周弘 倪永江

摘 要：飛機(jī)測試是現(xiàn)代飛行器飛行試驗(yàn)中的重要手段。通過介紹飛機(jī)測試所需的主要裝備及其特點(diǎn)，從裝備角度分析組織飛機(jī)測試的方法、特點(diǎn)及應(yīng)用，使讀者對(duì)組織飛機(jī)測試的主要方法及應(yīng)用有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)測試；數(shù)據(jù)采集；外測

1 飛機(jī)測試的定義及特點(diǎn)

1.1 飛機(jī)測試的定義

飛行測試是飛行試驗(yàn)技術(shù)的重要手段。在現(xiàn)代飛行器飛行試驗(yàn)中，必須依賴測試系統(tǒng)獲取的大量信息才能定性和定量的確定飛機(jī)及其系統(tǒng)的性能，因此飛機(jī)測試是飛行試驗(yàn)不可分割的組成部分。

1.2 飛機(jī)測試的特點(diǎn)

（1）飛機(jī)測試有助于保證試飛質(zhì)量

新型號(hào)飛機(jī)研制有明確的技術(shù)指標(biāo)，飛機(jī)鑒定也有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，新機(jī)型的鑒定必須按這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行試飛以檢驗(yàn)其是否達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。通過對(duì)飛機(jī)測試信息的分析和處理，一方面可了解飛機(jī)的技術(shù)狀態(tài)和構(gòu)型是否正確，各項(xiàng)指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。另一方面還可判斷飛行員的操縱是否符合要求，飛行科目是否達(dá)到了預(yù)期目的，從而保證試飛質(zhì)量。

（2）飛機(jī)測試有助于加快試飛進(jìn)度

通過飛機(jī)測試系統(tǒng)，每架次的試飛科目都可通過實(shí)時(shí)監(jiān)控確認(rèn)飛行的有效性，避免飛行的盲目性。每個(gè)新機(jī)型在定型前都必須進(jìn)行大量的試飛科目，在飛機(jī)測試系統(tǒng)的參與下，可在一次試飛科目中進(jìn)行多個(gè)專業(yè)的試飛測試，獲取相關(guān)專業(yè)所需信息，從而減少重復(fù)飛行，最大限度地利用試飛資源。

（3）飛機(jī)測試對(duì)保證飛行安全具有重大意義

目前飛機(jī)都配有黑匣子（飛行事故記錄器），但是黑匣子記錄的數(shù)據(jù)只能在事后進(jìn)行處理分析，另外黑匣子數(shù)據(jù)無論是數(shù)量和類型還是采樣率上對(duì)于判斷飛行科目的質(zhì)量都是不夠的。飛機(jī)測試是利用機(jī)載遙測系統(tǒng)、地面接收系統(tǒng)、外測系統(tǒng)和地面數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)了解飛機(jī)及其系統(tǒng)的狀況，監(jiān)督飛行員的操縱，以一個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的力量支持飛行員預(yù)防飛行事故。通過對(duì)測試系統(tǒng)記錄的信息進(jìn)行處理和分析，可迅速得出飛機(jī)的故障原因從而采取相應(yīng)措施，是故障分析的主要依據(jù)。

2 飛機(jī)測試的主要方法

飛機(jī)測試主要方法是利用飛機(jī)上加裝的采集設(shè)備采集有關(guān)飛機(jī)的各類參數(shù)傳輸至地面，并輔以外測設(shè)備對(duì)飛機(jī)飛行的軌跡、外型進(jìn)行測量，通過地面平臺(tái)對(duì)大量數(shù)據(jù)、視頻進(jìn)行分析、處理，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控、定量分析和科學(xué)鑒定的目的。主要由機(jī)載數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)、外測分系統(tǒng)、地面監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)三大部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 機(jī)載數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)

機(jī)載數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)主要指加裝在被測試飛機(jī)上用于采集、傳輸各類參數(shù)的設(shè)備，由傳感器、信號(hào)調(diào)節(jié)器、機(jī)載數(shù)據(jù)采集器、記錄器和遙測發(fā)射設(shè)備等組成。

根據(jù)飛行科目要求，通過在飛機(jī)上加裝各種傳感器，或者從飛機(jī)上直接提取相關(guān)的參數(shù)傳輸至地面供飛行指揮人員及工程人員使用。

2.2 外測分系統(tǒng)

外測分系統(tǒng)用于測量飛機(jī)精確的瞬間位置、飛行軌跡及其動(dòng)態(tài)參數(shù)（如速度，加速度等）。對(duì)危險(xiǎn)和臨界試飛項(xiàng)目提供實(shí)時(shí)顯示、預(yù)警、監(jiān)控的參數(shù)和圖像信息。

外測以光電經(jīng)緯儀和測量雷達(dá)為主，加上通訊、時(shí)統(tǒng)、數(shù)據(jù)和圖像傳輸、采集處理、計(jì)算等組成系統(tǒng)或測量區(qū)、測量帶，是融光、機(jī)、電及計(jì)算機(jī)為一體的綜合測量技術(shù)。采用的主要測試技術(shù)有：攝影測量、電視測量、雷達(dá)測量、激光與紅外測量、航空遙感測量以及無線電定位、GPS、慣性導(dǎo)航、航跡測試等。

