周兴
DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.25.124
摘 要：文章首先对飞机大气数据系统进行了概括性介绍，在此基础上对飞机大气数据系统的设计方式进行论述。期望通过本文研究能够对飞机大气数据系统整体水平的提升有所帮助。大气数据系统是重要的机载电子设备，其性能、精度直接关系到飞机的飞行安全。在介绍某型号飞机大气数据系统的软硬件体系结构的基础上，从三个方面深入研究了提高大气数据系统精度的途径：大气数据计算模型；基于BP神经网络的压力测量温度误差补偿方法；一种计算型静压源误差补偿方法。其大气数据系统性能稳定，结构紧凑，速度快，精度高，软硬件升级简单。试验证明其大气数据系统能很好地满足某型号飞机的使用要求。
关键词：飞机 大气数据系统 设计
中图分类号：V247.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（a）-0124-02
1 飞机大气数据系统概述
对于飞机而言，大气数据系统（ADS）是其非常重要的一個信号源，该系统可以感受到多种信号，能够为飞机提供不可或缺的信息，满足飞机在各种环境下的使用要求，并为飞机执行任务提供必要的信息显示。由该系统提供的大气数据，对于保障飞机的安全性具有至关重要的作用。近年来，随着我国科技的不断发展和进步，使得相关的技术工艺水平获得进一步提升，基本可以设计出符合我国飞机需要的ADS。常规的ADS由以下3个部分构成：传感器、大气数据计算机、显示设备。
1.1 传感器
ADS中的传感器通常安装在飞机的机头外部或是机身上，主要用于接收原始的大气参数。传感器由敏感和转换两类元件组成，其能够将电量或非电量转换为可以测量的电量。在ADS中的传感器有全静压受感器、总温和攻角传感器以及侧滑角受感器等。
1.2 大气数据计算机
ADS中的大气数据计算机一般都是装在机头的内部，主要作用是对传感器采集到的大气参数进行解算和处理，它是整个ADS的核心，具有数据处理、传输等功能，可按照传感器测得的原始信号，计算出较多与大气数据相关的参数，如升降速度、高度偏差、大气密度比等，通过总线将参数传给相关的机载系统，如导航、飞行控制、火力控制等，确保飞机稳定运行。
ADS中的显示设备位于座舱当中，主要是对相关的大气数据进行显示。显示设备包括电子显示、仪表显示和数据支持。
2 飞机大气数据系统的设计方式
2.1 系统结构设计
飞机的发展对ADS提出了更高的要求，鉴于此，本文对传统ADS的结构形式进行优化调整，扩大传感器的功能，加入原始数据的转化与处理，并对大气数据计算机的处理及信号传输能力进行强化，在应用系统中实现部分参数格式的转化，具体的设计思路如下：将大气数据计算机的部分功能进行前置和后移，新系统的结构包括三个部分。
2.1.1 多功能组件
该部分主要负责对一些原始参数进行采集，如总压、静压攻角等，并对采集到的数据进行初步的解算与处理，将之转换为数字量和模拟量格式。
2.1.2 传输路径
该部分主要是与飞机相匹配的总线技术的选择，确保相关参数可以及时传递给飞机的其他系统。
2.1.3 参数应用系统
该部分包含相关的显示设备，如空速表、高度表等，其除了能够对参数进行直接引用之外，还能将部分参数解算为符合自身需要的格式。
2.2 系统的设计方式
在对飞机的ADS进行设计时，一套完整的开发流程是不可或缺的，设计前，需要对飞机的指标进行全面分析，并以此为据对ADS的功能进行确定，随后对ADS的构造及精度进行确定，再对传感器及相关的设备进行选择，最后进行ADS软件设计。由于本次设计仅仅是对ADS的原理性进行研究，并不涉及到特定的机型，所以无需对飞机的指标进行分析，只需要完成ADS的传感器的选型以及软件设计即可。
2.3 关键设备的选择
2.3.1 传感器
在ADS中，静压受感器是比较重要的一个传感器，下面重点对它的选型进行分析。为满足飞机的高速性、高机动性，可将侧滑角传感器从全静压系统当中分离出来，成为一个纯粹的空速管，主要负责对大气中的全压和静压进行感受，并对气流进行传递；可以对称的形式将空速管布设在飞机机身外部的两侧，以此来对静压源误差进行补偿；为便于安装，可将其形状设计成L型。
2.3.2 大气数据计算机
作为整个ADS的核心，大气数据计算机的选择在ADS设计中非常重要。传统的大气数据计算机的相关组件全部采用拔插的形式安装在机箱内，整机为热传导结构，散热板安装在印制电路板上，这种结构的抗震和传热效果都比较好。为使大气数据计算机的组合更加简单，并进一步强化数据处理功能，设计时采用了前移和后延的方法，缩短了大气传输管路，减少其误差产生的可能性，具体的模块设计如下。
（1）中央处理机组合。这是ADA的核心部件，其具有如下功能：对大气参数进行实时采集、控制、计算和输出，具体的组成部分为中央处理器，可选择微控制器，并在芯片内植入相关程序实现控制功能；时钟电路为主频时钟，为确保数据采集的实时性，在处理器内设计了一个50ms的定时时钟，当参数采集的时间达到50ms时，程序便会自行中断，随后进入到下一个周期的参数采集，这样的设计为参数的实时性和准确性提供了保障；A/D电路可对温度和总温电压信号进行模拟/数字转换；F/D电路可对低频脉冲信号进行频率/数字转换。
（2）电源组合。可利用飞机提供的27V电源，通过转换变为5V和±15V的直流电压，为中央处理器组合及其他组件提供所需的直流电源。
（3）压力传感器组合。大气数据计算机内部的全静压传感器采用压力式传感器，其工作原理如下：当压力发生变化时，会引起应力的变化，由此会使传感器自身的频率发生改变，由拾振与激振线圈经放大器维持相对稳定的振荡，同时输出与压力对应的频率脉冲信号。压力传感器有两种组合形式，一种是SPTU，另一种是TPTU，这两种组合在结构、测量路线等方面较为相似，前者可感受管路中的全压，后者则能感受管路中的静压，并将低脉冲信号传输给中央处理机组合。在压力相同的前提下，为确保传感器的输出频率不会随着温度的变化而发生改变，需要对传感器所在的环境温度进行修正。鉴于此，设计时，在传感器组合的底座内设置了一个感温二极管。
2.4 系统软件设计
2.4.1 软件需求
在对ADS的软件进行设计前，需要先对软件的需求进行分析，从而确保设计出来的软件合理。在ADS中软件是比较重要的组成部分，很多功能都需要通过软件来实现。在对软件进行设计开发的过程中，必须根据软件工程化的要求，并采用当前较为流行的模块化设计方法，同时，还应对软件进行配置管理。本次设计中采用C语言对软件进行编程，如有必要可在C语言中嵌入汇编语言。本次设计的ADS具有3种工作方式：正常、自检和诊断，工作方式之间可以进行随意转化，当系统完成初始化后，若是满足条件，便可进入到相应的工作方式。
2.4.2 软件设计
软件的开发环境为PC兼容个人计算机，支持多种软件环境。采用模块化的设计方法对软件进行设计，将大气数据计算机的软件系统分解成若干个功能模块，按合理的逻辑层次进行组织，各模块完成特定的功能，数据相对独立。
3 结语
综上所述，大气数据系统作为飞机上的重要机载设备，它的性能稳定与否直接关系到飞机的安全性。为了适应飞机不断发展的需求，应对大气数据系统进行优化改进，从而使其可以满足飞机的使用需要，为飞机的安全飞行提供保障。
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