铁鸟测控系统特点分析及解决方法

陆鹏

摘要：以某型飞机铁鸟综合试验室液压测试系统的研究为工程应用背景，根据试验需求和运用环境分析了在该测试系统中的特点和难点，针对提出的相关问题提出相应的技术解决方案。该测试系统采用分布式结构设计、数据预处理、抗干扰技术、多任务系统交联管理的方法。经验证试验，实现多种传感器信号的数据采集、记录与分析，为铁鸟综合试验提供准确、可靠的试验数据。

关键词：测控；分布式；数据预处理；抗干扰

铁鸟试验台时按照飞机1：1比例搭建的液压、操纵系统试验台。在铁鸟平台上一般安装由真实的飞控系统、液压系统和起落架系统，有些机型还配置航电、电源等系统。铁鸟试验台肩负着飞行控制、液压系统交付飞行试验前的一个系统验证和确认过程。铁鸟试验能够极大程度上验证飞机多个系统性能是否满足要求和安全性是否满足要求。铁鸟试验获取的试验数据，是开展飞行试验的重要依据。对试验效果的评价离不开对试验数据的采集、分析处理[1]。因此测控系统的设计需求分析对试验尤为重要。

本文将从目前某型号飞机铁鸟试验中测试需求的情况着手分析，为测控系统的设计提供依據。测控系统能够完成飞机液压系统、操纵系统、飞控系统地面模拟试验，具有数据采集、处理、存储、显示、试验流程管理的功能。通过测控系统可以参与完成液压系统铁鸟台性能试验和操纵系统试验验证，为液压、操纵系统设计分析提供准确、可靠的试验方法和数据，为设计和优化提供保障。下面分析铁鸟试验室的测控需求的特点，为系统设计提供依据。

1.1 信号分布广种类多

对于大型的铁鸟试验台而言，测试点分布于座舱、前起落架、主起落架、左右机翼、机身液压附件舱、4台液压泵、升降舵、方向舵、水舵、各类型助力以及其他任务系统等，需要采集信号的位置很多，传感器布局较分散。需要对操纵系统的舵偏、位移、力以及液压系统的压力、流量、温度、脉动、等信号进行测量[2]。

根据对液压、操纵系统地面模拟试验要求的整理，对测试需求具体见表1所示。

1.2 信号类型、采样率不同

全系统试验时，针对不同的系统其采样率要求不尽相同，如操纵系统传感器试验仅需100Hz采样率即可满足试验需求；正常液压采样率仅需1000Hz采样率，而脉动测试的采样率需要3000Hz。

在进行剖面试验时，系统要完成从滑跑、起飞、巡航、着陆等飞行阶段，涉及到起落架、襟翼、刹车、前轮转弯、液压泵、舵面等试验系统的数据测试采集，各个系统对于测试的精度、采样率要求不同，同时数据量也比较大，对测试设备的实时处理存储提出了更高的要求。

1.3 使用环境复杂

在液压系统传感器信号调试过程中，前期在原理调试过程中，还暂未发现电磁干扰的问题。但随着试验设备的不断增加，这类干扰问题也逐渐浮现。

由于铁鸟试验室是一个兼具强电和弱电设备环境的场所。

干扰的来源有很多种，我们通常所说的干扰是电气的干扰，但是从广义上说，铁鸟试验室的噪声、温度效应、振动等都可能给测量带来影响，产生干扰。在测量过程中，如果不能排除这些干扰的影响，仪表就不能够正常的工作。

1.4 交联系统众多

铁鸟试验台测控系统不仅要测量众多的传感器数据，还承担着与各个系统数据交互的责任[3]。同时兼备了反射内存网接口、以太网通信接口、同步时钟网络等，具体功能如下：

a）具有与简易飞行模拟系统通过VMIC进行实时通信的接口，提供操纵参数，如各舵面偏度、起落架状态、刹车状态等用于飞行仿真模拟；

b）具有与机械泵驱动装置的以太网通信接口，主要用于远程控制机械泵的启动、停止。

c）具有与加载系统通信的以太网接口，转发部分飞行仿真数据如速度、高度，发送部分测量数据，如舵面偏度，以便加载系统用于加载力的计算，同时监测加载力的大小，对加载系统起到一定监控作用。

d）具有与机械位移发生器的以太网接口，主要用于远程操作驱动设备的启动和停止。

e）具有与襟翼控制盒、扰流板控制计算机、传感器处理计算机、前轮转弯控制盒、机轮刹车控制盒、起落架控制盒、自驾仪、飞行仿真系统、虚拟仪表系统的ARINC429总线通讯接口，429总线的通讯速率为100kbps；

4解决方法

4.1 分布式数据采集

各系统测量信号分散，为减小信号传递长度，尽量减少干扰，选用双基站式分布式的测量系统，将各种信号在通舱前部、中后部集中采集后转换为数字信号传输至测控间客户端。

两个基站间建立1588同步时间网络保证数据采集的时间同步性。1588时钟同步网用于测控系统内部各个设备之间的时间同步。采用独立组网的方式，网络拓扑结构采用星型网络结构。

