本發(fā)明涉及多總線兼容的飛行器在線異常檢測(cè)系統(tǒng)，屬于狀態(tài)監(jiān)測(cè)和總線通信。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)階段，狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)已然成為實(shí)現(xiàn)裝備維護(hù)、智能管理的核心技術(shù)之一。具體地，對(duì)于飛行狀態(tài)下的飛行器，隨著其自身的復(fù)雜程度和所處飛行環(huán)境的復(fù)雜程度的不斷增加，對(duì)其整體系統(tǒng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求也不斷提升。例如：公開(kāi)號(hào)為cn116243085a，發(fā)明創(chuàng)造名稱為一種可穿戴電氣電子系統(tǒng)診斷裝置，其技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了支持固定協(xié)議和完成協(xié)議的解析，也就是單一協(xié)議下的監(jiān)聽(tīng)解碼過(guò)程。因此，現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：

2、(1)現(xiàn)有的嵌入于飛行器的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在無(wú)法面對(duì)飛行器在飛行狀態(tài)下的復(fù)雜環(huán)境與面對(duì)多種數(shù)據(jù)類型進(jìn)行有效系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的情況；

3、(2)現(xiàn)階段的飛行器待監(jiān)測(cè)的關(guān)重部件和嵌入的非侵入式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間往往采用多種通信協(xié)議方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞，目的是保證通信協(xié)議在一種協(xié)議失效的時(shí)候切換為另一種協(xié)議，在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和設(shè)備中提高全系統(tǒng)的兼容性、靈活性以及可靠性，而現(xiàn)有的監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)僅能針對(duì)特定數(shù)據(jù)類型的一種通信協(xié)議進(jìn)行識(shí)別解碼操作，應(yīng)對(duì)多種協(xié)議需要人為手動(dòng)進(jìn)行重新配置，靈活性嚴(yán)重不足；

4、(3)當(dāng)前的故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用單一種通道數(shù)據(jù)源進(jìn)行處理往往面臨著特征單一的問(wèn)題，例如，某些故障可能在某個(gè)協(xié)議的數(shù)據(jù)中表現(xiàn)不明顯，但在另一協(xié)議的數(shù)據(jù)中表現(xiàn)顯著。

5、因此，亟需提出多總線兼容的飛行器在線異常檢測(cè)系統(tǒng)，以解決上述技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問(wèn)題，提供基于協(xié)議自適應(yīng)的飛行器故障診斷非侵入式監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可嵌入于飛行狀態(tài)下的飛行器當(dāng)中，對(duì)飛行狀態(tài)下的飛行器的諸多部件進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：

3、多總線兼容的飛行器在線異常檢測(cè)系統(tǒng)，包括：

4、第一監(jiān)聽(tīng)模塊：用于監(jiān)聽(tīng)通信板卡傳輸線的數(shù)據(jù)；

5、第二監(jiān)聽(tīng)模塊：用于監(jiān)聽(tīng)總線傳輸線的數(shù)據(jù)；

6、采集模塊：用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，具有高采樣率和分辨率；

7、核心板模塊：負(fù)責(zé)運(yùn)行邏輯程序解碼監(jiān)聽(tīng)到的數(shù)據(jù)，并部署后續(xù)故障預(yù)測(cè)算法；

8、電壓轉(zhuǎn)換模塊：將電源供應(yīng)的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)化，輸出需要電壓供其他模塊使用；

9、可用于衛(wèi)星或無(wú)人機(jī)的狀態(tài)監(jiān)聽(tīng)與數(shù)據(jù)處理。

10、優(yōu)選的：第一監(jiān)聽(tīng)模塊為1553b監(jiān)聽(tīng)模塊，包括雙收發(fā)器，雙收發(fā)器所有輸出和輸入引腳都與核心板模塊相連，用于監(jiān)聽(tīng)通信板卡傳輸線的數(shù)據(jù)；符合mil-std-1553b標(biāo)準(zhǔn)，并支持多種接口如同步或異步并行總線、串口和spi接口；

11、第二監(jiān)聽(tīng)模塊為rs485監(jiān)聽(tīng)模塊，包括四通路集成電路，四通路集成電路具備雙驅(qū)動(dòng)器和接收器，每條通路的差分信號(hào)接收端與發(fā)送端相連，四通路集成電路與核心板模塊相連，用于監(jiān)聽(tīng)總線傳輸線的數(shù)據(jù)；

12、采集模塊為ad采集模塊，包括運(yùn)算放大器部分(四片共八通道的穩(wěn)壓運(yùn)放)和模數(shù)轉(zhuǎn)換部分(一片高集成度的8輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc)，運(yùn)算放大器部分與模數(shù)轉(zhuǎn)換部分輸入端相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換部分的輸出端通過(guò)dout管腳與核心板模塊相連；

