摘要： 飞机的姿态角和航向角参数是磁航向姿态基准系统中重要的飞行姿态参数，包括姿态陀螺的俯仰角、倾斜角和航向陀螺的航向角，这些对于保障飞行安全，提高飞行训练水平和机务维护质量都具有十分重要的作用。本论文在分析同步器信号转换板为硬件主体，采用LabWindows/CVI虚拟测试设备多线程编程技术的基础上，详细介绍LabWindows/CVI实现某型磁航向基准系统信号角度A/D解算的编程思路及过程。
关键词： 磁航向基准系统；LabWindows/CVI；多线程技术；同步信号转换
中图分类号：TY 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310011－02
0 前言
磁航向姿态基准系统是民用和军用飞机普遍加装的重要机载设备之一。主要用于测定飞机飞行状态下地平仪姿态陀螺的俯仰角、倾斜角和航向陀螺的航向角，这些飞行姿态参数对于保障飞行安全，提高飞行训练水平和机务维护质量都具有十分重要的作用。
1 磁航向基准系统的概述
某型磁航向姿态基准系统分为航向系统和姿态系统两个分系统，包括感应式磁航向传感器、磁航向修正计算器、全姿态组合陀螺、综合放大器、控制盒、继电器盒5部分组成。全姿态组合陀螺中姿态陀螺部件的横滚随动托架轴的两端都装有横滚同步发送器转子，当转子随飞机绕纵轴横滚时，复现地垂线，敏感飞机的姿态角变化，由同步信号器输出横滚、俯仰信号给其它机载设备；航向陀螺部件上转有输出航向信号的发送同步器的转子，能敏感飞机的航向角变化，经感应式磁航向传感器敏感地磁场的水平分量信号对航向陀螺部件进行修正后，由同步信号器输出以磁子午线为基准的磁航向角信号；磁航向修正计算器用于调整补偿磁航向传感器的象限罗差、1以内的安装误差和半圆罗差、系统的工具误差；综合放大器部件可将系统中各通道的信号进行变换、放大、使系统正常工作；控制盒部件给航向陀螺提供纬度修正和不平衡补偿信号；继电器盒部件实现电源保护、提供特种电源、完成系统的程序启动及线路的转换。
2 LabWindows/CVI编程语言与多线程编程技术介绍
2.1 LabWindows/CVI虚拟仪器编程
虚拟仪器（virtual instrument，简称“VI”）是计算机技术、仪器技术和通信技术相结合的产物。其目的是利用计算机强大资源使硬件技术软件化，分立元件模块化，降低程序开发的复杂程度，增强系统的功能和灵活性。
LabWindows/CVI是一个完全的ANSI C开发环境，用于仪器控制、自动检测、数据处理的应用软件。将功能强大、使用灵活的C语言平台与用于数据采集、分析与显示的虚拟仪器测控专业软件工具库有机结合。它的交互式开发平台、交互式编程方法、丰富的功能面板和包含了各种总线、数据采集和分析等函数库大大增强了C语言的功能，LabWindows/CVI主要采用事件驱动与回调函数方式，简化了图形用户接口设计，并实现应用程序开发在不同平台间的移植，为建立自动化检测系统、数据采集系统、过程控制系统等提供了一个理想的软件开发环境。
2.2 多线程编程技术
在操作系统中，进程被定义为应用程序的运行实例，是应用程序的一次动态执行。线程是进程内部程序执行的路径，是进程的一个执行单元。从根本上说，线程是可由系统调度的一个最简单的代码单元，负责执行包含在进程的地址空间中的程序代码。多线程技术的应用可充分利用CPU的空闲时间片，尽可能少的时间来对用户的要求做出响应，使得进程的整体运行效率得到较大提高，同时增强了应用程序的灵活性。更为重要的是，由于同一进程的所有线程是共享同一内存的，所以不需要特殊的数据传送机制，不需要建立共享存储区或共享文件，从而使得不同任务之间的协调操作与运行、数据的交互、资源的分配等问题更加易于解决。
1）使用线程池创建线程函数：
int CmtScheduleThreadPoolFunction（int Pool_Handle，Thread
FunctionPtr Thread_Function，void*Thread_Function_Data，int*Thread_Function_ID）；
该LabWindows/CVI原型函数将利用线程池中的空闲线程来分配给新线程使用；如果此时已经达到系统的最大允许线程数且没有空闲线程，该函数将等待直到空闲线程或一些线程执行完释放资源后再创建新线程。
2）等待状态，直到特定标识线程执行完毕函数：
int CmtWaitForThreadPoolFunctionCompletion（int Pool_Handle，
