韓曉健，羅 成，李 寧，焦安超，于 丹

（北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京 100094）

0 前言

在航天器研制過(guò)程中，動(dòng)力學(xué)環(huán)境模擬試驗(yàn)是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，其試驗(yàn)結(jié)果對(duì)于暴露航天器及其組件設(shè)計(jì)、工藝、制造和裝配中存在的缺陷和隱患，檢驗(yàn)航天器經(jīng)受振動(dòng)環(huán)境的能力等方面起著重要的作用[1]。動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集、分析工作是試驗(yàn)有效性評(píng)估的數(shù)值依據(jù)，是航天器產(chǎn)品質(zhì)量保證的重要手段。動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量具有測(cè)量通道多、數(shù)據(jù)流量大、實(shí)時(shí)性要求高、試驗(yàn)時(shí)間短、試驗(yàn)可靠性要求高等特點(diǎn)，從而對(duì)數(shù)據(jù)采集和分析處理系統(tǒng)提出較高的要求。

目前，在大型航天器研制中，用于動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和分析的系統(tǒng)多為國(guó)外引進(jìn)產(chǎn)品，如比利時(shí)LMS公司的HP3565S系統(tǒng)、SCADASIII系統(tǒng)，美國(guó)并行公司的 ISTAR系統(tǒng)、DP公司的DP700系統(tǒng)以及SD公司的JAGUAR系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都能夠滿足航天器動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的特殊需要，但由于硬件技術(shù)的發(fā)展水平及系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想的不同，因此他們的產(chǎn)品各有千秋，特別是在硬件的總線結(jié)構(gòu)、A/D板的結(jié)構(gòu)和速度，以及軟件的總體設(shè)計(jì)思路及數(shù)據(jù)管理模式方面都有很多不同。研究這些產(chǎn)品的硬、軟件結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)，有助于了解并研究動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的技術(shù)水平及未來(lái)的發(fā)展方向。

1 動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)

1.1 IEEE-488標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)

IEEE-488接口總線稱為通用接口總線（GPIB，General Purpose Interface Bus），它的作用是實(shí)現(xiàn)儀器、計(jì)算機(jī)、各種專用的儀器控制器和自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的快速雙向通信。IEEE-488 接口是一種8位數(shù)字式并行通信接口，其傳輸速率可達(dá)1 Mbit/s。GPIB使用1條傳輸線工作，其通信電纜阻抗和終端性能制約著最大數(shù)據(jù)傳輸率。IEEE-488 規(guī)定所用通信電纜的總長(zhǎng)度必須小于20 m[2]。

1.2 VXI（VME）總線結(jié)構(gòu)

1987年推出了VXI（VME bus extension for instrumentation）總線結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，VXI 總線是基于VME總線的擴(kuò)展，其數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)40 MB/s。它具有開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)、模塊化設(shè)計(jì)、小型便攜、對(duì)儀器功能的有力支持、靈活性強(qiáng)和可靠性高的特點(diǎn)[2]。用這樣的總線結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行高吞吐量的數(shù)據(jù)傳輸是非常理想的。

1.3 PCI和PXI總線

PCI（Peripheral Component Interconnect Special Interest Group） 總線于1992年問(wèn)世，它是一種全新的高速PC計(jì)算機(jī)總線，其數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到132 MB/s。

PXI（PCI Extension for Instrumentation ）是由美國(guó)NI公司于1987年推出的測(cè)控儀器總線標(biāo)準(zhǔn)，PXI總線是在以PCI計(jì)算機(jī)局部總線為基礎(chǔ)的模塊儀器結(jié)構(gòu)上發(fā)展起來(lái)的。它不但具有PCI的性能和特點(diǎn)，適合于試驗(yàn)、測(cè)量與數(shù)據(jù)采集的新型虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)，而且還是PCI總線的增強(qiáng)與擴(kuò)展，并與現(xiàn)有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Compact PCI兼容，在相同插件底板中提供不同廠商產(chǎn)品的互聯(lián)與操作。作為一種開(kāi)放的儀器結(jié)構(gòu)，PXI 提供了在VXI以外的另一種選擇。它具備 32/64位數(shù)據(jù)傳輸能力及分別高達(dá)132 MB/s（32位）和264 MB/s（64位）的數(shù)據(jù)傳輸速度。

