光纤网络系统监控装置

暂无

光纤网络系统监控装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及光纤通信传输技术领域，具体说是一种光纤通信测量、控制或信号传输装置。\n背景技术\n[0002] 从上世纪末,全球化的浪潮席卷全球,产业全球化带动贸易、资源、人员交流、军事的全球化，这股全球化潮流带动航空器产业以惊人的速度向前发展。\n[0003] 航空器产业的快速发展，主要得益于同期航空电子技术的飞速发展。航空电子系统是航空器上所有电子系统的总和，它是航空器的“大脑”，它承载了航空器的通信、导航、显示管理、电子对抗等绝大多数任务。随着航空器续航能力的提高，进入空域的扩大，执行任务的多样性，所需机载电子设备增多，机载电子设备的任务项增多，任务量加大，这就急需将航空电子系统综合化。综合化是航空电子系统发展的核心和灵魂，综合化能压缩航空电子系统的体积和重量，减轻飞行控制人员的工作负担，提高系统的可靠性，降低全寿命周期费用等。这种综合已不限于单机之内，最大限度地利用机外信息资源将是今后的一个显著特点。\n[0004] 这种以功能划分为基点的综合化的航空电子系统，涉及的功能区更多、更细 ，各个功能区或者子功能区之间都是联动的。其各个功能区内部和功能区之间都存在着大量数据的交换需求，它对传输带宽、传输可靠性和传输实时都有极高的要求，普通的电通信已经不能满足航空电子系统数据通信的需求。\n[0005] 光纤通信，是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。一对单模光导纤维可以同时开通35000个电话，和电通信相比具有传输频带宽、传输损耗低、损耗均匀且不受温度的影响、抗干扰能力强、保真度高、信号保密度高、工作可靠度高等特点，其采用的高速串行能力的传输协议，具有高可靠性、高带宽、实时性高的特点。随着光纤技术的进步，特别是无水峰的全波窗口光纤的发展，从1280nm到1625nm的广阔的光频范围内，都能实现低损耗、低色散传输，传输容量呈几百倍、几千倍甚至上万倍的增长。同时光纤通信采用点对点、星形、链状、环形网络拓扑结构，中间设备少，不需要进行复杂的协议转换。正是如此，光纤通信系统成为航空电子系统的主流通信系统。\n[0006] 光纤通信系统不仅包括基础的硬件系统，还包括监控管理系统，其主要功能是对组成光纤传输系统的各种机载设备进行性能和工作状态的监测，进行发生故障时会自动告警并予以处理，对保护倒换系统实行自动控制。同时它还可以实现对数据的实时显示和存储，以及对存储的数据进行即时分析处理。监控管理系统不仅可以接收光端机发送的光纤通道数据，还可以直接与另一个光纤网络终端进行互连。光纤通信系统的运行和监控功能主要是通过光纤通道数据接口卡来实现。\n[0007] 航空器导航系统经历了目视导航、仪表导航系统、无线电导航系统、惯性导航系统、天文导航系统的演进，目前主要采用的是以惯性导航为主体的，以上其他导航系统为辅助的组合导航系统。\n[0008] 惯性导航系统的工作原理是通过安装在惯性平台上的,3个加速度计测出飞机沿互相垂直的3个方向上的加速度，由计算机通过运算得出飞机沿3个方向的速度和位移,从而能连续地给出飞机的空间位置。惯性导航系统是以前面计算获得的数据为基点加上后面的数据计算来实现导航定位，它是以前面数据的准确性为假设前提的。如果前面的数据出现偏差，后面的定位也就会出现偏差，影响导航数据的准确性。\n发明内容\n[0009] 本发明克服了现有技术在以惯性导航系统为主体的组合导航系统，在数据计算时由于前面的数据出现偏差，造成后面的导航定位也会出现偏差的，影响导航数据的准确性，特别是长距离、多地域飞航后，这个问题比较严重的技术缺陷，本发明提供一种光纤网络系统监控装置。\n[0010] 为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：\n[0011] 光纤网络系统监控装置，包括光纤通道数据处理模块、GPS天线，GPS模块，GPS天线连接GPS模块，GPS模块连接光纤通道数据处理模块。\n[0012] 本发明投入使用时，第一步，检查、调试设备：检查GPS天线和GPS模块，GPS模块和光纤通道数据处理模块，光纤网络系统监控装置和航空器惯性导航系统及其他机载电子设备的硬件连接是否正常，如果出现异常，予以纠正。第二步，加电测试设备：启动电源，确认光纤网络系统监控装置、航空器惯性导航系统及其他机载电子设备工作状态是否正常，设备正常后才投入使用；第三步，执行监控任务，GPS模块进入工作状态，GPS模块通过内置的星历，确定每颗卫星在该时刻的位置，当捕获到待测卫星，并跟踪这些卫星的运行；当GPS模块捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据，根据这些数据，GPS模块的核心处理器就可按定位解算方法进行定位计算，计算出航空器所在位置的经纬度、高度、速度、时间等信息，GPS模块将这些信息传递给光纤通道数据处理模块，光纤网络系统监控装置再将数据通过光纤传输给航空器惯性导航系统，惯性导航系统进行基点校正。