用于飞行器分离测速的数据采集处理系统

　　飞行器飞行中的分离速度是指爆炸螺栓爆炸裂后，各级助推器之间以及助推器与载荷之间的分离速度，是飞行器的关键参数之一，直接决定了飞行器能否安全分离。因而在飞行器的地面试验研究中，需要对飞行器分离速度进行测量分析。传统的测量方法是采用高速摄像机，飞行器分离时从各个角度进行高速摄像，事后对图像信号进行处理，从而获得飞行器分离的速度、加速度信息。但这种方式存在成本高、精度低、难以操作、实时性差等缺点。因此，随着飞行器试验研究的不断深入，迫切需要一种高精度、高性能价格比的测速系统。本文介绍了一种用于飞行器地面分离实验的计算机测速系统，系统示意图见图1。该系统包括传感器和计算机数据采集处理分析系统。多通道高速大容量数据采集处理分析系统是飞行器分离测速系统的关键部分。主要用于在飞行器分离时对均匀分布于飞行器分离截面的传感器信息进行6路并行零相差高速长时间不间断采集、实时或事后数据处理分析，从而得到飞行器分离的速度及加速度曲线。数据采集与处理系统由6通道数据采集卡、主控微机及系统主控、数据处理分析软件构成。该系统已成功地用于某飞行器的地面试验研究。

　　1 多通道并行高速数据采集卡

　　6路并行零相差高速数据采集卡主要用来对均匀分布于分离截面的6速度传感器信号进行采集。它主要包括可编程衰减放大器、高速D/A转换器、FPGA门阵列逻辑控制电路等几部分。其原理框图如图2。

　　1.1 多通道数据采集卡的技术指标 (5)同步接口：任意通道触发采集，触发电平0～12V连续可调; 1.2.2 6路并行A/D转换器 本采集系统的并行通道多达6个。为了更好地利用缓冲存储器，设计中运用FPGA产生多路到一路的高速数据通道，把6个速率为1MHz的12位数据流转换为一路乒乓切换的24位数据流，时序见图5。 采集卡所选用的存储器为HM628512。这是一种容量为512K×8位的高速静态存储器，其读写周期仅为20ns，可以较好地满足系统大数据量、高速存储的要求。在电路构成上，设计了两路存储器(A路、B路)，通过FPGA提供的读写信号(OE、WE、CE)构成“乒乓开关”式结构。这种结构的好处在于对一组存储器进行写操作(即处于采集工作状态)θ的同时，主机对另外一组存储器进行读操作(即采集器向主机传输数据)。这样，使得采集器采集数据与传输数据能同时进行，使系统能不间断地采集数据，从而满足长时测速要求。 PCI总线有着严格的电气规范和时序要求，完全独立自主开基于PCI总线的接口电路有一定的难度。因此在PCI总线与数据采集器传输数据总线之间需要一个总线接口控制器。本采集系统接口电路选用了美国AMCC公司提供的通用PCI总线桥接口S5933。S5933支持2.1版PCI协议，达到132MB/s的数据传输速率。具有8/16/32bit扩展总线宽度、4个可编程的高速数据通道、2个32Byte支持猝发方式的FIFOS、主动或被动的用户扩展总线、兼容即插即用技术、通过邮箱的读写中断、PCI总线与用户扩展总线之间的中断信号直接互连。在本采集系统中，采用S5933的PATH-THROGH方式进行采集卡与主机的数据交换，通过邮箱发送采集卡给主机的中断申请，两块缓冲存储器分别映射为主机的两块内存。采集卡占用主机的内存、端口及中断资源见表1。