1.4 LXI總線

2004年安捷倫公司和 VXI科技公司在結(jié)合了GPIB和VXI優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了基于以太網(wǎng)的LXI（LAN eXtension for Instrumentation）總線。它是一種適用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的新一代基于LAN的模塊化平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)。LXI結(jié)合了臺(tái)式儀器的內(nèi)置測(cè)量技術(shù)和PC標(biāo)準(zhǔn)I/O連接能力，并基于插卡框架系統(tǒng)的模塊化和小尺寸等優(yōu)點(diǎn)于一身。同年 9月兩公司推出 LXI接口規(guī)范并成立 LXI聯(lián)盟，LXI標(biāo)準(zhǔn)要求所有LXI設(shè)備都需要提供包括產(chǎn)品主要信息的網(wǎng)頁(yè)。該網(wǎng)頁(yè)必須可從標(biāo)準(zhǔn)W3C網(wǎng)絡(luò)瀏覽器觀看，并符合 HTML1.1 網(wǎng)頁(yè)4.01版標(biāo)準(zhǔn)或更高。每一臺(tái) LXI設(shè)備必須實(shí)現(xiàn)IEEE 802.3（LAN）。

2 我國(guó)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)

2.1 比利時(shí)LMS公司的HP3565S系統(tǒng)

1992年引進(jìn)的比利時(shí) LMS公司的 HP3565S系統(tǒng)可進(jìn)行動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)的振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)、噪聲試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集和處理，還可進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集處理。該系統(tǒng)是每套80個(gè)通道。系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖1。該系統(tǒng)采用IEEE-488標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)流是通過(guò)前端的A/D采集和處理經(jīng)過(guò)IEEE-488接口傳輸?shù)较到y(tǒng)的硬盤(pán)。受到IEEE-488總線的速度限制，該系統(tǒng)傳輸速率不大于1 MB/s，這樣既限制了系統(tǒng)的通道數(shù)不能太多，同時(shí)由于時(shí)域數(shù)據(jù)量大，也限制了時(shí)域數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

圖1 HP3565S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Configuration for HP3565S

2.2 美國(guó)DP公司的DP750

美國(guó)DP（Data Physics）公司的最新信號(hào)分析儀DP750使用Ethernet接口和前端機(jī)連接，這種以太網(wǎng)接口有很多優(yōu)勢(shì)：1 GB/s傳輸速率；主機(jī)箱和前端機(jī)箱的間距最大可達(dá)100 m；通過(guò)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶連接。單個(gè)Abacus主機(jī)鋪以通過(guò)以太網(wǎng)連接的客戶機(jī)，攜帶便捷，是真正的便攜式儀器。盡管以太網(wǎng)的傳輸率很高，但 DP750并未利用此優(yōu)勢(shì)，而是采用前端內(nèi)置的100 GB硬盤(pán)，將大容量的時(shí)域數(shù)據(jù)以高達(dá)20 MB/s的速度存入前端硬盤(pán)（throughput硬盤(pán)），試驗(yàn)后再導(dǎo)入到主機(jī)硬盤(pán)中。系統(tǒng)框架圖如圖2。

圖2 DP750系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 2 Configuration for DP750

2.3 美國(guó)并行公司的ISTAR系統(tǒng)

ISTAR數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)是美國(guó)并行公司于1997年生產(chǎn)的，其通道數(shù)為352個(gè)，是目前國(guó)內(nèi)通道數(shù)最多的一臺(tái)動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其系統(tǒng)為工作站系統(tǒng)，總線是VME總線結(jié)構(gòu)。VXI 總線數(shù)據(jù)傳輸率為40 MB/s。系統(tǒng)框架圖見(jiàn)圖3。

圖3 ISTAR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 3 Configuration for ISTAR

