2.3 方案设计与分析

通过前期对大气数据测量系统国内外研究现状分析知，目前嵌入式大气数据测量系

统实现方式有三种：通过机载计算机系统采集传感器组件获取的数据，再根据算法计算

出大气数据；通过 DSP 接收温度压力值，并解算出大气数据；通过“ FPGA 加 DSP ”架构

采集解算数据， FPGA 负责传感器数据采集转换及接口控制， DSP 负责数据处理与计算。

但机载计算机系统的传感器组件一般直接固定于飞行器表面且体积较大不易用于其他

飞行器； DSP 解算系统用于对已采集到的温度压力值做数据解算，不适用于多路传感器

数据采集处理。为满足对多路传感器数据进行采集解算的设计需求，设计采用“ FPGA

加 DSP ”架构来采集解算传感器数据。

课题研究的大气数据测量装置将传感器组件与测量装置集成，传感器组件位于装置

前端，预留传感器对外接口，可通过引压管获取飞行器外表面五点压力；可通过补偿导

线获取温度信号。控制器采用“ FPGA+DSP ”架构， FPGA 负责接口匹配和采集控制，

DSP 控制器负责数据解算，两种控制器之间采用 EMIF 总线进行数据交互。控制系统通过

RS422 接口向测量装置下发采集控制信号，测量装置根据采集控制信号控制传感器组件

采集信号，再经 DSP 解算处理后通过 1553B 总线将数据传回控制系统，测量装置作为 RT

端与控制系统通过 1553B 总线通信。依据模块化设计原则，将大气数据测量装置按照功

能划分为四块 PCB 板，分别为采集模块 PCB 板、主控模块 PCB 板、接口转换模块 PCB 板、

电源模块 PCB 板。

大气数据测量装置硬件组成框图如图 2-2 所示。采集卡主要用于温度、二次电压的调

理采集以及压力数据的采集。 5 路压力数据的标定参数和 10 路输出频率经电平转换后通

过内部总线传递给主控卡接收；温度数据和二次电压经过信号调理后供后端 ADC 采集。

主控卡主要用于外部采集控制信号的接收、采集控制、数据处理以及与控制系统通过

1553B 总线通信。接口转换卡用于控制系统与测量装置间传递信号，其直接与控制系统

相连，将 1553B 总线数据及系统供电提供给采集卡、电源卡以及主控卡，并将系统采集

控制信号（ 422 差分信号）转换成单端信号通过内部总线与主控卡相连。电源卡的主要功

能是将系统提供的 28V 电压通过滤波器、电压转换器转换为 +5V 和± 15V 输出，为大气数

据测量装置供电。

2.4 最小系统设计

2.4.1 处理器选型

（1） DSP 选型

根据大气数据测量装置的功能需求知， DSP 需实时解算接收到的数字量数据，因此

需考虑 DSP的运算速度；压力值、温度值精准获取对大气测量系统至关重要，因此需考