vendredi 29 septembre 2023 · 0 min read
Station de traitement des données de télémétrie PCM à la NASA
Sous-système d'enregistrement et de lecture des données (Record & Playback Subsystem)
Pour la nouvelle fusée SLS (Space Launch System), la NASA a modifié la configuration des systèmes de télémétrie pour être entièrement basée sur des trames de données numériques Ethernet, en utilisant les en-têtes de fichiers USGS DEM (format standard de fichier spatial) pour décoder tous les messages
Dewesoft et le Laboratoire "Temps réel & Relecture des données des sous-systèmes" ont développé un puissant outil de diagnostic de défaillances et de collecte de données - un plugin de réception Ethernet pour le logiciel DewesoftX. Au final, Dewesoft a livré onze systèmes d'acquisition de données à la pointe de la technologie et transféré les licences logicielles du client vers les nouveaux instruments.
NASA, est une agence indépendante du gouvernement fédéral des États-Unis, responsable du programme spatial civil national, ainsi que de la recherche en aéronautique & en technologies aérospatiales.
La nouvelle fusée SLS est un lanceur spatial super-lourd, en cours de développement depuis août 2019. Il est le principal engin de lancement des plans d'exploration dans l'espace lointain de la NASA, y compris les vols lunaires en équipage (programme Artemis) et l'éventuelle mission humaine vers Mars.
La base de lancement (LCC) est un bâtiment de quatre étages à l'angle sud-est de l'immense bâtiment d'assemblage des engins dans la zone de lancement 39 du Kennedy Space Center de la NASA sur Merritt Island, en Floride.
Depuis le lancement sans pilote d'Apollo 4 en 1967, le LLC a géré les lancements de nombreux engins spatiaux, y compris tous les vols américains avec équipage humain. La navette Space Shutle du programme 52 de la NASA a également utilisé le LCC. Le centre a récemment été rénové en préparation des prochaines missions SLS, qui devraient commencer en 2020 avec Artemis 1.
De 2016 à 2018, le LLC et le complexe de lancement 39B ont vu des mises à jour complètes pour les besoins de la fusée SLS, du vaisseau spatial Orion, et pour les vols commerciaux. Entre autres, le pas de tir 39B a été modifié et mis à niveau avec des systèmes de communication et d'instrumentation météorologiques de dernière technologie.
Le laboratoire de télémétrie PCM
Relié physiquement au bâtiment d'assemblage des véhicules, le LCC contient des bureaux, des laboratoires pour la télémétrie, le suivi des équipements d'instrumentation, le système de traitement de lancement automatisé et quatre salles de tir.
L'utilisateur final de Dewesoft au LLC est le laboratoire "temps réel & sous-système" en charge de tous les traitements de données de télémétrie temps réel. Les systèmes acquièrent des mesures (ou d'autres données) à des points éloignés ou inaccessibles, et les transmettent automatiquement à l'équipement récepteur pour la surveillance et l'analyse.
Les systèmes de surveillance par télémétrie vérifient indépendamment les données de mission des équipements au sol / fusées / engins spatiaux, pour du diagnostic et l'étude des charges utiles. Ils fournissent:
Fonctions d'affichage et de récupération des données en temps réel depuis la chambre de combustion ou au bureau
Outils de diagnostic en temps réel et quasi temps réel - Données pour les utilisateurs hors site
Traduction des données en information, avec des capacités telles que l'état de santé du processus, la fusion de données ou le stockage des données persistantes.
Stockage numérique et transfert de fichiers de données analogiques
Détection d'anomalies de bits en temps réel ou en post-traitement et mise à l'échelle des mesures
Analyse des données jusqu'au niveau du bit
Surveillance intelligente et autonome des données 24h / 24 et 7j / 7. Acquisition de données, conversion d'unité d'ingénierie et analyse
Variété de méthodes d'analyse des données et de formats d'export pour les rapports
La base de lancement LCC utilise le logiciel d'acquisition DewesoftX depuis 2008 avec les ordinateurs Dewetron et les cartes de télémétrie Pulse Code Modulation (PCM encoder), pour coder des données analogiques dans un format numérique série, dans le cas d'une transmission longue distance. Lorsque le rapport signal / bruit d'un signal analogique se détériore en raison de l'atténuation, l'amplification du signal amplifie également le bruit. Les signaux numériques sont plus facilement séparés du bruit et peuvent être régénérés dans leur état d'origine.