13、核心板模塊：核心板通過(guò)jtag端與cpu相連，cpu使用紫光同創(chuàng)的pds開(kāi)發(fā)軟件通過(guò)連接器向核心板的pg2l100h芯片燒錄邏輯程序，上位機(jī)可為帶有用戶界面程序的顯示器，上位機(jī)與cpu連接，并通過(guò)上位機(jī)程序配置系統(tǒng)參數(shù)，核心板模塊與儲(chǔ)存模塊(sd卡)相連；

14、電壓轉(zhuǎn)換模塊：電源通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換模塊與1553b監(jiān)聽(tīng)模塊、rs485監(jiān)聽(tīng)模塊、ad采集模塊、核心板模塊相連并供電，電壓轉(zhuǎn)換模塊將電源供應(yīng)的27v電壓轉(zhuǎn)化為5v，再將5v電壓分別轉(zhuǎn)化為3.3v以供其他模塊使用；這種dc-dc電壓轉(zhuǎn)換模塊利用電感和電容等元件對(duì)輸入直流電壓進(jìn)行變換和濾波，最終輸出所需的電壓。

15、優(yōu)選的：1553b監(jiān)聽(tīng)模塊包括低功耗的cmos雙收發(fā)器和兩個(gè)變壓器，變壓器采用pm-db2725ex變壓器，雙收發(fā)器為hi-1573芯片；兩個(gè)變壓器的輸出端與hi-1573芯片的輸入端相連，hi-1573芯片的輸出端與核心板模塊相連；變壓器用于將接收到的1553b信號(hào)進(jìn)行降壓處理，轉(zhuǎn)化為后續(xù)可以輸入到hi-1573芯片中擁有合適電壓值的信號(hào)，使其能被hi-1573芯片接收)。

16、優(yōu)選的：ad采集模塊的運(yùn)算放大器部包括四片型號(hào)為ad8552ar的芯片；ad采集模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換部分包括模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用高集成度的ad7856arz型號(hào)芯片。

17、優(yōu)選的：核心板模塊為整個(gè)系統(tǒng)的核心，采用紫光同創(chuàng)生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)pango系列l(wèi)ogos2?fpga核心板，對(duì)于上述傳輸來(lái)的rs485總線數(shù)據(jù)，首先要進(jìn)行協(xié)議判斷以及解碼處理，不同的協(xié)議后續(xù)將采用不同的解碼方式。

18、優(yōu)選的：電壓轉(zhuǎn)換模塊將外部電源提供的電壓轉(zhuǎn)換成適配于其它模塊的電壓從而完成供能操作，包括電壓轉(zhuǎn)換芯片和低壓降穩(wěn)壓器，電源通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換芯片與核心板模塊、第二監(jiān)聽(tīng)模塊、采集模塊相連，電源順次通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換芯片、低壓降穩(wěn)壓器與第一監(jiān)聽(tīng)模塊sd卡相連；

19、電壓轉(zhuǎn)換芯片采用型號(hào)為vrb_s-10wr3的電壓轉(zhuǎn)換芯片；低壓降穩(wěn)壓器采用型號(hào)tps73801-sep的低壓降穩(wěn)壓器。

20、優(yōu)選的：儲(chǔ)存模塊包括micro?sd連接器(micro_sud_connector)和micro?sd卡，sd卡通過(guò)連接器與核心板模塊相連。

21、優(yōu)選的：針對(duì)多種協(xié)議傳輸方式下的rs485總線數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了自適應(yīng)協(xié)議識(shí)別算法，識(shí)別出來(lái)不同的協(xié)議類型之后再進(jìn)行后續(xù)的分別解碼過(guò)程，并將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間對(duì)齊和拼接處理輸入lssvm模型共同進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，包括以下步驟：

22、modbus?rtu協(xié)議數(shù)據(jù)串的首字節(jié)為地址，取值為0的時(shí)，代表采用了廣播的通訊方式，取值為1-247時(shí)，代表了具體的從地址設(shè)備，其后接的1字節(jié)功能碼普遍的取值如下表1所示；

23、表1modbusrtu協(xié)議功能碼及功能

24、

25、hdlc協(xié)議有固定的開(kāi)始標(biāo)記位和結(jié)束標(biāo)志位，即0×7e，因此以這個(gè)特征來(lái)進(jìn)行hdlc的協(xié)議判定就有很強(qiáng)的精確性；

26、profibus?dp協(xié)議的不同的起始定界符(首字節(jié))可以區(qū)分為四種不同的通信模式，其取值與含義如下表2所示，根據(jù)不同的通信方式的起始定界符、尾幀以及幀結(jié)構(gòu)來(lái)確定傳輸過(guò)程中采用的傳輸協(xié)議和通信模式；

