殲擊機(jī)操縱系統(tǒng)的好壞直接影響飛行員在飛行中能否準(zhǔn)確如意地駕駛殲擊機(jī)，能否完成各項(xiàng)飛行任務(wù)或機(jī)動靈活地殲滅敵機(jī)。為此殲擊機(jī)飛行操縱系統(tǒng)是評定殲擊機(jī)性能好壞的一個重要因素。
　　操縱桿和方向舵屬于殲擊機(jī)主操作系統(tǒng)，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(jī)的飛行姿態(tài)[1]。這個系統(tǒng)和其附件的摩擦力應(yīng)盡可能小并且均勻，系統(tǒng)的彈性變形及活動間隙也應(yīng)盡可能小。摩擦力大，使駕駛員得不到真實(shí)的操縱感覺，間隙或彈性變大，會產(chǎn)生操縱遲滯現(xiàn)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(jī)控制過于靈敏也會使駕駛員難于控制殲擊機(jī)[2]。為了獲得良好的穩(wěn)定性和跟隨性，必須使殲擊機(jī)控制系統(tǒng)各個靜態(tài)參數(shù)，如摩擦力、間隙、質(zhì)量、剛度和各附件的參數(shù)及其相互關(guān)系適當(dāng)?shù)仄ヅ?，并使殲擊機(jī)操縱桿/舵操縱力－位移的關(guān)系在合理范圍之內(nèi)。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
　　殲擊機(jī)操縱性能地面檢測評估系統(tǒng)，總體上分為數(shù)據(jù)采集及無線傳輸和檢測評估儀兩大部分，如圖1所示。

　　數(shù)據(jù)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(zhuǎn)為模擬電信號，通過位移傳感器把連桿上產(chǎn)生的位移轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號。兩片A/D轉(zhuǎn)換器分別由兩片單片機(jī)控制，使傳感器輸出的模擬信號同步采集轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。單片機(jī)控制無線模塊把得到的數(shù)字信號傳給檢測評估儀。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中單片機(jī)使用的是Silicon的C8051F350。
　　檢測評估儀以單片機(jī)為核心，單片機(jī)外接無線模塊、顯示器、按鍵、存儲器和打印機(jī)。無線模塊負(fù)責(zé)接收前端采集得到的數(shù)據(jù)；存儲器負(fù)責(zé)存儲無線接收的原始數(shù)據(jù)和經(jīng)過處理后顯示在顯示屏上的數(shù)據(jù)；打印機(jī)可以方便地把檢測結(jié)果打印存檔；顯示器和鍵盤作為人機(jī)交互界面，通過對鍵盤的操縱和顯示器的顯示完成數(shù)據(jù)顯示、存檔和打印等任務(wù)。
2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 數(shù)據(jù)采集及其無線傳輸硬件設(shè)計(jì)
　　數(shù)據(jù)采集部分是此檢測評估系統(tǒng)的主要部分，數(shù)據(jù)采集的正確與否直接關(guān)系到數(shù)據(jù)顯示的有效性。圖2給出了數(shù)據(jù)采集及無線傳輸硬件結(jié)構(gòu)，施力大小和連桿位移大小的數(shù)據(jù)采集都采用此種硬件結(jié)構(gòu)。傳感器把物理信號轉(zhuǎn)變成電信號后經(jīng)過放大器進(jìn)行初級放大，在放大有用信號的同時，各種噪聲(傳感器內(nèi)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(jīng)過濾波處理。信號經(jīng)過濾波電路初級處理后通過C8051F350的數(shù)模轉(zhuǎn)換接口把模擬的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。C8051F350內(nèi)部有一個全差分24位Sigma-Delta 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），該ADC具有在片校準(zhǔn)功能。兩個獨(dú)立的抽取濾波器可被編程到1 kHz的采樣率，可以使用內(nèi)部的電壓基準(zhǔn)，也可以用差分外部基準(zhǔn)進(jìn)行比率測量。ADC包含一個可編程增益放大器，有8種增益設(shè)置，最大增益可達(dá)128倍[3]。