2.4 自主研發(fā)的DMS-100數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

自主研發(fā)的DMS-100動(dòng)力學(xué)綜合測(cè)試系統(tǒng)硬件平臺(tái)采用主控計(jì)算機(jī)和 VXI機(jī)箱組成測(cè)試單元的結(jié)構(gòu)，其中：VXI測(cè)試總線機(jī)箱中內(nèi)置一個(gè)零槽控制器，用于管理 VXI測(cè)試模塊間的協(xié)調(diào)以及同步；主控計(jì)算機(jī)通過(guò)內(nèi)置于計(jì)算機(jī)的PCI 1394轉(zhuǎn)換卡、IEEE 1394總線和內(nèi)置于VXI機(jī)箱的控制功能模塊（零槽控制器）與VXI 測(cè)試系統(tǒng)機(jī)箱連接，實(shí)現(xiàn)與VXI測(cè)試機(jī)箱的快速數(shù)據(jù)傳輸及通訊管理工作。IEEE 1394總線對(duì)VXI總線集成自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理，目前絕大多數(shù)桌面PC都還沒(méi)有配置IEEE 1394標(biāo)準(zhǔn)總線接口，因此這種構(gòu)建VXI總線集成自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的方案中涉及到兩種接口適配器。目前桌面PC主板上最常用的標(biāo)準(zhǔn)總線就是PCI總線，所以通常IEEE 1394-VXI零槽控制器提供一塊PCI-IEEE 1394接口適配器作為附件[3]。

在測(cè)試過(guò)程中，VXI總線機(jī)箱通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器完成動(dòng)力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)的采集（同樣對(duì)于任意波形輸出，通過(guò) D/A轉(zhuǎn)換器輸出動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)需求的任意波形），所有采集數(shù)據(jù)通過(guò)VXI總線及IEEE 1394連接線實(shí)時(shí)傳送到主控計(jì)算機(jī)，由主控計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)顯示等任務(wù)。系統(tǒng)框架圖見(jiàn)圖4。

圖4 DMS-100系統(tǒng)總線及結(jié)構(gòu)圖Fig. 4 Configuration for DMS-100

2.5 美國(guó)SD公司的JAGUAR數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

美國(guó)SD公司的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由多個(gè)SD2570 系統(tǒng)組成，每個(gè)系統(tǒng)最多可達(dá)98個(gè)通道。SD2570系統(tǒng)的主機(jī)由SUN工作站進(jìn)行實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)采集和處理，其總線同 ISTAR系統(tǒng)，同樣是VME總線結(jié)構(gòu)，所不同的是它通過(guò)前端的系統(tǒng)throughput硬盤(pán)將大容量的時(shí)域數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，然后倒入主機(jī)硬盤(pán)?？偩€圖如圖5。

圖5 SD2750系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 5 Configuration for SD2750

2.6 比利時(shí)LMS公司的SCADASIII系統(tǒng)

比利時(shí)LMS公司2003年生產(chǎn)的SCADASIII數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)其前端和主機(jī)通過(guò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 SCSI接口，確?？焖俸蜏?zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳遞，主機(jī)和前端實(shí)際達(dá)到11 M采樣點(diǎn)/s。如果系統(tǒng)增加輔助機(jī)箱的話，由于受機(jī)箱間數(shù)據(jù)傳輸速度的影響，整個(gè)系統(tǒng)的傳輸率會(huì)明顯下降，1套由4個(gè)機(jī)箱組成的200通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，測(cè)試其系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率只有3 M采樣點(diǎn)/s，測(cè)試另一套由2個(gè)機(jī)箱組成的228通道的系統(tǒng)傳輸速率不大于6.5 M采樣點(diǎn)/s。系統(tǒng)的總線框架圖見(jiàn)圖6。

圖6 SCADASIII系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 6 Configuration for SCADASIII

2.7 分布集成式系統(tǒng)

近年來(lái)為了建立超大型多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，提出了分布集成式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，即各個(gè)單機(jī)系統(tǒng)相互獨(dú)立，由主控計(jì)算機(jī)對(duì)各個(gè)單機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，主控機(jī)與單機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)（1 000 MB/s帶寬）相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與分布式數(shù)據(jù)管理的工作模式。單機(jī)系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)思想使單機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)容變成了現(xiàn)實(shí)，同時(shí)也克服了單一超大系統(tǒng)數(shù)據(jù)流傳輸?shù)钠款i。分布集成式系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖7。

