余忠烜 吳承發(fā) 顧文標(biāo) 鮑志澤 虞漢文

航空工業(yè)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所 江西 景德鎮(zhèn) 333001

引言

飛行載荷是直升機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和壽命驗(yàn)證的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)。新機(jī)研制初期，一般采用工程軟件如CAMRDII計(jì)算結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)載荷，用于結(jié)構(gòu)尺寸的定義和壽命的設(shè)計(jì)工作。由于在建立載荷計(jì)算理論模型的過(guò)程中，很難系統(tǒng)、全面地模擬諸多因素對(duì)直升機(jī)載荷的影響，如何提高計(jì)算載荷的準(zhǔn)確性，特別是旋翼系統(tǒng)的載荷，一直是個(gè)具有挑戰(zhàn)性的難題。目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完善、驗(yàn)證及其壽命評(píng)定的主要依據(jù)仍然是飛行載荷，一旦新機(jī)進(jìn)入試飛階段，需要立即開(kāi)展飛行載荷測(cè)量以獲取全機(jī)的準(zhǔn)確載荷。

AC313型直升機(jī)載荷試飛為國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)大型直升機(jī)載荷試飛全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中攻克了參數(shù)定義、數(shù)據(jù)傳輸、測(cè)試噪聲控制、界面設(shè)計(jì)及抗干擾性設(shè)計(jì)等一系列難題，本文詳細(xì)論述了AC313直升機(jī)載荷試飛遙測(cè)監(jiān)控安全系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)確定、遙測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)硬件和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)等相關(guān)內(nèi)容，可以為其他大型直升機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 載荷試飛特征與遙測(cè)監(jiān)控安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

1.1 載荷試飛實(shí)時(shí)監(jiān)控總體需求

根據(jù)AC29.571要求，AC313適航取證需要進(jìn)行完備的載荷試飛、評(píng)定以保證旋翼航空器在飛行中的結(jié)構(gòu)可靠性。AC313型機(jī)載荷測(cè)量的試飛項(xiàng)目，主要依據(jù)AC313為初步設(shè)計(jì)飛行譜，測(cè)量狀態(tài)包括不同重量、重心、飛行高度各種飛行狀態(tài)組合，重量包括大重量（13000千克）、中等重量（12000千克）和小重量（10000千克），重心包括前重心、正常重心、后重心，飛行高度包括低高度（Hp1000m以下）、中高度（Hp2000m以下）、高高度（Hp3000m以上）。主要試飛方法包括地面滑行、滑跑起飛、有地效懸停、無(wú)地效懸停、懸?；剞D(zhuǎn)、增速轉(zhuǎn)彎、小速度平飛、平飛側(cè)滑、俯沖拉起、自轉(zhuǎn)、下滑轉(zhuǎn)彎等。需要驗(yàn)證的試驗(yàn)狀態(tài)點(diǎn)達(dá)2000余個(gè)，大部分狀態(tài)點(diǎn)屬于首次進(jìn)行，需要進(jìn)行包線拓展。為保證試飛安全，需要進(jìn)行全方位的載荷實(shí)時(shí)監(jiān)控。

AC313型機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)需要達(dá)到以下2個(gè)目標(biāo)：

1.1.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)機(jī)狀態(tài)：在飛行試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)飛行試驗(yàn)測(cè)量和遙測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)飛行參數(shù)、關(guān)鍵部件（系統(tǒng)）數(shù)據(jù)和安全參數(shù)的實(shí)時(shí)處理和顯示，輔助試飛工程師、試飛指揮員在地面指揮中心全面掌控飛行試驗(yàn)進(jìn)展情況和試驗(yàn)機(jī)狀態(tài)，指揮試飛員安全、有效地完成飛行任務(wù)；

1.1.2 風(fēng)險(xiǎn)防控及預(yù)警：在飛行試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中，實(shí)時(shí)進(jìn)行飛行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理和專業(yè)數(shù)據(jù)分析，快速評(píng)估試飛結(jié)果，通過(guò)關(guān)鍵部件（系統(tǒng)）數(shù)據(jù)顯示和安全裕值超限報(bào)警，提前預(yù)警，預(yù)防及控制風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