针对系统通道多、速度快、精度要求高的特点，采用“信号调理模块+数据采集模块”的形式，选用NI公司的数据采集卡加信号调理设备的方案，同时在软件设计上，测控系统采用分布式、层次化的测试软件结构，采用模块化设计方法。依据系统物理结构特点及组成形式。

4.2 数据预处理

针对不同类型，不同采样率的测试信号，在信号采集后，显示存储之前根据不同类型的信号数据进行相应的预处理。

首先是信号调理，对信号进行放大、滤波、增益调节。然后根据不同类型的传感器数据进行特别处理，如流量传感器信号测量方式为一段时间的流量均值，需要对0.5s内的数据求平均才能正常测量实际流量。最后是根据试验配置要求，自动识别配置任务中的最高采样频率，以最高采样频率为准自动补齐低采样频率要求的传感器数据，并保存在试验结果中，这样可以在试验后的数据处理中保证所有数据长度一致，便于试验结果的分析对比。

4.3 抗干扰措施

在铁鸟试验室环境中，这些干扰总体上分为两大类：内部干扰和外部干扰，详细分析无外乎由于辐射、温度、湿度、振动、传输、感应、电源、接地几个方面。来自传输的干扰主要有两种途径：一是通过传感器供电电源或公用信号仪表的供电电源即配电器串入的电网干扰；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰[4]。

对于第一类干扰，主要是测试系统会受到电网波动的干扰而在信号传输线路上产生波动。尤其是在机械泵启停这类处于同一供电网内的大功率设备状态发生变化时，都会通过电缆线路对仪用电源产生干扰。因此在所有测控系统基站及传感器电源的供电端都增加了电源隔离模块，同时在每个基站增加一个电源低通滤波器。电源隔离模块能够有效降低内部噪声和外部噪声的生成频率，提高数据采集系统信号的抗干扰能力。电源低通滤波器的引进与应用能够滤除高次谐波，进一步完善电源的性能。

对于第二类电磁辐射的干扰，在硬件上选用带屏蔽的信号线缆，传感器信号类型尽量选择电流型，注意工作接地：信号回路接地和屏蔽接地。采取硬件抗干扰后.虽然大部分干扰信号可以被过滤掉或屏蔽掉，但是因为干扰信号产生的原因种类多样。因此为了保证高精度、高稳定性的测量与控制。往往在硬件抗干扰措施的基础上。采取软件抗干扰技术加以补充，作为硬件措施的辅助手段。

4.4 试验管理系统

测控系统不仅要完成飞控、液压和操纵系统的试验，而且需要与飞机的其它部分进行各种交联试验，试验项目较多，测控软件采用面向应用的组态软件設计方法。通过把软件功能划分成很多小的功能模块，各模块相对独立又有机地联系。测控软件使用过程中，有效地选择软件模块进行组合，改变软件时序。每个具体试验项目均由测试软件提供的各种功能组合而成，测试结果的显示形式与分析方法、数据是否传输或保存等亦可通过选择实现在不同试验中的不同组合，从而使测控系统不仅能够满足飞控、液压和操纵系统的试验需要，而且可以灵活组合，适应硬件支持的任何其它试验，扩展测控系统的应用范围。

试验管理系统通过千兆以太网对试验室的多个试验系统集中管理。各试验系统都提供了相应的网络通讯接口，并定义了可供管理的指令。试验管理系统对这些管理指令进行编码，采用网络通讯的方式和各试验系统实时进行指令交互，实现试验自动化运行。

试验管理软件通过可视化的设计工具创建好试验流程，并设置好相关参数后，通过自动化管理软件就可以执行该试验项目，试验管理系统会按照规定的试验步骤，对各个子系统发送指令，同时接收各子系统发送的关键试验数据，将数据显示在不同的屏幕上，在主控屏上显示目前正在执行的试验步骤，并可随时中断试验。

5结束语

根据某型飞机飞控液压系统综合实验的要求，分析该型号中测控系统的特点，采用同步时钟，运用分布式、层次化的测试软件结构，采用模块化设计方法。建立了具备分布式结构的测试平台。根据不同类型的信号，灵活运用信号调理、数据预处理、数据补齐等处理方法，提供了完善的数据后处理功能。同时，结合试验现场环境，从软、硬件上分别采取相应的抗干扰措施，避免信号损失，保证数据有效性。实现了试验管理系统通过千兆以太网对试验室的多个试验系统集中管理的目标。在某型号铁鸟试验应用中，已完成近几百次试验，并多次成功配合完成试验排除故障工作，测试控制精度高，人机交互良好，试验结果可靠性高。

参考文献：

[1]薛峰，高承雍，王朝晖.飞机液压测试系统需求分析及解决方案[J].测控技术，2015，34（6）：154-156.

[2]刘勇志，安思危，王纪森.飞机液压铁鸟试验台测试系统研究[J].机床与液压，2015，43（16）：132-134.