摘要：为了对飞机飞行试验中零部件的振动和应变进行测量，本文对机载振动／应变实时测量系统进行了设计。为飞机飞行试验中振动、应变的测量提供了轻便、可靠的测试设备，从而提高飞机的安全性与可靠性。
关键词：飞行试验；振动测量；系统设计；
飞机机体及结构件重要部位振动、机翼及构件受力应变等状态信号包含许多重要信息，监测和分析这些状态变量，可以为飞机的试飞、故障诊断等提供可靠的依据，从而提高了飞机试飞的安全性与可靠性。基于这一应用要求，开发能够采集飞机状态振动信号、应变信号的测试系统就非常必要。这种系统也可以根据实际需要扩展其应用范围，用于监测除振动、应变以外的状态信号。我们设计的飞机飞行试验用振动/应变测量系统由采集器、记录器、GPS、时码发生器、发射器、传输天线、地面站组成。
一 采集器和记录器
采集器和记录器是测试系统的核心。其中采集器负责应变和其他参数的测量，记录器主要负责振动数据的记录。
采集器采用模块化的设计，具有各种功能模块，采用16位（A/D）模拟数字变换，并具有低噪声、高数字精度数字滤波器，以保证很高的分辨率和测量精度，在-40℃-85℃使用环境温度范围内，具有和高的测量精度（±0.25%满量程）。符合IRIC-106标准，满足民用飞机适航标准，已被批准可应用于飞机机载设备系统。采集器主要特点如下：
符合IRIG106PCM编码标准，速度可达8M/bit；具有多种PCM码输出和格式转换；
总采样达500k/s，同步时间±250ns采用等时间间隔采样；
先进的数字滤波器和线性调节器，能够对各种模拟信号进行调节。如：高/低模拟电压、电桥、热电偶、铂电阻、同步器、压力扫描阀等；
数字信号的调节能力，频率、周期、事件计数等；
可以采样主从分布的形式组成1000通道的大容量采集系统；
记录器也是采用模块化设计，及信号调节、数据采集和编码于一体的适于机载的数据采集系统，使用固定存储卡记录，可达256GB。其微型化、模块化、坚固耐恶劣环境的数据采集系统，适用于机载应用，测量精度可达（±0.15%满量程）。最大记录速度可达30Mbit/s。可对振动信号等多种信号进行调节。
二、GPS、时码发生器、发射器、传输天线
GPS主要拥有定位、导航和授时的功能，在本系统中，主要用到的功能是授时，采用GPS以获得标准的时间。
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时码发生器获得GPS的时间信号后，将时间信号在时码发生器内部进行设置，然后将时间信号传输给采集器和记录器，实现采集器与记录器时间的统一，保障了测试的精度。
发射器和天线主要功能为在接收了采集器和记录器的PCM码数据信号后，将数据信号转变为一个个数据包，通过天线将数据传输到地面站。
三、地面站
地面站是整个测试系统的终端是整个系统的一个重要组成部分。能够对传输来的数据包进行跟踪、接收、记录和处理。可以支持C/L/S/L+S/C+S频段遥测信号接收、数据处理，具有抗多径解决方案。主要由双轴自跟踪遥测天线、便携式自跟踪天线、遥测接收机、地面数据记录系统、数据处理系统组成。
其中双轴自跟踪天线具有高增益、反应快速、适于固定、移动和船载应用等优点，可以接收多频段L/S/C/L+S/C+S信号，可选1.5/1.8/2.4/3m等多种口径，可以设置多模式扫描、程序跟踪、单脉冲自动跟踪、从动跟踪等多种跟踪模式；系统简洁，技术先进，可靠性高，可视化人机界面；采用高性能8振子馈源，以及宽波束辅助馈源；跟踪速度快，跟踪精度高，机械回差小；俯仰角-5º-+185º连续转动，全空域覆盖，没有过顶问题
便携式自跟踪天线+RTR遥测接收，机动、便携，适于移动和固定应用，性能相当于双轴天线，主要特点如下：可应用于飞机（无人机）等的连续跟踪、视频和遥测数据接收和测控；支持L/S/C频段，S频段G：21db，G/T：-2.5db/K；作用距离：250km（S频段）；左旋圆极化，双通道输出，可选上行链路；阵列天线和全向天线自动切换，解决过顶问题。
遥测接收机主要特点如下：可选P/L/S/C射频；单/双/四通道，分集合成，增益2.5db，选择最佳信号源；3KHz-36MHz，前端SAW滤波，中频全数字化FIR滤波；全数字化解调AM/FM/PM/BPSK/QPSK/SOQPSK/GMSK/COFDM/multi-h CPM；具有副载波解调、位同步器、帧同步器及各类纠错解码选件；数字盲均衡技术，消除多径干扰
地面数据记录处理系统，可完成PCM、时码、AGC、视频和音频等信号的大容量记录回放和数据处理。主要特点如下：可应用于AIT，在轨测试，信号仿真，地面站维护，信号采集，飞行试验；四通道70MHz中频（160MHz总宽带）时码、AGC、PCM信号高保真记录及回放；全数字处理，兼容IRIG-Chapter10标准；0可选.625/1.25/2.5/5/10/20/40MHz宽带；可配合Matlab等软件完成真实信号物理仿真。
四、结束语：
整个系统组成一套通用的飞行试验振动/应变测试系统，包括了现代飞行试验中遥测和机载数据记录两种方法，保障了数据的完整性、安全性的前提下，又能够对重要的数据进行实时的监控，对飞行中可能出现的问题和试飞情况作出快速准确的判断。
参考文献：
［1］ 巫景燕、刘福华、杨纯葆.KAM-500遥测采集系统在旋翼系统载荷测试中的应用[ M].测控技术，2003年第22卷第一期.
［2］叶夏青、吴瑕．MiniR700数据采集器测试现场数据查看办法[J]．测控技术，2012年第31卷增刊．
论文作者:阎明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/24
标签：信号论文; 记录器论文; 系统论文; 天线论文; 应变论文; 飞机论文; 数据论文; 《基层建设》2018年第32期论文;