圍繞目標(biāo)，并考慮直升機(jī)試飛飛行的特點(diǎn)和試驗(yàn)場(chǎng)地空域情況對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)作用范圍和范圍進(jìn)一步提出要求；載荷試飛需要監(jiān)控大量的振動(dòng)、應(yīng)變參數(shù)，這些參數(shù)采樣率高達(dá)4096Hz，系統(tǒng)需要考慮傳輸帶寬的要求；另外機(jī)上電磁環(huán)境復(fù)雜，需要考慮電磁抗干擾要求；具體如下：

1.1.2.1 地面接收設(shè)備可顯示不同的飛行參數(shù)、操縱參數(shù)、總線位參數(shù)和其他緩變參數(shù)；

1.1.2.2 機(jī)載遙測(cè)發(fā)射子系統(tǒng)和地面遙測(cè)接收處理子系統(tǒng)，組成一套單流數(shù)字式實(shí)時(shí)遙測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)碼速率不小于10Mbps，誤碼率優(yōu)于1×10-5，實(shí)時(shí)性優(yōu)于60ms。

1.1.2.3 遙測(cè)作用范圍：距離范圍200m～100km，高度≤6000m，系統(tǒng)應(yīng)符合直升機(jī)試飛飛行的特點(diǎn)，保證在直升機(jī)近地面低仰角和高速飛行過(guò)頂時(shí)，能有效跟蹤直升機(jī)和接收到遙測(cè)數(shù)據(jù)；

1.1.2.4 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤、GPS引導(dǎo)跟蹤和手動(dòng)跟蹤試驗(yàn)直升機(jī)，可靠接收解調(diào)遙測(cè)信號(hào)，跟蹤速率優(yōu)于30°/s；

1.1.2.5 完成遙測(cè)碼流碼同步、幀同步，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)分路、合并、工程單位轉(zhuǎn)換、處理、顯示、打印和存儲(chǔ)，具有實(shí)時(shí)處理和顯示功能，對(duì)試飛期間直升機(jī)飛行航跡、飛行參數(shù)、旋翼載荷、振動(dòng)、總線參數(shù)、溫度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)時(shí)域、頻譜、幅值監(jiān)測(cè)報(bào)警；

1.1.2.6 系統(tǒng)具有誤碼率統(tǒng)計(jì)、丟幀統(tǒng)計(jì)、時(shí)間連續(xù)性檢查等；

1.1.2.7 遙測(cè)數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)記錄和打印，事后數(shù)據(jù)回放處理，要求實(shí)時(shí)遙測(cè)記錄數(shù)據(jù)輸出格式能滿足地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入要求；

1.1.2.8 數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，系統(tǒng)具備相應(yīng)的抗干擾技術(shù)措施。

1.2 遙測(cè)監(jiān)控安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體思路和構(gòu)架

圍繞實(shí)時(shí)安全監(jiān)控系統(tǒng)總體技術(shù)要求，首先進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，明確系統(tǒng)主要組成部分，重點(diǎn)考慮實(shí)時(shí)安全監(jiān)控系統(tǒng)與機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)的兼容與匹配性；利用全機(jī)強(qiáng)度理論分析和地面試驗(yàn)結(jié)果，明確機(jī)體相對(duì)薄弱部位并進(jìn)行針對(duì)性的監(jiān)控；電磁干擾直接影響直升機(jī)遙測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控效果，必須在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初進(jìn)行系統(tǒng)降噪設(shè)計(jì)，具體流程見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體思路

根據(jù)試飛測(cè)試的要求，在直升機(jī)上加裝機(jī)載數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)，同時(shí)配套機(jī)載遙測(cè)發(fā)射系統(tǒng)，在試飛測(cè)試參數(shù)中選擇需要在地面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的參數(shù)，通過(guò)機(jī)載遙測(cè)設(shè)備發(fā)射到地面。地面建立遙測(cè)地面站，由遙測(cè)接收系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，遙測(cè)計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)終端計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)，遙測(cè)接收系統(tǒng)跟蹤接收機(jī)載遙測(cè)發(fā)射信號(hào)，遙測(cè)終端對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步、解碼，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)廣播發(fā)送到數(shù)據(jù)處理終端，數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)進(jìn)行專業(yè)處理和數(shù)據(jù)顯示，由專業(yè)技術(shù)人員和試飛工程師對(duì)試飛直升機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如飛行參數(shù)、關(guān)鍵部件（系統(tǒng)）的載荷和振動(dòng)等數(shù)據(jù)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)設(shè)在試飛指揮塔臺(tái)，便于及時(shí)快捷地把監(jiān)測(cè)情況反映給試飛指揮員，同時(shí)也建立了起飛/著陸攝像視頻監(jiān)視系統(tǒng)，實(shí)時(shí)遙測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以及時(shí)準(zhǔn)確地為試飛指揮提供直升機(jī)狀態(tài)和飛行情況，為試飛安全提供保障。目前我們的試飛遙測(cè)和監(jiān)控指揮系統(tǒng)見(jiàn)圖3。