int Thread_Function_ID,unsigned int Options）；
该LabWindows/CVI原型函数将利用线程池中的空闲线程来分配给新线程使用；如果此时已经达到系统的最大允许线程数且没有空闲线程，该函数将等待直到空闲线程或一些线程执行完释放资源后再创建新线程。
3）释放线程ID函数：
int CmtReleaseThreadPoolFunction （int Pool_Handle，int Thre
Ad_Function_ID）；
该函数作用在于设置系统在线程调用执行完毕之后释放线程ID。
3 磁航向姿态基准系统同步信号角度A/D解算
3.1 同步器信号采集原理
磁航向姿态基准系统同步器的定子线圈在加入激励信号后，伴随着转子角度不断发生变化，姿态陀螺用来测定飞机在空间相对于地平线的状态，输出与俯仰角和倾斜角成比例的电信号；航向陀螺用于测定飞机相对于地磁场的航向角，输出与航向角成比例的电信号。飞机姿态和航向陀螺输出的角度信号为三相交流同步器信号。本设计选用某型同步信号转换板，采用二阶伺服原理设计，数据输出具有三态锁存功能。
输入信号可以接收来自全姿态组合陀螺的角度激励信号和参考电压信号。输出角度信号经过模拟开关、地址编码、采样/保持、三态数据锁存器锁存、A/D转换器等组成转换电路变成与TTL电平兼容的并行14位自然二进制码数字量信号。其中同步器转换模块控制信号有三个：/INH、/EN、BYSEL。计算机与外部设备交换数据时，要对外设发送设备选择信号/CS和读信号/RD，当数据总线为8位宽度时，计算机还需发送字节选择信号BYSEL。转换模块与计算机之间交换数据的能力与一般外部设备一样具有兼容性。/INH引脚与计算机的/CS信号相连，/EN引脚与/RD信号相连，BYSEL引脚与计算机的字节选择信号相连。当使用8位宽度的数据总线时，只需转换模块高8位依次连接到8位数据总线上。在字输出时，转换器的BYSEL引脚应接高电平（或悬空），并且模块全部数据输出线与计算机数据总线一一相连。当进行数据传输时，计算机可向/INH端发一个逻辑低电平，从而阻止锁存器的刷新，当/INH端被置于低电平并延迟200ns后，便可读取数据。最后一个地址结束时须把/INH恢复成高电平。这里把/EN作为地址信号。线路框图见图1。也可以把每个转换器的/INH与计算机地址信号相连，/EN与计算机读信号/RD相连，并相应将时序进行调整。
地址译码电路，实现三路同步器转换模块的地址译码，分时读取每一路同步器模块的角度信号。控制电路由逻辑门电路组成，实现三路同步器转换模块的数据分时读取使能控制。数据锁存电路由三态数据锁存器组成，锁存同步器转换模块的转换数据。
3.2 同步器信号的角度A/D解算
将全姿态组合陀螺三线输出应连接到转换器上的S1、S2和S3端，那么微型Scott变压器将这些信号转换成正弦、余弦形式。即：
V1=K1U0sinwtsinq
V2=K1U0SinwtCosq
这里q是自整角机轴角。
为便于理解转换过程，假定可逆计数器当前字状态为f，那么，V1乘以Cosf、V2乘以Sinf得到：
K1U0 sinqcosfsinwt
K1U0 cosqsinfsinwt
这些信号经误差放大器后得到：K1U0（sinqcosf-cosqsinf）sinwt
经三角函数变换后得到：K1U0sin（q-f） sinwt
由相敏解调器、积分器、压控振荡器（VCO）和可逆计数器等组成的闭环系统使Sin（q-f）趋近于零，即q=f。当这个过程完成时，可逆计算器内的代码（f）就等于转换器的转换结果，转换器输出的二进制数字值（φ）代表了自整角机或旋转变压器输出的轴角θ，该数字值直接或通过三态锁存器送至计算机用于显示。
4 结束语
飞机姿态陀螺的俯仰角、倾斜角和航向陀螺的航向角参数对于保障飞行安全，提高飞行训练水平和机务维护质量都具有十分重要的作用。本论文在分析同步器信号转换板为硬件主体，采用LabWindows/CVI虚拟测试设备多线程编程技术的基础上，详细介绍了LabWindows/CVI实现某型磁航向基准系统信号角度A/D解算的编程思路及过程，这对磁航向姿态基准系统测试设备的研制和开发会有一定的借鉴作用。
参考文献：
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[5]丁玉美、高西全，数字信号处理，西安电子科技大学出版社，2005.1.
作者简介：
万美龙（1978-），南昌航空工业学院，工程师，中航工业洪都航空工业集团。
