ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ДАННЫХ, ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО И ФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОМПЛЕКСА "ЧЕЛОВЕК - МАШИНА"
INTEGRATED SYSTEM OF DATA RECORDING, DIAGNOSTICS OF TECHNICAL AND PHYSICAL STATE OF "MAN-MACHINE" SYSTEM

Изобретение относится к приборостроительной технике и может быть использовано на летательных аппаратах (ЛА) для обработки, хранения и отображения полетной информации.
Известна система регистрации данных, содержащая блок сбора и преобразования информации, защищенный накопитель, пульт управления, блок контроля, контроллер защищенного накопителя, блок обработки звуковой информации, блок съема информации и блок обработки полетной информации (патент РФ №2287132, МПК G01D 9/00, G01C 21/00, G11C 15/00, B64D 43/00).
Недостатками известной системы являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью прогнозирования отказов ЛА, на котором установлена система. Входная информация (данные), принимаемая системой, не содержит диагностической информации, на основании которой можно достоверно оценить состояние элементов и агрегатов ЛА, а алгоритмы, зашитые в блоке обработки полетной информации, реализуют только визуализацию параметров и их допусковый контроль (выход принятых значений параметров за заранее заданные границы) с выдачей результатов обработки, через блок контроля, в бортовую систему отображения информации. Такие алгоритмы обработки позволяют выявить ненормальную работу или установить факт произошедшего отказа, но не позволяют, по изменению значений параметров входной информации, прогнозировать наступление отказов в будущем.
Известна система регистрации данных, содержащая блок сбора и преобразования информации, защищенный накопитель, блок съема информации, блок контроля, контроллер защищенного накопителя и блок накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА (патент РФ №2531573, МПК G01D 9/00, G06H 17/40, опубл. 10.10.2014 г.).
Эта система как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому результату принята за ближайший аналог (прототип).
Недостатками известной системы являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что невозможно исключить влияние физиологического состояния пилота на безопасность полета.
Для получения достоверного прогноза скорого наступления отказа и предотвращения летного происшествия или аварии ЛА необходимо выбрать перечень диагностируемых параметров (как от штатных, так и от специально для этой цели установленных датчиков) и обеспечивать их сбор, накопление и обработку с учетом не только диагностирования состояния элементов и агрегатов ЛА, но также физического состояния пилота (пульс, температура, давление, состояние зрачков и т.д.).
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей системы в части обеспечения мониторинга состояния пилота, что позволяет предотвращать летные происшествия и аварии ЛА, а также повысить достоверность установления причин, приведших к летному происшествию или катастрофе.
Технический результат достигается тем, что система, содержащая блок сбора и преобразования информации, защищенный накопитель, блок съема информации, блок контроля, контроллер защищенного накопителя, блок накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА, причем информационные входы блока сбора и преобразования информации соединены с датчиками и системами контролируемого объекта, а его четвертый вход подключен к бортовому пульту управления, первый, второй, третий и пятый входы контроллера защищенного накопителя соединены соответственно с первым выходом блока сбора и преобразования информации, выходом защищенного накопителя, первым выходом блока контроля и с бортовыми источниками звуковой информации, первый, второй и четвертый выходы контроллера защищенного накопителя соединены соответственно с первым входом защищенного накопителя, первым входом блока контроля и вторым входом блока съема информации, первый вход блока съема информации соединен с третьим выходом блока сбора и преобразования информации, второй выход которого соединен со вторым входом блока контроля, второй и третий выходы блока контроля соединены соответственно с пятым входом блока сбора и преобразования информации и с бортовой системой отображения информации, входы диагностической информации блока накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА соединены с датчиками диагностирования состояния элементов и агрегатов ЛА, четвертый вход соединен с пятым выходом контроллера защищенного накопителя, первый выход соединен с третьим входом блока контроля, а второй выход и пятый вход - с третьим входом и выходом блока съема информации, система дополнительно снабжена блоком диагностирования физического состояния пилота, входы блока диагностирования физического состояния соединены с датчиками диагностирования физического состояния пилота, четвертый вход соединен с пятым выходом контроллера защищенного накопителя и четвертым входом блока накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА, первый выход соединен с четвертым входом блока контроля, второй выход - с четвертым входом блока съема информации, третий выход соединен с третьим входом защищенного накопителя.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена структурная схема интегрированной системы регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина».
