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 и отображения полетной информации.

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 тем, что невозможно исключить влияние физического 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.).

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

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

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей системы в части обеспечения мониторинга состояния пилота, в повышении достоверности установления причин, приведших к летному происшествию или катастрофе, в оценке влияния каждого внешнего фактора на изменение физического стояния пилота.

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, блок диагностики физического состояния пилота, 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, 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, причем третий выход блока сбора и преобразования информации соединен с пятым входом блока диагностики физического состояния пилота, а четвертый вход и третий выход контроллера защищенного накопителя подключены к наземной аппаратуре обработки информации.

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 диагностики 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. Одновременно на вход 5 блока 7 с выхода 3 блока 1 поступает информация параметров полета, в том числе влияющих на физическое состояние пилота, например перепады атмосферного давления из-за изменения высоты полета. Таким образом, введение в кадр данных о физическом состоянии пилота, причин, повлекших изменение состояния организма, позволяет расширить функциональные возможности системы, что обеспечивает повышение безопасности полетов и повышает достоверность расследования причин, приведших к летному происшествию или катастрофе.