\n[0013] 本发明的工作原理就是利用GPS能对运动的物体或者静止的物体实现全空域、全天候的米级定位，从而为航空器惯性导航系统提供精准的工作坐标基点，这个基点可以动态调整。米级定位对飞行中的航空器已经非常精准了。\n[0014] 和现有技术在对航空器的导航系统进行坐标基点定位，采用原始基点加上惯性导航系统计算数据的技术方案相比，本发明采用采用GPS天线加GPS模块进行航空器瞬时静态的精准定位，从而为航空器提供动态、实时米级坐标基点定位，这种定位方式是全时空、全天候的坐标基点定位。\n[0015] 为了进一步优化，提高GPS模块的航空环境工作能力，作为优先，光纤网络系统监控装置，GPS模块的型号为MC-1612。\n[0016] MC-1612是专为航空器设计的GPS模块，核心器件采用TCXO，弱信号下搜索卫星能力强；其最高输出高达10HZ，支持3个方向速度输出，定位精度2米；拥有12个通道，具有很强抗干扰能力。\n[0017] 以上是对光纤网络系统监控装置获取GPS数据能力的进一步改进。空天环境下的GPS定位比地面静物的GPS定位要难很多，只有采用为空天环境设计的GPS模块，才能更适合航空器的GPS定位。\n[0018] 本领域技术人员可根据实际需求自由选择GPS模块的型号。\n[0019] 为了进一步优化，提高GPS模块接收到的数据质量，便于GPS模块进行信号采样，作为优先，光纤网络系统监控装置，还包括一个前置放大器，GPS天线连接前置放大器，前置放大器连接GPS模块。\n[0020] 前置放大器就是在保证信号不失真的情况下，将高频噪音信号滤掉，将真实信号放大，有利于后续电路的数字采样，从而提高接收到的信号质量。\n[0021] 以上是对光纤网络系统监控装置获取高质量GPS信号能力的进一步改进。采用前置放大器将GPS天线传入的噪音信号滤掉，从而获得干净的GPS信号，再将信号放大，这样有利于GPS模块的电路进行信号采样和运算，有利于获得精准的GPS信息，从而提高定位的精准。\n[0022] 本领域技术人员可根据实际需求自由选择前置放大器的参数。\n[0023] 为了进一步优化，给`GPS系统提供准确的日历，给系统提供精准的时间，作为优先，光纤网络系统监控装置，还包括一个STC实时时钟，STC实时时钟连接光纤通道数据处理模块。\n[0024] STC实时时钟最重要的功能是提供到2099年内的日历功能，同时其精度可保持在每天误差小于0.50秒。\n[0025] 以上是对光纤网络系统监控装置GPS星历数据准确性保障能力的进一步改进。采用STC实时时钟的日历功能，可以为GPS的星历通过准确的日历和时间，提高GPS定位卫星的能力，从而保证GPS定位的精准性。采用STC实时时钟可以为长距离，长时间飞行的航空器提供正确的时历服务。\n[0026] 为了进一步优化，STC实时时钟的工作可靠性、稳定性和使用寿命，作为优先， STC实时时钟的型号为DS1302和DS1307中任意一种。\n[0027] DS1302和DS1307是STC实时时钟的专业生产厂商美国DALLAS公司的产品，它们是高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它们可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能。\n[0028] 以上是对光纤网络系统监控装置GPS星历数据工作稳定性保障能力的进一步改进。采用专业厂商经过长时间运转考验的产品，有利于保障系统的可靠性和稳定性。\n[0029] 本领域技术人员可根据实际需求自由选择STC实时时钟的型号。\n[0030] 为了进一步优化，提高光纤通道数据处理模块的结构合理性和可配置能力，作为优先，光纤通道数据处理模块包括第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片、光收发器、FPGA现场可编程门阵列、中央处理器、Flash存储器、高速数据缓存器SRAM，光收发器、高速数据缓存器SRAM、Flash存储器均与FPGA现场可编程门阵列连接，FPGA现场可编程门阵列、第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片、GPS模块均与中央处理器连接。