某飞行器数据测量系统的设计与实现

作     者：张昊宇 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：甄国涌

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 082504[工学-人机与环境工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：测量系统 数据采编记录器 电源管理 LVDS 千兆以太网 

摘      要：随着航天技术的飞速发展,航天试验对数据测量系统提出越来越多样化的功能需求。在飞行试验准备状态下,由于数据测量系统飞行器与地面通讯接口完全分离,无法完成启动记录指令的下发,而数据测量系统需要通过接收指令完成试验中采集数据的实时存储,以实现事后数据的下载和分析。针对上述问题,设计了一种实现数据采集、传输及电源控制的数据测量系统。首先对数据测量系统的技术指标进行分析,并结合国内外研究现状,设计了由数据采编记录器、电源管理器及地面测控台组成的数据测量系统。其次,对数据测量系统各部分的关键技术进行了研究与设计:基于温度传感器、热流传感器及流速传感器的工作原理设计了滤波电路和补偿电路,使各通道的采集精度满足技术指标要求,采集数据的存储由FPGA控制完成;设计线性光耦、充电管理芯片与低功耗STM32芯片组合构成电源控制电路,实现数据测量系统地面电源到飞行器上电源的切换与延时启动功能,并进行单片机逻辑设计,使延时误差控制在3S以内;针对指令准确下发与数据快速回传的要求,详细论述了RS-422接口电路与通信协议,设计了LVDS收发端电路与数据传输逻辑,并通过对FMQL芯片的配置与逻辑设计,实现了千兆以太网PL端与PS端的数据通信。最后,搭建测试平台,对数据测量系统的采集精度、功能完整性、数据传输等进行了全面测试。多次试验证明,数据测量系统对温度、流速、热流补偿电阻的采集精度达到0.4%,对热流小电压信号的采集精度达到2%,存储数据回传速率达到32.25Mb/S,满足设计功能要求及各项性能指标,工作状态稳定。