（1）攝影測量

根據(jù)的幾何特征和物理特性，通過對(duì)目標(biāo)攝影位置的研究、判讀和計(jì)算，確定被測對(duì)象在曝光瞬間的形狀、大小、空間位置及其相互關(guān)系。常用于起飛著陸過程、外掛物投放、彈射救生全過程、反尾旋的作用機(jī)理、起落架著地撞擊試驗(yàn)、空中對(duì)接加油、發(fā)動(dòng)機(jī)吞煙、鳥撞試驗(yàn)等。

（2）無線電定位測量

利用地面上不同位置的若干臺(tái)無線電發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，在飛機(jī)上安裝應(yīng)答器，或在飛機(jī)上安裝發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，而在地面上不同位置上安裝若干臺(tái)應(yīng)答機(jī)，同時(shí)測出各臺(tái)站到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的斜距，根據(jù)空間前交原理來確定飛機(jī)的空間位置。

（3）激光雷達(dá)測量

通過激光發(fā)射裝置以一定頻率向目標(biāo)發(fā)射激光束，激光束被目標(biāo)或目標(biāo)上安裝的角反射器反射回來，由激光接收裝置接收。接收裝置能自動(dòng)測量出目標(biāo)相對(duì)于激光光軸的脫靶量，水平分量和豎直分量。這兩個(gè)分量既是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤所必須的方位和俯仰誤差信號(hào)，也是參與計(jì)算被測目標(biāo)的水平角和垂直角所必須的兩個(gè)分量。有了這兩個(gè)分量和被測目標(biāo)的水平角和垂直角，再利用激光在同一時(shí)刻所測的斜距，便可實(shí)時(shí)計(jì)算出被測目標(biāo)精確的空間位置。

（4）目標(biāo)特性測量

目標(biāo)特性測量涉及從紫外光、可見光、紅外光、直到毫米波的整個(gè)電磁波頻譜特性的測量。這種測量是在遠(yuǎn)距、高動(dòng)態(tài)情況下進(jìn)行，且目標(biāo)的放射、輻射、吸收和光譜空間分布特性是隨距離、方位、時(shí)間、目標(biāo)狀態(tài)、大氣條件等變化而變化。目標(biāo)特性測量除需要對(duì)各種光譜、波譜特性進(jìn)行測量的設(shè)備，還需要有對(duì)被測目標(biāo)的跟蹤、定位、測距、控制、目標(biāo)狀態(tài)測定、大氣參數(shù)測量、時(shí)統(tǒng)等裝置組成。目標(biāo)特性測量分為靜態(tài)測量和動(dòng)態(tài)測量。目前主要包括雷達(dá)波反射特性測量和紅外輻射特性測量。

2.3 地面監(jiān)控與數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)

地面監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由遙測接收設(shè)備、記錄/重放設(shè)備、監(jiān)控終端、事后數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及軟件等組成。

飛行測試中，接收機(jī)載數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)和外測分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、圖像，通過搭建的系統(tǒng)平臺(tái)完成對(duì)飛機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和飛行結(jié)束后的數(shù)據(jù)回放分析處理，判斷科目的完成質(zhì)量，監(jiān)控飛行風(fēng)險(xiǎn)。

3 組織飛機(jī)測試的主要裝備及其特點(diǎn)

組織飛機(jī)測試是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要的裝設(shè)備涉及專業(yè)、類型較多，不可能一一列舉，以下主要按照三大部分將有代表性的裝備作一簡單介紹。

3.1 機(jī)載數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)主要裝備

（1）傳感器

傳感器是能感受規(guī)定的被測物理量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換輸出可用的模擬或數(shù)字信號(hào)的裝置或器件。由于絕大多數(shù)的被測量都是非電量（如溫度、壓力、位移、流量、過載），而采集器只能接受電量，所以說傳感器就是用來將非電量變成電量的裝置，也可以稱為變換器或探測器。

（2）信號(hào)調(diào)節(jié)器

信號(hào)調(diào)節(jié)器是在測試系統(tǒng)中將傳感器與采集記錄設(shè)備間的電子匹配裝置。將傳感器輸出的信號(hào)變換成適于采集記錄器接收的信號(hào)，具有阻抗匹配、信號(hào)變換、信號(hào)放大、信號(hào)濾波四大功能。隨著傳感器和采集器的發(fā)展，目前信號(hào)調(diào)節(jié)器趨向于與傳感器或者采集器結(jié)合在一起，并向著系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、微型化發(fā)展，以及適用于自動(dòng)測量的數(shù)字程控式信號(hào)調(diào)節(jié)器。