Система состоит из блока 1 сбора и преобразования информации, выполненного на базе микросхем коммутаторов, аналого-цифровых преобразователей и микропроцессоров, защищенного накопителя 2, выполненного на базе микросхем энергонезависимой памяти, блока 3 съема информации, в состав которого входит микропроцессор и адаптер записи информации на съемную кассету с энергонезависимой памятью, в качестве которой может быть использована, например, стандартная PCMCI-карта, блока 4 контроля, который, в частности, может быть построен на базе микропроцессорных наборов, цифроаналоговых преобразователей в качестве источников аналоговых тестовых сигналов, формирователей разовых тестовых сигналов и микроЭВМ с зашитыми в ней алгоритмами обработки и преобразования полетной информации в форму, удобную для отображения, контроллера 5 защищенного накопителя, выполненного на базе микроЭВМ с интерфейсами связи с остальными блоками системы и прочей бортовой и наземной аппаратурой, блока 6 накопления и обработки диагностической информации, который может быть выполнен на базе микросхем аналого-цифровых преобразователей, программируемой логики (ПЛИС), микропроцессоров, микроЭВМ и собственной энергонезависимой памяти, в качестве которой может быть использован твердотельный диск (например, с SATA-интерфейсом), блока 7 диагностирования физического состояния пилота, который может быть выполнен на базе микросхем аналого-цифровых преобразователей, ПЛИС, микропроцессора с собственной энергонезависимой памятью.
Система работает следующим образом. Информация (данные), поступающая от датчиков и систем ЛА на информационные входы 1, 2, 3 блока 1, преобразуется в нем в единую цифровую форму и запоминается в оперативном запоминающем устройстве блока 1. Одновременно из полученной информации формируется сообщение для записи в защищенный накопитель 2 в виде информационного кадра, состоящего из набора синхрослов и информационных слов.
Программа обработки поступающей информации, программа подключения датчиков и систем, частота их опроса, структура информационного кадра, формируемая блоком 1, разрабатываются для каждого конкретного случая применения системы регистрации. На управляющий вход 4 блока 1 с бортового пульта управления вводятся опознавательные данные (номера блоков, дата, астрономическое время и т.п.), которые также преобразуются для записи в информационные кадры. Информационные кадры с первого выхода блока 1 поступают на первый вход контроллера 5, в котором преобразуются к виду, требуемому для записи в защищенный накопитель 2, и последовательно передаются и записываются в память накопителя 2. Вся область памяти накопителя 2 подразделяется на информационную, где хранится вся регистрируемая информация, и служебную, где хранятся специальная информация и программы, необходимые для привязки системы регистрации к конкретному объекту контроля. В каждом цикле записи проводится контроль правильности записи информации путем считывания и передачи ее по линиям связи с выхода накопителя 2 на второй вход контроллера 5 для сравнения. При обнаружении ошибок производится несколько повторных циклов записи/чтения. В случае если запись осуществляется с ошибкой, принимается решение о дефекте элемента памяти, и запись производится в соседний элемент памяти. Номер дефектного элемента записывается в специально отведенную часть служебной области памяти накопителя 2, регистрируемая информация (данные) записывается только в исправные элементы памяти. Кроме того, если число дефектных элементов превысит допустимый уровень, в контроллере 5 формируется сигнал отказа тракта регистрации, который передается со второго выхода контроллера 5 на первый вход блока 4. В блоке 4 при приеме этого сигнала формируется сигнал отказа системы, который поступает на третий выход блока 4 контроля для предъявления оператору через бортовую систему отображения информации. Одновременно с передачей информационных кадров с первого выхода блока 1 информация в виде двоичного кода со второго его выхода поступает на второй вход блока 4, на первый вход которого из контроллера 5 поступают считанные из служебной области памяти накопителя 2 градуировочные характеристики датчиков и эксплуатационные ограничения. Эта информация обрабатывается в блоке 4 с целью выявления выходов режимов управления объектом за допустимые пределы. При обнаружении таких ситуаций в блоке 4 формируются сигналы, которые с первого выхода блока 4 поступают на третий вход контроллера 5 для последующей регистрации в памяти защищенного накопителя 2, а для предупреждения оператора о выходе режимов управления объектом за допустимые пределы и о появлении аварийных и предаварийных ситуаций эти сигналы с выхода 3 блока 4 поступают в бортовую систему отображения информации. Кроме того, в зависимости от функционального назначения ЛА (боевой, учебный, морской, санитарный и т.