圖7 分布集成式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 7 Configuration for distributing and integration system

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法

無(wú)論哪種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其隨機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)方法和沖擊試驗(yàn)沖擊響應(yīng)譜的計(jì)算方法都沒(méi)有太大差異，只是在掃描正弦數(shù)據(jù)處理的方法上各有各的特點(diǎn)。掃描正弦數(shù)據(jù)處理主要涉及到頻率的辨識(shí)方法及響應(yīng)的峰值計(jì)算方法。頻率的辨識(shí)方法主要有時(shí)間倒數(shù)法（過(guò)零法）、數(shù)字跟蹤濾波法和FFT法。響應(yīng)數(shù)據(jù)的峰值計(jì)算主要有4種方法：絕對(duì)峰值法，平均值峰值法，有效值峰值法，濾波方式峰值法。

1）絕對(duì)峰值法

對(duì)正弦時(shí)域信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理時(shí)，取每個(gè)響應(yīng)信號(hào)所處理周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)值的絕對(duì)響應(yīng)峰值。處理公式為

式中：Ap為絕對(duì)峰值；ai為每個(gè)處理周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)值，i=1,2,…N (N為所處理周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)）。

2）平均值峰值法（average value）

對(duì)正弦時(shí)域信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理時(shí)，取每個(gè)響應(yīng)信號(hào)所處理周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)值的絕對(duì)響應(yīng)平均值，再換算成峰值。處理公式為

式中：Aavg為平均峰值。

3）有效值峰值法（RMS value）

對(duì)正弦時(shí)域信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理時(shí)，取每個(gè)響應(yīng)信號(hào)所處理周期內(nèi)的響應(yīng)數(shù)值的有效值，再換算成峰值。處理公式為

式中：ARMS為有效值峰值。

4）濾波方式峰值法（filtered value）

對(duì)正弦時(shí)域信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理時(shí)，取每個(gè)響應(yīng)信號(hào)所處理周期內(nèi)的各響應(yīng)點(diǎn)的數(shù)值，按濾波方式的處理方法獲得幅值。

假設(shè)正弦信號(hào)激勵(lì)時(shí)結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)表示為y=Acos(ωt+φ)+Harmonics+Offset+Noise；或?qū)憺閥(t)=A0+A1sin(ωt+φ1)+A2sin(2ωt+φ2)+…+Ansin(n · ωt+φn) 。

幅值為

相位為

上述式中：y(t)為各采樣點(diǎn)數(shù)值；T為所處理的正弦信號(hào)的周期；P為信號(hào)幅值的實(shí)部；Q為信號(hào)幅值的虛部；A為信號(hào)幅值；?為信號(hào)初相位。ω= 2πf，為正弦信號(hào)頻率；t為采樣時(shí)間。

3.1 HP3565S系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式

HP3565S系統(tǒng)是基于 UNIX操作系統(tǒng)運(yùn)行模式，該系統(tǒng)每套最多有80通道，可以多套組成一個(gè)系統(tǒng)，需要多人操作。由于受到當(dāng)時(shí)硬件的限制，因此系統(tǒng)單通道采樣率只有12.8 kHz。系統(tǒng)可完成動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)的正弦、隨機(jī)、沖擊試驗(yàn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理。

正弦數(shù)據(jù)處理中沒(méi)有時(shí)域數(shù)據(jù)的采集及存儲(chǔ)、后處理功能，只能在線實(shí)時(shí)處理。在線進(jìn)行譜分析時(shí)，數(shù)據(jù)處理方式主要有絕對(duì)峰值法、有效值峰值法、平均值峰值法，還可在線進(jìn)行傳遞函數(shù)計(jì)算等。

頻率辨識(shí)采用過(guò)零法。

在正弦數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，每個(gè)信號(hào)的幅值以12.8 kHz進(jìn)行采樣，然后基于數(shù)據(jù)處理的抽取的方法進(jìn)行再采樣，目的是降低其采樣頻率，其再采樣頻率的設(shè)置如表1。