27、表2profibus?dp協(xié)議的四種傳輸模式特征

28、

29、因此結(jié)合四種協(xié)議的特點(diǎn)，將自適應(yīng)協(xié)議處理設(shè)計(jì)如圖7所示；

30、其中，dmx512協(xié)議的判讀比較容易，僅需要檢測(cè)數(shù)據(jù)是否包含至少持續(xù)88μs的低電平(break)并且緊接著跟一個(gè)至少持續(xù)8μs高電平(mab)，用本方法即可判定是否采用了dmx512協(xié)議；

31、hdlc協(xié)議的判讀主要方法是對(duì)其起始幀和結(jié)束幀進(jìn)行判定，若均為0×7e，則可以判斷其采用了hdlc協(xié)議進(jìn)行485通訊，若僅起始幀為0×7e而結(jié)束幀不是0×7e，則判定為使用modbus?rtu的單播模式向地址為126(0×7e)的設(shè)備進(jìn)行通訊；

32、如上表2所述的四種profibus?dp協(xié)議傳輸方式，當(dāng)起始幀為0×10時(shí)，可能采用了profibus?dp協(xié)議的sd1通訊方式，也可能采用了modbus?rtu協(xié)議將數(shù)據(jù)單端傳輸給地址為16(0×10)的設(shè)備，這需要后續(xù)的進(jìn)一步判斷；由于profibus?dp協(xié)議的sd1模式是短幀傳輸模式，所以其幀長(zhǎng)度相對(duì)于modbus?rtu協(xié)議明顯較短，僅有5-6個(gè)字節(jié)，所以當(dāng)幀長(zhǎng)度為5-6個(gè)字節(jié)的時(shí)候，判斷此時(shí)使用的協(xié)議為profibus?dp且采用的通訊方式為sd1；若幀長(zhǎng)度較長(zhǎng)，則判斷采用了modbus?rtu協(xié)議向地址為16的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

33、如上表2所述的四種profibus?dp協(xié)議傳輸方式，當(dāng)起始幀分別為0×2a、0×68、0×dc時(shí)，若結(jié)束幀為固定的0×16，則可以分別判斷為采用了profibus?dp協(xié)議的sd2、sd3、sd4三種傳輸方式，否則，判斷為采用modbus?rtu協(xié)議向地址分別為42(0×2a)、104(0×68)和220(0×dc)的設(shè)備進(jìn)行單播傳輸；

34、若起始幀為0×00，則可以判斷為使用了modbus?rtu協(xié)議的廣播傳輸方式，當(dāng)起始幀均不為上述涉及到的情況時(shí)，則可以判定為采用了modbus?rtu協(xié)議向地址為x的設(shè)備進(jìn)行單播傳輸(注：x為前述未曾涉及到的幀數(shù))；

35、協(xié)議判定完成之后，將不同協(xié)議下的總線數(shù)據(jù)導(dǎo)入相應(yīng)的解碼模塊進(jìn)行解碼，得到的rs485總線數(shù)據(jù)稱為第一狀態(tài)數(shù)據(jù)，1553b總線數(shù)據(jù)稱為第二狀態(tài)數(shù)據(jù)，ad采樣得到的數(shù)據(jù)是第三狀態(tài)數(shù)據(jù)；

36、采用0.1s的時(shí)間小窗進(jìn)行時(shí)間對(duì)齊處理，將小窗中含有的兩種協(xié)議對(duì)應(yīng)缺失的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行埃爾米特插值進(jìn)行時(shí)間的補(bǔ)齊，埃爾米特插值的原理如下：設(shè)插值函數(shù)為h，則滿足h(xi)＝y(tǒng)i,h'(xi)＝y(tǒng)i'(x),(i＝0,1,…,n)；這里一共有2n+2個(gè)條件，唯一確定一個(gè)次數(shù)不超過(guò)2n+1的多項(xiàng)式，形式如公式(1)：

37、h2n+1(x)＝a0+a1x+…+a2n+1x2n+1?(1)

38、根據(jù)lagrange插值多項(xiàng)式的求解方法，將插值節(jié)點(diǎn)處的函數(shù)值和一階導(dǎo)數(shù)值作為多項(xiàng)式系數(shù)，利用零點(diǎn)和抽樣delta性質(zhì)來(lái)求解合適的基函數(shù)；記mi＝y(tǒng)i'(x)，則h的lagrange多項(xiàng)式的形式可以表示為公式(2)：