п.) получаемая блоком 4 от блоков 1 и 5 информация посредством зашитых в нем алгоритмов визуализации преобразуется в соответствующий перечень параметров определенной последовательности и формы с учетом цветового кодирования, удобной для отображения, и передается в бортовую систему отображения информации. Объем информации, необходимой для вывода на бортовую систему отображения, определяет в полете пилот, например, это может быть информация о летно-технических ограничениях при учебных полетах, о состоянии бортового оборудования, о наличии оружия, топлива, эшелонировании и т.д. На пятый вход блока 1 со второго выхода блока 4 периодически подаются тестовые сигналы, формируемые в блоке 4. Эти сигналы обрабатываются блоком 1 аналогично информации от датчиков, и результаты обработки передаются на второй вход блока 4. Блок 4 производит сравнение результатов обработки с тестами и по результатам сравнения формирует сигнал исправности/отказа блока 1. Этот сигнал с третьего выхода блока 4 поступает в бортовую систему отображения информации для предъявления оператору, а с первого выхода блока 4 - на третий вход контроллера 5 для регистрации в память накопителя 2. В блоке 5 поступающая от бортовых источников звуковая информация (предварительно оцифрованная и сжатая по определенным алгоритмам) преобразуется к виду, удобному для регистрации в защищенную память накопителя 2, аналогично параметрической, и пишется в отдельную информационную область памяти накопителя 2, специально выделенную для этого. В записываемую звуковую информацию периодически добавляются временные метки, полученные из параметрической информации, поступающей на вход 1 блока 5 от блока 1, либо, при их отсутствии, генерируемые блоком 5 самостоятельно. В последнем случае эти же метки включаются и в записываемую параметрическую информацию. Одновременно вся регистрируемая в защищенном накопителе информация в порядке ее поступления передается с выхода 4 блока 5 на вход 2 блока 3, в котором осуществляется ее запись на съемную кассету с энергонезависимой памятью. Перезапись осуществляется под управлением программного обеспечения таким образом, что в памяти съемной кассеты блока 3 создается точная копия содержимого защищенного накопителя 2. Причем вся область памяти съемной кассеты блока 3, выделенная для записи информации, подразделяется на отдельные зоны по аналогии с памятью защищенного накопителя 2. Кроме того, на вход 1 блока 3 с выхода 3 блока 1 поступает дополнительная информация, которую не требуется регистрировать в защищенном накопителе 2, но которая может быть использована при обслуживании ЛА для более детального контроля функционирования оборудования ЛА и его текущего состояния, а также с целью анализа выполнения полетного задания, оценки техники пилотажа. В случае аварийной ситуации, при отказе системы, а также при различных работах для проверки работоспособности системы информация, накопленная в защищенном накопителе 2, может считываться контроллером 5 и передаваться с его третьего выхода на вход наземной аппаратуры обработки информации. Программное обеспечение позволяет не только полностью считывать всю зарегистрированную информацию, но и осуществлять выборочное считывание из служебной области памяти накопителя 2 и запись в нее служебной информации: градуировочные характеристики датчиков, эксплуатационные ограничения и т.п., получаемые от наземной аппаратуры обработки информации на четвертый вход контроллера 5. Диагностическая информация, необходимая для мониторинга состояния ЛА, формируется устанавливаемыми для этой цели на контролируемых элементах и агрегатах ЛА датчиками (это могут дать датчики вибрации, давления, ускорения, температуры и прочих параметров), поступает на информационные входы 1, 2, 3 блока 6 накопления и обработки диагностической информации, оцифровывается и помещается в диагностический кадр, передаваемый с выхода 2 блока 6 на вход 3 блока 3, где он записывается в специально выделенную зону съемной кассеты памяти. С целью возможности синхронизации по времени данных диагностического кадра с прочими данными, записанными на съемной кассете памяти блока 3, с выхода 5 контроллера 5 на вход 4 блока 