　　在數(shù)據(jù)采集過程中加入GPS模塊是為了保證力和位移數(shù)據(jù)同步采集。GPS由24顆衛(wèi)星組成，可以保證地球上任意一點(diǎn)、任何時刻都能接收至少4顆以上的衛(wèi)星信號。衛(wèi)星的載波頻率由裝備在每顆衛(wèi)星上的精度很高的兩個銣原子鐘和銫原子鐘產(chǎn)生，采用CDMA區(qū)分各星的信號，GPS接收機(jī)能給出優(yōu)于1的授時精度，性能優(yōu)越的甚至能達(dá)到10的同步精度。GPS系統(tǒng)有全天候、精度高、價格低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于時間同步[4]。由于力信號采集系統(tǒng)和位移信號采集系統(tǒng)都配備了GPS模塊，這樣可以確保兩個系統(tǒng)同時進(jìn)行采集，保證數(shù)據(jù)良好的對應(yīng)關(guān)系，把力和位移的特性準(zhǔn)確地反映出來。GPS模塊的輸出信號要通過電平轉(zhuǎn)化芯片，使得輸出信號符合C8051F350的電平特性。
　　指示燈用來監(jiān)視系統(tǒng)的工作情況：監(jiān)視無線模塊是否在傳輸數(shù)據(jù)，系統(tǒng)電量是否充足，系統(tǒng)是處于工作狀態(tài)、休眠狀態(tài)還是關(guān)機(jī)狀態(tài)等。
2.2 檢測評估儀硬件設(shè)計(jì)
　　檢測評估儀硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。此部分MCU使用Silicon公司C8051F340，它具有8051的控制內(nèi)核，開發(fā)周期短。C8051F340是屬于軍品級產(chǎn)品，穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、耐低溫，指令運(yùn)行采用流水線技術(shù)，計(jì)算速度快。LCD是SHARP公司生產(chǎn)的10.4寸640×480的液晶產(chǎn)品，產(chǎn)品型號為LQ104V1DG52，它抗干擾能力強(qiáng)，可以在復(fù)雜的電磁環(huán)境下工作，而且耐低溫，可在寒冷的天氣環(huán)境中工作。

　　主芯片控制無線模塊接收來自數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)，通過SPI放到MCU的緩存器中，這部分?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)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(xù)進(jìn)行。緩沖器中的數(shù)據(jù)經(jīng)過再次處理后，通過UART傳輸?shù)絃CD驅(qū)動卡的存儲器中，最后在LCD上顯示出測量曲線。
　　此部分設(shè)計(jì)中，最為重要的就是數(shù)據(jù)處理，既要保證處理數(shù)據(jù)方法的適當(dāng)，又要保證處理后的數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確反應(yīng)殲擊機(jī)操縱系統(tǒng)的情況。在這里數(shù)據(jù)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(tǒng)函數(shù)幅頻特性的觀察，可以看出當(dāng)N=8的時候就表現(xiàn)出比較好的低通特性，當(dāng)把N的值增加到100或者更多的時候，它的低通特性會表現(xiàn)得更加明顯。用這種算法具有運(yùn)算速度快、算法簡單等優(yōu)點(diǎn)。在后期調(diào)試過程中如果需要減輕CPU的工作負(fù)擔(dān)，此部分的算法可以采用硬件實(shí)現(xiàn)。從數(shù)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(zhuǎn)化成為IIR直接型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3 評估方法
　　將測量得到的曲線和標(biāo)準(zhǔn)的曲線進(jìn)行對比，如果多次測量得到的結(jié)果不符合標(biāo)準(zhǔn)曲線，則可以認(rèn)為此操作系統(tǒng)存在系統(tǒng)隱患。在以后的使用和實(shí)踐過程中，可以通過進(jìn)一步研究用數(shù)學(xué)手段和檢測方法把此系統(tǒng)升級到專家系統(tǒng)。
　　殲擊機(jī)操縱性能地面檢測評估系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了產(chǎn)品質(zhì)量檢測精度，縮短了檢測時間和勞動強(qiáng)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(shù)據(jù)，在后續(xù)工作中可以對殲擊機(jī)操縱系統(tǒng)的操縱性和品質(zhì)因數(shù)進(jìn)行更加系統(tǒng)科學(xué)的核算。此外，這些有效的數(shù)據(jù)經(jīng)過長時間的測量可以有效地估算出殲擊機(jī)操縱系統(tǒng)磨損情況、使用壽命，也可以為新型殲擊機(jī)的研制提供大量數(shù)據(jù)參考，也會對未來數(shù)字化生產(chǎn)提供技術(shù)儲備和范例，同時更能促進(jìn)該行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的形成。
參考文獻(xiàn)
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