Visualisation des données en temps réel dans DewesoftX pour le lancement de la navette spatiale Atlantis
Cependant, ces systèmes d'acquisition de données obsolètes Dewetron 901 avaient des licences logicielles DewesoftX et devaient donc être remplacés. Le LLC souhaitait mettre à niveau ces centrales d'acquisition de données mais également conserver et transférer les licences logicielles DewesoftX.
200 000 voies de données Ethernet
Le logiciel d'acquisition DewesoftX est désormais capable de traiter en temps réel plus de 200 000 voies de données Ethernet de la fusée SLS, reçues via des antennes RF de télémétrie. Les données doivent inclure les informations des contrôleurs PLC des boosters, du moteur principal, du système de liaison ombilicale du lanceur (données requises pour les consommables), les données d'avionique de la fusée, la télémétrie du 2nd étage du lanceur et les données de télémétrie de la capsule complète.
Le LLC a besoin d'une capacité de traitement de données de plus de 200 000 paramètres. Ceci a été possible en utilisant plusieurs stations Dewesoft pour la décommutation des canaux bruts Ethernet définis par le service d'ingénierie. Le défi était la gestion de la configuration ainsi que le traitement de l'affichage de plus de 300 paramètres sur un seul écran.
En outre, les données doivent ensuite être envoyées aux salles de tir pour les analystes avec un affichage en temps réel et une comparaison avec les données du logiciel de contrôle de lancement élaboré par la NASA pour la fusée SLS.
Interface standard IRIG 106 Chapter 10
Dewesoft dispose d'une variété de matériel d'acquisition de données pouvant s'interfacer avec le marché de la télémétrie. Le logiciel d'acquisition DewesoftX peut lire et décoder les données IRIG 106 Chapter 10 de n'importe quel enregistreur de données de télémétrie temps réel sur Ethernet ou un fichier pré-enregistré en Chapter 10.
Il permet l'acquisition, le stockage, la visualisation et l'analyse de multiples sources de données synchronisées. Le logiciel est capable de combiner des solutions standards d'acquisition de données analogiques avec des données de télémétrie, des données de bus avioniques (PCM, ARINC 492, MIL-STD-1553, iNet), de la vidéo et bien d'autres.
Dans ce cas précis, la solution a été d'utiliser les systèmes SIRIUS R3. Onze châssis R3 avec des licences Dewesoft, complétant les trois serveurs Windows exécutant déjà le logiciel d'acquisition DewesoftX en configuration machine virtuelle pour le traitement et l'enregistrement des données.
Acquisition des données à haute vitesse
SIRIUS R3 sont montables en rack dans un châssis d'ordinateur PC standard. Le R3 comprend des entrées analogiques DualCoreADC® avec une plage dynamique de 160 dB et des taux d'acquisition et de données de 200 kHz par voie ou des amplificateurs haute vitesse en option avec des vitesses allant jusqu'à 1 MHz par voie.
Un châssis R3 peut contenir jusqu'à trois cartes SIRIUS slices avec un total de 48 voies analogiques, 24 voies de compteur / encodeur, 72 voies numériques et 3 ports CANbus haute vitesse. Une large gamme d'amplificateurs est disponible pour pratiquement tous les signaux et capteurs.
Au LLC, le châssis R3 était équipé d'une carte avec port Ethernet supplémentaire. La licence logicielle pouvait alors être déplacée et chaque système était équipé du logiciel DewesoftX pour les développeurs avancés, avec les plugins Ethernet Receiver, iNet et l'option Net pour la diffusion client-serveur, ainsi que les plugins PCM et Chapter 10.
Logiciel d'acquisition - ARINC 429, MIL-STD-1553
L'IRIG 106 Chapter 10 fait partie de la norme d'enregistrement numérique des données de vol, IRIG 106, pour assurer l'interopérabilité des données de télémétrie. Le Chapter 10, norme relative aux enregistreurs numériques embarqués, définit le fonctionnement et les interfaces des enregistreurs numériques de données de vol.