\n[0031] 当光纤通道数据处理模块工作时，FPGA现场可编程门阵列调入Flash存储器里的配置程序，对FPGA现场可编程门阵列的各个模块和其本身进行配置；光收发器将接收到的光信号转换成电信号，传输给FPGA现场可编程门阵列，FPGA现场可编程门阵列调用高速数据缓存器SRAM来配合数据处理，整个过程在中央处理器的管理下进行的，第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片为中央处理器提供工作所需的时序逻辑，从而影响中央处理器的工作频率。\n[0032] 以上是对光纤网络系统监控装置整体可配置能力的进一步改进。采用Flash存储器来存储配置程序,系统启动快,数据安全、可靠;采用高速数据缓存器SRAM为FPGA提供高速数据缓存，有利于提高光纤网络系统监控装置处理数据的能力，以适应更高速、更大容量的数据传输载荷;采用FPGA现场可编程门阵列，可通过配置FPGA现场可编程门阵列的电路逻辑，来增加或移除功能，同时修补逻辑漏洞或者改善性能。采用第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片为处理器提供工作时钟频率，为中央处理器还对FPGA现场可编程门阵列及其他板载芯片执行管理职能提供保证；采用光收发器来实现光信号和电信号的互相转换和收发,从而实现光纤通信系统和电通信系统之间的无缝切换。\n[0033] 为了进一步优化，提高PGA现场可编程门阵列的电路逻辑配置能力，实现更好的系统功能和电路逻辑，作为优先，FPGA现场可编程门阵列为Xilinx XC5VLX110T。\n[0034] FPGA现场可编程门阵列，自身拥有的可编程输入输出单元、可配置逻辑块、数字时钟管理模块、嵌入式块RAM、布线资源、底层内嵌功能单元、内嵌专用硬核各模块的性能和功能直接取决于其核心芯片。\n[0035] 以上是对光纤网络系统监控装置综合可配置能力的进一步改进。Xilinx是FPGA现场可编程门阵列行业的技术先行企业，Virtex-5系列芯片是Xilinx公司推出的全球首款65nm FPGA产品，使用1.0V三栅极氧化层工艺，使用创新的ExpressFabric构架并实现终极的系统集成平台。XC5VLX110T属于对低功耗串行I/O的高性能逻辑进行优化的LXT平台。\n[0036] 本领域技术人员可根据实际需求自由选择FPGA现场可编程门阵列的型号。\n[0037] 为了进一步优化，提高光纤网络系统监控装置和计算机的通信能力，光纤通道数据处理模块还包括PCI-EXPRESS接口，PCI-EXPRESS接口连接FPGA现场可编程门阵列。\n[0038] 以上是对光纤网络系统监控装置和计算机数据交换能力的进一步改进。PCI Express总线是点对点的高速串行总线，每一个PCI Express设备都拥有自己独立的数据连接，保证了通道的专有性，避免其他设备的干扰。PCI Express总线支持双向传输模式，PCI Express总线每向数据传输带宽高达4GB/s，双向数据传输带宽有8GB/s之多。\n[0039] 为了进一步优化，提高光纤网络系统监控装置对系统各模块的管理能力，作为优选，中央处理器为Cortex-M3 核ARM微处理器LPC1769。\n[0040] 以上是对光纤网络系统监控装置的系统管理能力的进一步改进。Cortex-M3 核ARM微处理器LPC1769，是面向行业嵌入式市场的低功耗的芯片它具有JTAG 接口，支持JTAG 调试，提供了专门的指令追踪单元。\n[0041] 本领域技术人员可根据实际需求自由选择中央处理器的型号。\n[0042] 为了进一步优化，提高光纤网络系统监控装置的光信号转换和收发能力，作为优先，光收发器的型号为FTRJ-8519-1-2.5。\n[0043] 以上是对光纤网络系统监控装置的数据信号转换和收发能力的进一步改进。采用Finisar公司FTRJ-8519-1-2.5光收发器，它采用850nm激光器，提供2.125Gbps传输速率，具有良好的抖动和EMI特性。\n[0044] 本领域技术人员可根据实际需求自由选择光收发器的型号。\n[0045] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：\n[0046] 1.和现有技术在对航空器的导航系统进行坐标基点定位，采用原始基点加上惯性导航系统计算数据的技术方案相比，本发明采用采用GPS天线加GPS模块进行航空器瞬时静态的精准定位，从而为航空器提供动态、实时米级坐标基点定位，这种定位方式是全时空、全天候的坐标基点定位。\n[0047] 2.本发明采用ARM架构的处理器和高配置能力的FPGA现场可编程门阵列来集成和管理各个功能单元，其可根据接入的光纤网络情况，调整配置，简单、方便、功能强大，这个系统可以实现低功耗地监控和管理光纤网络。\n[0048] 本发明解决了航空器的导航系统进行坐标基点定位，采用现有技术无法获得动态的基点定位，它可以为航空器提供动态、实时米级坐标基点定位，这种定位方式是全时空、全天候的坐标基点定位，具有很好的产业价值。