（3）機(jī)載數(shù)據(jù)采集器

機(jī)載數(shù)據(jù)采集器是對(duì)多路模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集、變換的裝置。其輸出信號(hào)直接送入遙測發(fā)射機(jī)、機(jī)載記錄器等設(shè)備，是機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心裝置。

（4）機(jī)載記錄器

機(jī)載記錄器從光學(xué)記錄器、模擬磁帶記錄器、數(shù)字磁帶記錄器發(fā)展到目前的數(shù)字固態(tài)記錄器，類似于計(jì)算機(jī)的硬盤。具有記錄容量大，輸入速率高的特點(diǎn)?？梢酝瑫r(shí)輸入多條數(shù)據(jù)流。可以直接與計(jì)算機(jī)通訊，數(shù)據(jù)下載快，處理方便。

（5）遙測發(fā)射設(shè)備

在飛機(jī)的飛行試驗(yàn)中，采用無線電通訊技術(shù)，將測得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖像信息實(shí)時(shí)發(fā)送到地面進(jìn)行記錄、顯示、監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理。主要包括發(fā)射機(jī)、功放、發(fā)射天線。

3.2 地面監(jiān)控與數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)主要裝備

（1）遙測地面接收設(shè)備

遙測系統(tǒng)固定式或移動(dòng)式遙測地面接收站組成，主要完成飛機(jī)內(nèi)部狀態(tài)參數(shù)地面接收、存儲(chǔ)并實(shí)時(shí)監(jiān)測，為地面監(jiān)控提供實(shí)時(shí)決策和事后分析的數(shù)據(jù)依據(jù)，為試驗(yàn)、訓(xùn)練的指揮員、工程師、技術(shù)人員提供基本的數(shù)據(jù)支撐。

（2）指揮監(jiān)控設(shè)備

指揮監(jiān)控設(shè)備完成內(nèi)測、外測和現(xiàn)場電視監(jiān)控等數(shù)據(jù)視頻信息的采集、綜合處理和顯示?？蓾M足飛機(jī)測試對(duì)實(shí)時(shí)安全監(jiān)控、事后試驗(yàn)結(jié)果分析等多種需求。系統(tǒng)接收測試信息和遙測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多類型多數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)分析處理、顯示和指揮控制的功能。在飛行試驗(yàn)訓(xùn)練完成后，利用同步處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回放，能夠完整地再現(xiàn)試驗(yàn)訓(xùn)練過程。

（3）數(shù)據(jù)處理設(shè)備

數(shù)據(jù)處理設(shè)備提供飛機(jī)測試裝備的時(shí)間同步、采集、處理、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程下載，飛行訓(xùn)練效果講評(píng)，事后重演等的數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)，實(shí)時(shí)采集外測分系統(tǒng)視頻和數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和顯示。同時(shí)通過后期數(shù)據(jù)處理為飛行性能測試與飛機(jī)測試鑒定提供依據(jù)。

（4）時(shí)空統(tǒng)一及校準(zhǔn)設(shè)備

時(shí)空統(tǒng)一及校準(zhǔn)設(shè)備由空間統(tǒng)一、時(shí)間統(tǒng)一和空間校準(zhǔn)等設(shè)備組成，為各外測分系統(tǒng)提供時(shí)間和空間的統(tǒng)一基準(zhǔn)，并為各測量系統(tǒng)提供精度檢查和設(shè)備定期校準(zhǔn)的平臺(tái)。

（5）配套保障設(shè)備

配套保障設(shè)備是各測量系統(tǒng)能夠有效運(yùn)行的保障條件，系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和移動(dòng)發(fā)電設(shè)備組成。

3.3 外測分系統(tǒng)主要裝備

（1）測量雷達(dá)

測量雷達(dá)由相控陣精密測量雷達(dá)組成，在飛機(jī)離機(jī)場大于20km時(shí)，由精密測量雷達(dá)進(jìn)行跟蹤測量。當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入到20km以內(nèi)后，由精密測量雷達(dá)自動(dòng)引導(dǎo)光電經(jīng)緯儀和可控光學(xué)電視進(jìn)行跟蹤測量。

（2）光電經(jīng)緯儀

光電經(jīng)緯儀可采用單套、兩套或多套交匯測量、外引導(dǎo)與互引導(dǎo)的方式完成對(duì)目標(biāo)的自動(dòng)捕獲，采用紅外和可見光的圖像自動(dòng)跟蹤方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)起飛、進(jìn)場和著陸時(shí)空中和地面段高精度的軌跡、速度和視頻的自動(dòng)跟蹤測量。

（3）高速攝像機(jī)

高速攝像機(jī)用于飛機(jī)起降過程以及飛機(jī)關(guān)鍵部位（起落架、尾翼、襟翼）的精確測量與實(shí)時(shí)監(jiān)控，獲取精確數(shù)據(jù)和高分辨率圖像信息。

參考文獻(xiàn)

[1]龔正文.面向航空自動(dòng)測試設(shè)備的動(dòng)態(tài)計(jì)量方法研究與應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)（中旬刊），2014，（5）：114-115.

（作者單位：91351部隊(duì)）