Telecom Power Technology
设计应用
郭玉洁，缪炜涛，刘涛瑜，李昊昱，郑
（中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，陕西
针对增雨机大气探测系统对异构数据实时稳定处理的要求，设计了一种机载多传感器数据采集与融合处理的软件。提出了一种基于数据库的分层架构，对软件进行模块化设计，构建了气象数据采集处理模块、通信模块、用户指令控制模块以及用户显示界面模块等核心模块，实现了基于多种通信接口的气象数据实时解析、处理与显示功能。某型增雨机空中探测作业实测表明，设计的大气探测软件能够满足增雨机空中气象观测分析、地面数据回放以及气象探头参数配置等多种工作模式的要求，实时性好且可靠性高，具有一定的借鉴意义。
多传感器；数据通信；数据采集处理；通信状态检测
Design of Airborne Multiple Sensor Data Acquisition and Processing Software
GUO Yujie, MIAO Weitao, LIU Taoyu, LI Haoyu, ZHENG Tao
(Xi'an Aeronautics Computing Technology Research Institute of Aviation Industry Corporation of China, Xi'an
Abstract: According to the requirement of real-time and stability in atmospheric sounding system, an airborne multiple sensor data acquisition and processing software is designed. A layered architecture based on database is used
2021年2月25日第38卷 第4期
Telecom Power Technology
Ｆｅｂ． ２５， ２０２１ Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．４ 郭玉洁，等：机载多传感器数据采集与
处理软件设计
其中，显控计算机具有双独立显示输出端口，具有灵活、多样且可扩展的外部接口，实现系统的数据处理及信息显示功能。该计算机具备高速以太网接口、USB接口以及CAN总线接口。气象数据接入设备包含数据采集处理模块、扩展接口模块以及电源模块，采用嵌入式操作系统实时完成对多路传感器数据的
采集与转发。探测信息处理机通过以太网接收探头数据，实现数据采集转发和本地保存功能。该计算机具备以太网接口、USB接口及串口。千兆以太网交换机具备10M、100M以及1000M自适应以太网高速数据交换功能，包含高速以太网接口和M12光纤接口。水含量转换器含有一个采集模块，用于采集16路模拟量，在模数变换后，通过水含量转换器的微处理器实时计算获得总水含量和液态水含量，并通过FlexRay总线发送到气象数据接入设备上。
3 软件架构设计与实现
3.1 软件架构设计
根据机载多传感器数据采集处理软件的需求分析，软件采用分层架构，具体如图2所示。
软件图形用户界面的组成如下。其中功能按键操作区由采样功能、记录功能、回放功能以及设置功能组成。画面显示区详细显示从传感器采集到的各种数据信息，具体由数据显示区、计数图、用户自定义数据显示区、多变量图表显示区、图像数据显示区以及参数设置区等部分组成。设置界面完成对软件显示界面布局的设置及对数据解算模型参数的设置。
软件逻辑功能模块描述如下。在参数输入与处理模块设置基本参数和解析算法模型的参数，并记录成配置文件保存在本地。数据解析处理模块读取本地文件，配置解析模型参数，解算传感器数据，并判定其
合理性。通信状态监控模块由定时器周期监控显控计算机与气象数据接入设备之间的网络通信，若3个监控周期没有数据通信，则判定探测通信失效。主从控制模块中，在双显控计算机冗余配置下，左右显控计算机之间建立心跳通信，若3个心跳周期内没有接到对侧显控计算机的心跳数据，则判定左右显控计算机通信失效，重新分配主机控制权，保证由唯一计算机进行通信控制。
通信模块采用以太网和串口等方式与硬件之间通信，显控计算机通过两种方式接收机载传感器数据。其中，加驻在气象数据接入设备上的处理软件将来自
显控计算机左
显控计算机右
以太网
交换机
以太网探测信息处理机
以太网
气象数据接入设备
（实时操作系统）
以太网
气
象
雷
达
其
他
探
头
422453
3V-CPI
北斗
以太网
视频
422
航
姿
大
气
GPS
429
CCN
设
备
LWC
TWC
设
备
模拟
232
以太网
水含量
转换器
FCDP
图1 大气探测系统组成
表现层
业务层(逻辑功能模块)
持久层数据库
图形用户界面
数据解析
计算
变量参数
输入及处理
基本参数
用户自定义
参数
配置参数
保存与读取
数据解析
数据迭代
计算
数据范围
合理性判定
通信状态
监控
周期查询
传感器数据
数据完整性
判定
通信失效
反馈
主从控制
建立心跳
通信
调整主机
通信控制权
通信模块
本地文件测量数据
周期查询
心跳数据
图2 软件架构
Telecom Power Technology
飞机黑匣子能记录多项关键数据串口数据以及总线数据转换成以太网格式发送给显控计算机，该种方式满足了高可靠性的要求。北斗数据和FCDP 数据直接向显控计算机发送数据，这样可以满足高实
软件的数据源为以太网上传的实时数据和本地
操作系统下进行了基于Qt
，
机载多传感器数据处理显示软件在显控计算机上具有直观的用户交互界面，实时显示测量数据、图形图表以及配置参数，同时能够配置气象传感器设备、显示布局以及解析参数。
软件的执行过程分为以下几个步骤。首先，软件启动后，执行初始化操作，读取配置文件并配置软件各项参数。其次，采样模式下，主从控制模块判断备进行实时数据采集处理操作和指令设置操作，具备数据通信状态检测和告警功能。经过某型增雨机实际空中探测作业实测可知，本设计能够满足增雨机气象观测分析、地面数据回放以及气象探头参数配置等多种任务模式对多种传感器数据可靠性和实时性的需求，具有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]柯
设计方法
[2]黄敏松，雷恒池
水粒子图像回放软件
1060-1064.
[3]黄敏松，雷恒池
理参数测量的影响
285-295.
[4]黄敏松，雷恒池，金
测数据中伪粒子的识别
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