\n附图说明\n[0049] 为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对描述本发明实施例中所需要用到的附图作简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其它附图。\n[0050] 图1为本发明的结构示意图。\n具体实施方式\n[0051] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。\n[0052] 实施例一：\n[0053] 如图1所示，本发明,包括光纤通道数据处理模块、GPS天线，GPS模块，GPS天线连接GPS模块，GPS模块连接光纤通道数据处理模块。\n[0054] 本领域技术人员可根据实际施工环境和工件的要求自由选择组件的参数。\n[0055] 实施例二：\n[0056] 为了提高光纤网络系统监控装置获取GPS数据能力，本实施例在实施例一的基础上进一步地改进，本实施例的GPS模块的型号为MC-1612。\n[0057] 本领域技术人员可根据实际需求自由选择GPS模块的型号。\n[0058] 实施例三：\n[0059] 为了提高光纤网络系统监控装置获取高质量GPS信号能力，本实施例在实施例一～二的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的光纤网络系统监控装置，还包括一个前置放大器，GPS天线连接前置放大器，前置放大器连接GPS模块。\n[0060] 本领域技术人员可根据实际需求自由选择前置放大器的参数。\n[0061] 实施例四：\n[0062] 为了提高光纤网络系统监控装置GPS星历数据准确性保障能力，本实施例在实施例一～三的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的光纤网络系统监控装置，还包括一个STC实时时钟，STC实时时钟连接光纤通道数据处理模块。\n[0063] 实施例五：\n[0064] 为了提高光纤网络系统监控装置GPS星历数据工作稳定性保障能力，本实施例在实施例四的基础上进一步地改进，本实施例的STC实时时钟的型号为DS1302和DS1307中任意一种。\n[0065] 本领域技术人员可根据实际需求自由选择STC实时时钟的型号。\n[0066] 实施例六：\n[0067] 为了提高光纤网络系统监控装置整体可配置能力，本实施例在实施例一～五的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的光纤通道数据处理模块包括第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片、光收发器、FPGA现场可编程门阵列、中央处理器、Flash存储器、高速数据缓存器SRAM，光收发器、高速数据缓存器SRAM、Flash存储器均与FPGA现场可编程门阵列连接，FPGA现场可编程门阵列、第一参考时钟芯片、第二参考时钟芯片、GPS模块均与中央处理器连接。\n[0068] 实施例七：\n[0069] 为了提高光纤网络系统监控装置综合可配置能力，本实施例在实施例六的基础上进一步地改进，本实施例的FPGA现场可编程门阵列为Xilinx XC5VLX110T。\n[0070] 本领域技术人员可根据实际需求自由选择FPGA现场可编程门阵列的型号。\n[0071] 实施例八：\n[0072] 为了提高光纤传输系统监控装和计算机数据交换能力，本实施例在实施例六～七的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的光纤通道数据处理模块还包括PCI-EXPRESS接口，PCI-EXPRESS接口连接FPGA现场可编程门阵列。\n[0073] 实施例九：\n[0074] 为了提高光纤网络系统监控装置的系统管理能力，本实施例在实施例六～八的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的光纤通道数据处理模块的中央处理器为Cortex-M3 核ARM微处理器LPC1769。\n[0075] 本领域技术人员可根据实际需求自由选择中央处理器的型号。\n[0076] 实施例十：\n[0077] 为了提高光纤网络系统监控装置的数据信号转换和收发能力，本实施例在实施例六～九的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的光纤通道数据处理模块的光收发器的型号为FTRJ-8519-1-2.5。\n[0078] 本领域技术人员可根据实际需求自由选择光收发器的型号。\n[0079] 如上所述便可实现该发明。