39、

40、插值余項(xiàng)r(x)可以表示為公式(3)：

41、

42、將插值處理后的第一狀態(tài)數(shù)據(jù)記為α1,α2,…，將插值處理后的第二狀態(tài)數(shù)據(jù)記為β1,β2,…，兩組狀態(tài)數(shù)據(jù)在時(shí)間上完全對(duì)應(yīng)，將其按照時(shí)間戳進(jìn)行水平拼接處理，形成新的數(shù)據(jù)集[(α1,β1),(α2,β2),…]，將數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)依次輸入大小為10×2的數(shù)組中，該數(shù)組記為c，第一個(gè)c為：

43、

44、將此十個(gè)拼接的數(shù)據(jù)點(diǎn)放入訓(xùn)練好的lssvm模型中進(jìn)行推理計(jì)算，得到(α'11,β'11),將預(yù)測(cè)值(α'11,β'11)與真實(shí)值(α11,β11)進(jìn)行比較，若小于閾值則判斷為無(wú)故障，若大于閾值則飛行器出現(xiàn)故障；需要說(shuō)明的是，當(dāng)該點(diǎn)判定為數(shù)據(jù)無(wú)故障時(shí)，下一次的推理計(jì)算需要將(α11,β11)放入矩陣c最后一行中并將(α1,β1)移除從而進(jìn)行(α'12,β'12)的預(yù)測(cè)工作，依次類推；當(dāng)該點(diǎn)判定為有故障時(shí)，下一次的推理計(jì)算需要將(α'11,β'11)放入矩陣c最后一行中并將(α1,β1)移除從而進(jìn)行(α'12,β'12)的預(yù)測(cè)工作，依次類推；

45、對(duì)于第三狀態(tài)數(shù)據(jù)，這里標(biāo)記為γ1,γ2,…，無(wú)需向上述一樣進(jìn)行協(xié)議數(shù)據(jù)融合處理，可以直接將數(shù)據(jù)拼接成大小為10×1的矩陣，與上述一致利用十個(gè)點(diǎn)拼接成數(shù)組(γ1,γ2,…,γ10)來(lái)預(yù)測(cè)下一個(gè)點(diǎn)γ'11的故障情況；當(dāng)預(yù)測(cè)值γ'11與真實(shí)值γ11的差大于設(shè)定的閾值時(shí)，判斷該點(diǎn)數(shù)據(jù)有故障，將γ'11拼接到前置的九個(gè)點(diǎn)γ2,γ3,…,γ10最后形成數(shù)組(γ2,γ3,…,γ10,γ'11)進(jìn)行第十二個(gè)點(diǎn)γ'12的預(yù)測(cè)，以此類推；當(dāng)預(yù)測(cè)值γ'11與真實(shí)值γ11的差小于設(shè)定的閾值時(shí)，判斷該點(diǎn)無(wú)故障，將γ11拼接到前置的九個(gè)點(diǎn)γ2,γ3,…,γ10最后形成數(shù)組(γ2,γ3,…,γ10,γ11)進(jìn)行第十二個(gè)點(diǎn)γ'12的預(yù)測(cè)，以此類推；

46、將得到的原始數(shù)據(jù)以及故障處理結(jié)果存儲(chǔ)到sd卡中，方便讀取。

47、本發(fā)明具有以下有益效果：

48、本發(fā)明基于核心板模塊提出一種集成4通道rs485監(jiān)聽(tīng)通道、2通道1553b監(jiān)聽(tīng)通道以及8路ad的采集系統(tǒng)，面對(duì)多種數(shù)據(jù)類型(rs485總線數(shù)據(jù)、1553b總線數(shù)據(jù)、模擬量)的監(jiān)聽(tīng)與采集實(shí)現(xiàn)具有較強(qiáng)的綜合性；本發(fā)明針對(duì)rs485的多種傳輸協(xié)議進(jìn)行了自適應(yīng)算法的設(shè)計(jì)，并將識(shí)別出的不同協(xié)議數(shù)據(jù)送入后續(xù)的模塊進(jìn)行解碼等處理；將解碼得到的rs485總線數(shù)據(jù)與1553b總線數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊拼接處理，后續(xù)共同送入lssvm模型進(jìn)行訓(xùn)練推理，訓(xùn)練出的模型綜合了兩種協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備的故障監(jiān)測(cè)具有更綜合的性能；ad采集模塊針對(duì)于各路模擬量也輸入進(jìn)本發(fā)明使用的lssvm模型進(jìn)行推理運(yùn)算，總體來(lái)說(shuō)提升了故障監(jiān)測(cè)的質(zhì)量，適用于復(fù)雜環(huán)境與面對(duì)多種數(shù)據(jù)類型，實(shí)現(xiàn)效系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的情況。