6 подаются синхросигналы, аналогичные тем, которые записываются в информационном кадре, сохраняемом в защищенном накопителе 2 и дублируемом в съемной кассете памяти блока 3. Блок 6 накопления и обработки диагностической информации может иметь собственную съемную кассету памяти (например, твердотельный диск с SATA-интерфейсом), на которую регистрируется как диагностическая информация, так и весь объем информации, регистрируемой в защищенном накопителе 2. Эту информацию блок 6 получает на свой вход 4 с выхода 5 контроллера 5 защищенного накопителя. При необходимости, диагностический кадр посредством выдачи через выход 3 блока 6 на вход 2 накопителя 2 может быть также записан в специально выделенную зону энергонезависимой памяти защищенного накопителя 2, что позволяет сохранить диагностическую информацию в случае повреждения блока съема 3 при аварии ЛА. При наземной обработке диагностической информации показания датчиков, записанные на съемной кассете памяти блока 3 в процессе последнего полета, обрабатываются с помощью специальных алгоритмов, использующих статистические данные, накопленные во время предыдущих полетов данного ЛА. По результатам обработки составляется прогноз возможного времени наступления отказов ЛА с уточнением конкретных узлов (агрегатов, систем), находящихся в предотказном состоянии. Получаемая блоком 6 на входы 1, 2, 3 диагностическая информация также подвергается экспресс-анализу в режиме реального времени непосредственно в процессе выполнения полета. При этом используются алгоритмы экспресс-обработки (например, допускового контроля, адаптивного контроля и т.п.), формируемые наземной аппаратурой обработки информации и учитывающие результаты (показания датчиков) по предыдущим полетам данного ЛА. Сформированные таким образом алгоритмы при подготовке к очередному полету записываются в специально выделенную для этого зону памяти съемной кассеты блока 3, причем возможность записи в эту зону памяти имеет только наземная аппаратура обработки информации. Далее, в процессе полета алгоритмы экспресс-обработки считываются из указанной зоны памяти съемной кассеты и с выхода блока 3 поступают на вход 5 блока 6, который использует их для непрерывной обработки поступающих от датчиков диагностических данных. В случае возникновения в полете опасной ситуации (превышения каким-либо параметром индивидуальных допусковых границ, критически высокой скоростью изменения показаний датчиков и т.д.) с выхода 1 блока 6 на вход 3 блока 4 выдается соответствующая информация. Получаемая блоком 4 от блока 6 информация преобразуется в блоке 4 в предупреждающие или аварийные сообщения (посредством зашитых в нем алгоритмов визуализации), которые с выхода 3 поступают в бортовую систему отображения информации для предупреждения оператора. Диагностирование физического состояния пилота достигается установкой на нем датчиков диагностирования физического состояния пилота (пульс, температура, давление, состояние зрачков и т.д.), информация с которых поступает на информационные входы 1, 2, 3 блока 7, преобразуется, оцифровывается и помещается в кадр, передаваемый с выхода 2 блока 7 на вход 4 блока 3, где он записывается в специально отведенную зону съемной кассеты памяти. С целью синхронизации по времени с выхода 5 блока 5 на вход 4 блока 7 подаются синхросигналы, аналогичные поступаемым в блок 6. При необходимости информация по состоянию пилота с выхода 3а 7 поступает в специальную зону памяти защищенного накопителя 2 по его входу 3, что позволит сохранить информацию в случае повреждения блока 3 при аварии ЛА.
При наземной обработке информации блоков 2 и 3 из спец. зон извлекается информация о всех записанных параметрах состояния пилота, синхронизированная с параметрической и диагностической информациями состояния элементов и агрегатов ЛА.
В случае возникновения в полете опасных ситуаций (превышение допустимых параметров физического состояния пилота по одному или ряду диагностируемых параметров) с выхода 1 блока 7 на выход 4 блока 4 выдается информация, которая с выхода 3 блока 4 визуализируется бортовой системой предупреждения пилота.
Таким образом, введение блока 7 диагностирования физического состояния пилота позволило расширить функциональные возможности известной системы, создав на ее основе интегрированную систему регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина», что обеспечивает повышение безопасности полетов и повышает достоверность расследования причин, приведших к летному происшествию или катастрофе.