Le plugin DewesoftX Chapter 10 est un plugin spécialisé pour lire un fichier de données enregistrées clôturé depuis un disque dur ou un flux Ethernet transmis en temps réel incluant des données formatées en IRIG 106 Chapter 10. Il retrouvera ensuite l'heure incorporée dans le fichier Chapter 10 pour recaler également l'horloge maître Dewesoft.
Le plugin Chapter 10 prépare ensuite chaque canal de données inclus dans le flux pour le traitement. Pour les données analogiques, vidéo et données discrètes, le plugin organisera les canaux de données avec un traitement et un affichage approprié. Les types de données plus complexes tels que PCM et Arinc 429 / MIL-STD-1553 seront dirigés vers leurs plugins respectifs dans le logiciel DewesoftX pour un traitement ultérieur.
Grâce aux outils de gestion de configuration, toutes les stations de traitement peuvent exécuter simultanément le traitement à partir des mêmes données entrantes. En utilisant la carte Dewesoft IRIG-ACDC à l'intérieur de chacun des châssis R3, tous les systèmes peuvent être synchronisés sur la même base de temps pour avoir une parfaite corrélation des données.
Le codage PCM (Pulse Code Modulation) est la forme la plus simple de codage de forme d'onde. Les codeurs de télémétrie PCM sont utilisés pour coder les données dans un format numérique série et les transmettre vers un support distant pour le décodage et l'analyse.
Le plugin PCM Dewesoft inclut la synchronisation des bits, la synchronisation des trames numériques, la décommutation pour les SIRIUS-2xPCM, les cartes Ulyssix ou le plugin Chapter 10. Il peut décoder des milliers de canaux à partir de ces interfaces, prend en charge les flux intégrés et les fonctions FFI (Foreign Function Interface). Les données sont à nouveau synchronisées avec l'utilisation d'IRIG pour les données analogiques et vidéo.
Station au sol - IRIG 106 - Chapter 10
Avec les plugins, DewesoftX peut décoder, visualiser et analyser entièrement les données IRIG 106 Chapter 10 et utilise un format d'entrée standard pour les trames Ethernet de données de télémétrie temps réel, incluant :
Données PCM (modes supportés : packed, unpacked, throughput)
Bus de données MIL-1553 & ARINC-429
iNET enregistrement de données à partir des dernières normes de télémétrie
Video standard ou haute vitesse
Voies Ethernet & UART
Données analogiques
Données Ethernet
Standard de télémétrie TMATS (configuration de voie)
Synchronisation (temps absolu)
La possibilité d'enregistrer des données en modes "throughput" & "unpacked" offre une très grande flexibilité et fournit un ensemble de traitement & enregistrement tout-en-un pour la station au sol. Le logiciel DewesoftX peut également relire les fichiers Chapter 10. Les données sont synchronisées et décommutées, ce qui donne la possibilité de lire et de traiter les fichiers Chapter 10 sans être rattaché à la station au sol complète.
Le système Dewesoft stockera toujours les données brutes et laissera des possibilités optimales pour le traitement et la visualisation des données en mode Offline.
Conclusion
La coopération avec un client de longue date comme le LLC crée une relation de confiance mutuelle. Pendant plus de 10 ans, Dewesoft et le LLC ont eu une communication ouverte travaillant ensemble pour étendre les capacités de leurs laboratoires respectifs - tout en aidant à faire progresser les capacités de Dewesoft à partir de leurs commentaires.
Cet effort de collaboration a permis le développement du plugin Ethernet Receiver comme outil de diagnostic et de collecte de données. Avec les chaînes de filtrage et les unités de communication, il peut sniffer n'importe quel flux Ethernet à partir de n'importe quelle source et paramètres graphiques au travers de la puissance du logiciel Dewesoft.
Dewesoft X3 peut recevoir et décoder les données de plusieurs flux Ethernet. Différentes capacités de filtrage sont disponibles (TCP, UDP, filtrage de données) et prennent en charge le décodage des données de différents formats (Motorola, Intel, float, signé, non signé ...). Une mise à l'échelle linéaire et non linéaire (polynomiale) est possible.
Le plugin Ethernet Receiver convient au marché industriel, à la collecte et au diagnostic de données sur bancs d'essais, à la station au sol de télémétrie et à bien d'autres. Pour aider les ingénieurs à comprendre sa véritable puissance, cet outil devrait maintenant être appelé «Wire Shark on steroids».