表1 HP3565S系統(tǒng)再采樣頻率設(shè)置方法Table 1 Method of set up resampling frequency for HP 3565S

3.2 ISTAR及DMS-100 系統(tǒng)的掃描正弦數(shù)據(jù)處理方式

ISTAR和DMS-100系統(tǒng)的硬件不同，其中：ISTAR的A/D板為32通道，16位A/D，51.2 kHz采樣頻率，系統(tǒng)共352通道；DMS-100 A/D板為32通道，每通道采樣率可以達(dá)到51.2 kHz，采樣位數(shù)16位，系統(tǒng)共128通道。

這兩套系統(tǒng)的掃描正弦數(shù)據(jù)處理方式是一樣的，它們的共同特點(diǎn)是可在線實(shí)時(shí)對(duì)掃描正弦、隨機(jī)、沖擊試驗(yàn)時(shí)域數(shù)據(jù)采集并處理，還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的后處理。在線進(jìn)行譜分析時(shí)，數(shù)據(jù)處理方式有絕對(duì)峰值法、有效值峰值法、濾波方式峰值法，還可在線進(jìn)行傳遞函數(shù)計(jì)算等。

掃描正弦頻率的辨識(shí)均采用過(guò)零法。在正弦數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，其采樣率設(shè)置原則是：采樣頻率=（諧波頻率+1）×K ×最大分析頻率，系統(tǒng)缺省設(shè)置K = 4。一般可以遵循以上原則進(jìn)行選取，也可自由選取，一般選取最高分析頻率的32倍或20倍。

幅值計(jì)算方法見(jiàn)公式(1) (5)。在進(jìn)行幅值計(jì)算時(shí)，對(duì)每個(gè)頻率點(diǎn)所選取的時(shí)域數(shù)據(jù)的周期數(shù)符合表2的規(guī)律，可以根據(jù)要求選取不同的頻率。

表2 ISTAR系統(tǒng)掃描正弦數(shù)據(jù)處理方法Table 2 Data processing method of sine sweep for ISTAR

3.3 SD2570系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式

美國(guó)SD公司的SD2570系統(tǒng)對(duì)掃描正弦數(shù)據(jù)處理采取先利用系統(tǒng)前端的 throughtput硬盤(pán)在線實(shí)時(shí)存儲(chǔ)時(shí)域數(shù)據(jù)然后進(jìn)行時(shí)域數(shù)據(jù)回放再處理的方式，每個(gè)硬盤(pán)容量達(dá)到36 GB，每套系統(tǒng)可擴(kuò)充到 6個(gè)硬盤(pán)。其頻率是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)COLA信號(hào)應(yīng)用過(guò)零法進(jìn)行辨識(shí)。其幅值的計(jì)算見(jiàn)公式(1) (5)。其中濾波峰值法的詳細(xì)過(guò)程如圖8所示。

圖8 SD2750 幅值濾波計(jì)算方法示意圖Fig. 8 Estimation method of Filtered value for SD2570

3.4 SCADASIII系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式

SCADASIII系統(tǒng)基本功能主要是對(duì)掃描正弦、隨機(jī)、沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)可在線實(shí)時(shí)時(shí)域數(shù)據(jù)采集并處理，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理速度快。

利用該系統(tǒng)對(duì)掃描正弦數(shù)據(jù)處理時(shí)可進(jìn)行在線實(shí)時(shí)時(shí)域數(shù)據(jù)的采集及存儲(chǔ)、在線頻響處理，還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的后處理。在線進(jìn)行頻響分析時(shí)，數(shù)據(jù)處理方式有：絕對(duì)峰值法、有效值峰值法、濾波方式峰值法，還可在線進(jìn)行傳遞函數(shù)計(jì)算等。單通道采樣率達(dá)到204.8 kHz。

