器的典型结构和组成
3.2 主要功能和技术指标
3.2.1 调理、采集能力
缓变信号：包括电压信号、电流信号、频率/计数信号，通道数根据需要而定；
振动信号：32路振动信号，每路振动信号的频率范围为0～2500Hz；
总线信号：包括RS232、ARINC429、1553B总线信号等。

3.2.2 输出能力
以太网（100Mb/s）：系统设置和实时监控数据输出；
PCM输出：输出符合IRIG 106遥测标准的PCM数据流，为遥测发射、PCM数据记录、PCM信号合并提供数据源。

3.3 在试飞测试中的应用
根据试飞测试任务的需求和测试参数的类型、数量，用一台数据采集器或多台数据采集器组合组成一套试飞机载和地面试验测试系统。

多台数据采集器的组合方式，可以采用PXI 机箱连接方式，也可以采用PCM数据流合并方式。

采用PCM流合并方式，可以和非PXI结构的采集器混合使用，实现测试系统的分布式安装，如某大型航空通用试验机即采用PCM流合并方式，PXI数据采集器安装在机舱，小型机载采集器安装在发动机舱和其它试验舱，发挥了各自的优势，满足了测试任务的需求。

4 基于PXI总线的遥测前端处理器
遥测前端处理器是遥测数据处理系统中的核心设备,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PXI总线的单CPU、单总线式结构的遥测前端处理器已经出现，加之网络技术的飞速发展，使遥测前端处理器向遥测服务器发展成为现实，基于网络的分布式体系结构，成为遥测数据处理系统的主流。

4.1 遥测前端处理器的结构与组成
遥测前端处理器由PXI机箱、系统模块、快速以太网&SCSI-Ⅱ模块、双PCM数据流多功能遥测接口、时码模块、D/A模块、存储设备等组成，典型结构见图2。

遥测服务器图2 基于PXI总线的遥测前端处理器的典型结构和组成
的主要功能简单地说，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，通过网络把数据传送给用户工作站，为用户提供数据服务。

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：
a. 可同时处理1∽4路PCM 数据流，实时处理速率不小于5Mbit/S ；
b. 数据存储：满足在最大速率下数据存储不丢失；磁盘容量为36GB 时，记录时间不小于2小时；
c. 数据传输：交换式快速以太网，100Mb/S 。

4.3 遥测前端处理器在试飞中的应用
图3所示，是一个典型的以遥测前端处理器为核心的遥测数据处理系统，主要用于各种飞行试验遥测实时监控和事后数据重放处理。

它由两套双轴自动跟踪天线、多通道接收机，一套遥测前端处理器、数据服务器、网络交换机，多台工作站及各种输出设备组成。

整个系统以网络为基础，采用服务器/客户机的工作方式，功能齐全、处理能力强、使用方便、易于扩展，可满足各种双目标、多数据流的大型综合试飞遥测数据处理要求。

5 结束语
基于PXI 总线的试飞测试系统，综合了不同技术前沿的优点，模块硬件和软件可以简单添加，丰富的软件资源，从而提供了一套低成本高性能、适用于大型运输类飞机试飞机载测试和地面试验测试的完整解决方案，它的灵活性和扩展性，足以应对今天试飞测试各方面的挑战，必将有着广泛的应用前景。

参考文献：
[1] 白效贤. 基于PXI 总线的新一代遥测前端处理器.航空测试技术交流论文集, 2000.
图3 遥测前端处理器应用实例。