Результат интеллектуальной деятельности: Интегрированная система регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса "человек-машина"

Изобретение относится к приборостроительной технике и может быть использовано на летательных аппаратах для обработки, хранения, отображения и передачи полетной информации на наземные пункты управления.

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.).

Недостатками известной системы являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью исключения влияния физического состояния пилота на безопасность полета и своевременного (до окончания полета) получения этой информации и информации о текущем техническом состоянии элементов и агрегатов ЛА руководителем полета на земле.

Известна интегрированная система регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина», 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 и блок диагностирования физического состояния пилота (патент РФ №2602350 МПК G05B 23/02, G01D 9/00, G06F 11/30, G06H 17/40, опубл. 20.11.2016 г.).

Эта система как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому результату принята за ближайший аналог (прототип).

В современных условиях для обеспечения безопасности полета требуется получение постоянной (текущей) информации о техническом состоянии элементов и агрегатов ЛА и физического состояния пилота на земле. Однако известная система не может обеспечить получение и передачу такой информации в силу ограниченных функциональных возможностей, что отрицательно сказывается на оперативности принятия решения руководителем полета.

Недостатками известной системы являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что эта система не предоставляет удаленный доступ к текущему техническому состоянию элементов и агрегатов ЛА и физическому состоянию пилота руководителем полета на земле в реальном времени.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей системы в части обеспечения руководителя полетом на земле информацией о техническом состоянии элементов и агрегатов ЛА и физическом состоянии пилота в реальном времени, что позволяет ликвидировать временной разрыв от момента события (изменения технического состояния элементов и агрегатов ЛА или физического состояния пилота) в воздухе до его получения на наземные пункты, времени обработки полученной информации и принятия решения, а также повысить своевременность и достоверность установления причин, приведших к летному происшествию или катастрофе.

Технический результат достигается тем, что интегрированная система регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина», 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, блок диагностирования физического состояния пилота, блок подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления, причем информационные входы блока сбора и преобразования информации соединены с датчиками и системами летательного аппарата, 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 первым выходом блока съема информации, третий выход соединен со вторым входом защищенного накопителя, входы диагностической информации блока диагностирования физического состояния пилота соединены с датчиками диагностирования физического состояния пилота, первый выход соединен с четвертым входом блока контроля, второй выход - с четвертым входом блока съема информации, третий выход - с третьим входом защищенного накопителя, а четвертый вход подключен к пятому выходу контроллера защищенного накопителя, отличается тем, что снабжена блоком подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления, вход которого соединен со вторым выходом блока съема информации, а первый и второй выходы соединены с авиационными системами беспроводной передачи информации в реальном времени: передатчиком КВ-диапазона и спутниковой системой связи соответственно.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где 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 состояния элементов и агрегатов ЛА, 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, блока 8 подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления, который может быть выполнен на основе микропроцессора и адаптеров кодов для передачи информации на наземные пункты управления в КВ-диапазоне и по спутниковой линии связи.

Система работает следующим образом. Информация (данные), поступающая от датчиков и систем ЛА на информационные входы 1, 2, 3 блока 1, преобразуется в нем в цифровой вид и запоминается в его оперативном запоминающем устройстве. Из преобразованной информации по определенной для конкретного объекта применения программе формируется сообщение и записывается в защищенный накопитель 2 в виде информационного кадра.

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. 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 с целью выявления возможных ошибок записи/чтения и принятия решения о дефектных блоках памяти. 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. 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. В записываемую звуковую информацию периодически добавляются временные метки, полученные из параметрической информации, поступающей на вход 1 блока 5 от блока 1. 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. Кроме того, на вход 1 блока 3 с выхода 3 блока 1 поступает информация, 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 полностью считывать всю зарегистрированную информацию, 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, 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, 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 показания датчиков, записанные в памяти блока 3 в процессе полета, обрабатываются с помощью специальных алгоритмов. 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 подвергается экспресс-анализу в режиме реального времени непосредственно в процессе выполнения полета. В процессе полета алгоритмы экспресс-обработки считываются из 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. Аналогично диагностической информации информация по состоянию пилота с выхода 3 блока 7 поступает в специальную зону памяти защищенного накопителя 2 по его входу 3.

По завершении полета из блоков 2 и 3 по запросу, поступающему на вход 4 блока 5, извлекается информация о всех записанных параметрах физического состояния пилота, синхронизированная с параметрической и диагностической информациями состояния элементов и агрегатов ЛА, и выдается через выход 3 блока 5 в наземную аппаратуру обработки.

В зависимости от функционального назначения ЛА получаемая с выхода 2 блока 3 на вход блока 8 информация о текущем техническом состояния элементов и агрегатов ЛА и физического состояния пилота, подверженная экспресс-анализу в режиме реального времени непосредственно в процессе выполнения полета, вместе с прогнозом возможного времени наступления отказов ЛА с уточнением конкретных узлов (агрегатов, систем), находящихся в предотказном состоянии, преобразуется по специальным алгоритмам передачи по беспроводной линии на наземные пункты и с помощью адаптеров кодов в объеме, необходимом для принятия решения руководителем полета, выдается с 1 выхода в авиационный передатчик KB-диапазона и со 2 выхода в авиационную спутниковую систему связи.

Таким образом, введение блока 8 подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления позволило расширить функциональные возможности известной системы регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина» в части обеспечения руководителя полетом на земле информацией о техническом состоянии элементов и агрегатов ЛА и физическом состоянии пилота в реальном времени, что дает возможность ликвидировать временной разрыв от момента события в воздухе до его получения на наземные пункты, времени обработки полученной информации и принятия решения, а также повысить своевременность и достоверность установления причин, приведших к летному происшествию или катастрофе.