該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用控制系統(tǒng)提供的 COLA信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)頻率跟蹤辨識(shí)，利用時(shí)間倒數(shù)法進(jìn)行激勵(lì)信號(hào)的實(shí)時(shí)頻率辨識(shí)，采用26 MHz的計(jì)數(shù)器，它的分辨率可達(dá)38 ns，對(duì)COLA信號(hào)進(jìn)行采樣，采集整周期信號(hào)，再根據(jù)整周期內(nèi)采集的點(diǎn)數(shù)和采樣率計(jì)算一個(gè)周期的時(shí)間，頻率由一周期時(shí)間的倒數(shù)得到。

SCADASIII系統(tǒng)的 A/D 最高采樣率是204.8 kHz，這樣，系統(tǒng)通過(guò)多倍的再采樣設(shè)計(jì)，即有12個(gè)緩沖器，根據(jù)COLA信號(hào)辨識(shí)信號(hào)頻率，對(duì)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的抽取，即不同頻率的響應(yīng)數(shù)據(jù)的最終采樣率落到這12個(gè)緩沖器范圍內(nèi)，進(jìn)行幅值計(jì)算。最高緩沖器的采樣頻率等于 A/D的最高采樣頻率（204.8 kHZ），最低緩沖器的采樣頻率是204 800/211=100 Hz。每個(gè)掃描頻率的信號(hào)的幅值信號(hào)以A/D的采樣頻率204.8 kHz進(jìn)行采樣，基于再采樣因子（128倍）的設(shè)計(jì)思路，每個(gè)頻率的信號(hào)又以大于等于其頻率的 128倍的原則被數(shù)字采樣，該信號(hào)落在相對(duì)應(yīng)的緩沖器中[4]。隨著掃描正弦信號(hào)的頻率的變化，其采樣率也在變化，具體見(jiàn)圖9。

圖9 SCADASIII系統(tǒng)掃描正弦幅值計(jì)算示意圖Fig. 9 Estimation method of data of sine sweep for SCADASIII

4 主要性能比較

動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理的方法目前已成熟，但大型航天器研制的需求和要求測(cè)量的點(diǎn)數(shù)增加，需要大型的多通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。由于系統(tǒng)硬件性能的限制，因此單套系統(tǒng)的通道數(shù)的發(fā)展受到限制，目前，單套系統(tǒng)的最大通道數(shù)為352通道。大型系統(tǒng)的通道數(shù)的發(fā)展受到限制的主要原因是系統(tǒng)需要具備在線實(shí)時(shí)采集時(shí)域數(shù)據(jù)并在線實(shí)時(shí)處理的能力，而大流量的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和傳輸受到限制。為了突破這一瓶頸，在各系統(tǒng)上應(yīng)用了各種方式提高數(shù)據(jù)的傳輸能力或采取throughput 硬盤(pán)方式將大流量的數(shù)據(jù)灌硬盤(pán)。這樣，各系統(tǒng)的能力及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理模式各有不同，見(jiàn)表3。

表3 系統(tǒng)硬件主要性能比較Table 3 Main capabilities of each system

5 結(jié)束語(yǔ)

以上幾套系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)各有不同，但從以上比較可以看出多通道大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)：

1）大型動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的操作平臺(tái)已從UNIX操作系統(tǒng)發(fā)展到了Windows操作系統(tǒng)；

2）隨著硬件性能提高，在線實(shí)時(shí)處理并將時(shí)域數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到主機(jī)硬盤(pán)的方式將逐步取代中間硬盤(pán)的存儲(chǔ)方式；

3）以電壓/ICP的多輸入方式取代單一的電壓輸入方式；

4）以分布集成式的系統(tǒng)模式代替超大系統(tǒng)的模式，避免因超大系統(tǒng)出現(xiàn)故障而造成整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。

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[1] 柯受全. 衛(wèi)星環(huán)境工程和模擬試驗(yàn)（下冊(cè)）[M]. 北京:宇航出版社, 1996

[2] 何廣軍, 高育鵬. 現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)[M]. 西安電子科技大學(xué)出版社, 2007-03

[3] 馮咬齊, 崔俊峰. 航天器動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)綜合測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路[J]. 航天器環(huán)境工程, 2003, 20(3)

[4] LMS International. LMS test lab user manual[G]. 2002