關鍵詞： 殲擊機 ；操縱系統 ；數據采集 ；性能檢測
殲擊機操縱系統的好壞直接影響飛行員在飛行中能否準確如意地駕駛殲擊機，能否完成各項飛行任務或機動靈活地殲滅敵機。為此殲擊機飛行操縱系統是評定殲擊機性能好壞的一個重要因素。
操縱桿和方向舵屬于殲擊機主操作系統，駕駛員可以直接通過對操縱桿和方向舵施力來感受殲擊機的飛行姿態[1]。這個系統和其附件的摩擦力應盡可能小并且均勻，系統的彈性變形及活動間隙也應盡可能小。摩擦力大，使駕駛員得不到真實的操縱感覺，間隙或彈性變大，會產生操縱遲滯現象。尤其在超低空飛行時，操縱延遲過大會危及飛行安全。但是殲擊機控制過于靈敏也會使駕駛員難于控制殲擊機[2]。為了獲得良好的穩定性和跟隨性，必須使殲擊機控制系統各個靜態參數，如摩擦力、間隙、質量、剛度和各附件的參數及其相互關系適當地匹配，并使殲擊機操縱桿/舵操縱力－位移的關系在合理范圍之內。
1 系統總體設計方案
殲擊機操縱性能地面檢測評估系統，總體上分為數據采集及無線傳輸和檢測評估儀兩大部分，如圖1所示。
數據采集及無線傳輸部分通過拉壓力傳感器把施加到操縱桿/方向舵上力的大小轉為模擬電信號，通過位移傳感器把連桿上產生的位移轉變為模擬電信號。兩片A/D轉換器分別由兩片單片機控制，使傳感器輸出的模擬信號同步采集轉化為數字信號。單片機控制無線模塊把得到的數字信號傳給檢測評估儀。本設計系統中單片機使用的是Silicon的C8051F350。
檢測評估儀以單片機為核心，單片機外接無線模塊、顯示器、按鍵、存儲器和打印機。無線模塊負責接收前端采集得到的數據；存儲器負責存儲無線接收的原始數據和經過處理后顯示在顯示屏上的數據；打印機可以方便地把檢測結果打印存檔；顯示器和鍵盤作為人機交互界面，通過對鍵盤的操縱和顯示器的顯示完成數據顯示、存檔和打印等任務。
2 硬件設計
2.1 數據采集及其無線傳輸硬件設計
數據采集部分是此檢測評估系統的主要部分，數據采集的正確與否直接關系到數據顯示的有效性。圖2給出了數據采集及無線傳輸硬件結構，施力大小和連桿位移大小的數據采集都采用此種硬件結構。傳感器把物理信號轉變成電信號后經過放大器進行初級放大，在放大有用信號的同時，各種噪聲(傳感器內部噪聲、外界干擾噪聲、測試過程抖動引起的噪聲)也同時被放大，所以信號要經過濾波處理。信號經過濾波電路初級處理后通過C8051F350的數模轉換接口把模擬的信號轉換成數字信號。C8051F350內部有一個全差分24位Sigma-Delta 模/數轉換器（ADC），該ADC具有在片校準功能。兩個獨立的抽取濾波器可被編程到1 kHz的采樣率，可以使用內部的電壓基準，也可以用差分外部基準進行比率測量。ADC包含一個可編程增益放大器，有8種增益設置，最大增益可達128倍[3]。
在數據采集過程中加入GPS模塊是為了保證力和位移數據同步采集。GPS由24顆衛星組成，可以保證地球上任意一點、任何時刻都能接收至少4顆以上的衛星信號。衛星的載波頻率由裝備在每顆衛星上的精度很高的兩個銣原子鐘和銫原子鐘產生，采用CDMA區分各星的信號，GPS接收機能給出優于1的授時精度，性能優越的甚至能達到10的同步精度。GPS系統有全天候、精度高、價格低等優點，被廣泛應用于時間同步[4]。由于力信號采集系統和位移信號采集系統都配備了GPS模塊，這樣可以確保兩個系統同時進行采集，保證數據良好的對應關系，把力和位移的特性準確地反映出來。GPS模塊的輸出信號要通過電平轉化芯片，使得輸出信號符合C8051F350的電平特性。
指示燈用來監視系統的工作情況：監視無線模塊是否在傳輸數據，系統電量是否充足，系統是處于工作狀態、休眠狀態還是關機狀態等。
2.2 檢測評估儀硬件設計
檢測評估儀硬件結構如圖3所示。此部分MCU使用Silicon公司C8051F340，它具有8051的控制內核，開發周期短。C8051F340是屬于軍品級產品，穩定性好、抗干擾能力強、耐低溫，指令運行采用流水線技術，計算速度快。LCD是SHARP公司生產的10.4寸640×480的液晶產品，產品型號為LQ104V1DG52，它抗干擾能力強，可以在復雜的電磁環境下工作，而且耐低溫，可在寒冷的天氣環境中工作。
主芯片控制無線模塊接收來自數據采集器的數據，通過SPI放到MCU的緩存器中，這部分數據經過初級處理存儲到外部存儲器中，方便日后的研究工作繼續進行。緩沖器中的數據經過再次處理后，通過UART傳輸到LCD驅動卡的存儲器中，最后在LCD上顯示出測量曲線。
此部分設計中，最為重要的就是數據處理，既要保證處理數據方法的適當，又要保證處理后的數據可以準確反應殲擊機操縱系統的情況。在這里數據處理初步采用均值濾波的方法，目的是濾掉信號中的高頻分量和測量噪聲。
通過對系統函數幅頻特性的觀察，可以看出當N=8的時候就表現出比較好的低通特性，當把N的值增加到100或者更多的時候，它的低通特性會表現得更加明顯。用這種算法具有運算速度快、算法簡單等優點。在后期調試過程中如果需要減輕CPU的工作負擔，此部分的算法可以采用硬件實現。從數字信號處理的角度來看，式 (1) 可以看做階的差分方程。N階的差分方程可以重寫為：
式(5)的流圖轉化成為IIR直接型的網絡結構如圖5所示。
3 評估方法
將測量得到的曲線和標準的曲線進行對比，如果多次測量得到的結果不符合標準曲線，則可以認為此操作系統存在系統隱患。在以后的使用和實踐過程中，可以通過進一步研究用數學手段和檢測方法把此系統升級到專家系統。
殲擊機操縱性能地面檢測評估系統的應用，提高了產品質量檢測精度，縮短了檢測時間和勞動強度，并減少了人員參與量。通過對操縱桿/舵操縱力－位移的多次測量，得到了大量的有效數據，在后續工作中可以對殲擊機操縱系統的操縱性和品質因數進行更加系統科學的核算。此外，這些有效的數據經過長時間的測量可以有效地估算出殲擊機操縱系統磨損情況、使用壽命，也可以為新型殲擊機的研制提供大量數據參考，也會對未來數字化生產提供技術儲備和范例，同時更能促進該行業規范和標準的形成。
參考文獻
[1] 周建新. 殲擊機操縱系統故障引起的飛行品質問題[J]. 飛行試驗，1993，9(4).
[2] 馮元生，鄭錦榕，陶梅貞. 殲擊機結構設計[M]. 北京：國防工業出版社，1985.
[3] SILICON L. C8051F35x development kit user′s guide, 2005.
[4] 王冠凌，郎朗，王漫海. 基于ZigBee和GPS廣播電視時鐘授 時系統的研究[J]. 自動化與儀器儀表,2008，29(5).
[5] 丁玉美，高西全. 數字信號處理 [M]. 西安：西安電子科技大 學出版社，2001.