圖2 試飛遙測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)總體構(gòu)架

2 系統(tǒng)軟件、硬件設(shè)計(jì)

2.1 直升機(jī)機(jī)載遙測(cè)發(fā)射、接收系統(tǒng)

結(jié)合前期和當(dāng)前遙測(cè)與監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展來(lái)看，在AC313直升機(jī)飛行試驗(yàn)中，保證每個(gè)飛行架次測(cè)試數(shù)據(jù)的有效性和飛行的安全是試飛飛行試驗(yàn)的基本要求。試飛最終目的是通過(guò)對(duì)有效的試飛數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)要求和結(jié)果。如圖3所示AC313直升機(jī)遙測(cè)綜合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系。

圖3 AC313直升機(jī)遙測(cè)綜合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系

圖4 地面遙測(cè)系統(tǒng)

2.2 軟件系統(tǒng)

自主實(shí)時(shí)監(jiān)控組態(tài)軟件平臺(tái)以功能模塊劃分為設(shè)計(jì)主導(dǎo)思路，劃分為三個(gè)功能模塊：數(shù)據(jù)I/ O 模塊、運(yùn)行管理模塊、圖形界面模塊。三個(gè)部分接口清晰、功能獨(dú)立。

2.2.1 I/ O 驅(qū)動(dòng)模塊：是試飛實(shí)時(shí)監(jiān)控組態(tài)軟件中必不可少的部分，由于和I/ O設(shè)備通信，互相交換數(shù)據(jù)，包括接口模塊、實(shí)時(shí)通信模塊等。它是實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件與遙測(cè)前端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的橋梁，是該軟件的基礎(chǔ)，為整個(gè)軟件提供數(shù)據(jù)來(lái)源，向下為實(shí)時(shí)監(jiān)控客戶端提供監(jiān)控參數(shù)名，向上提供實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)。

2.2.2 運(yùn)行管理模塊：用于管理和維護(hù)工程中的各種信息，如監(jiān)控軟件通信配置信息、監(jiān)控頁(yè)面參數(shù)配置信息等，同時(shí)還將接收到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理為可理解和便于進(jìn)一步利用的結(jié)果，并把處理結(jié)果遞交給圖形界面模塊以驅(qū)動(dòng)監(jiān)控組件。此外，該模塊還負(fù)責(zé)新建工程、工程備份等功能。

2.2.3 圖形界面模塊：是一個(gè)進(jìn)行圖形系統(tǒng)生成工作所依賴的開(kāi)發(fā)環(huán)境。圖形界面是監(jiān)控系統(tǒng)的前端，通過(guò)建立一系列用戶數(shù)據(jù)文件及操作，生成最終的圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)。生成的目標(biāo)應(yīng)用程序可在圖形運(yùn)行環(huán)境中運(yùn)行。在圖形界面上還具備報(bào)警通知及確認(rèn)、報(bào)表組態(tài)及打印、顯示功能。各種報(bào)警、報(bào)表、趨勢(shì)都是動(dòng)畫(huà)連接的對(duì)象。其數(shù)據(jù)源都可以通過(guò)圖形界面指定，然后通過(guò)運(yùn)行模塊，取得各種處理好的參數(shù)，把監(jiān)控對(duì)象通過(guò)儀表、曲線、告警燈等形式反映給試飛工程師。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)確定和抗干擾性設(shè)計(jì)

3.1 關(guān)鍵參數(shù)的確定

3.1.1 應(yīng)變監(jiān)控參數(shù)。利用已建立的全機(jī)靜力模型，計(jì)算了AC313直升機(jī)不同框段及連接強(qiáng)度，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定強(qiáng)度薄弱部件（槳轂五叉件典型應(yīng)力計(jì)算云圖見(jiàn)圖5），并布置監(jiān)控點(diǎn)，另外考慮重要部件，如槳葉不同剖面應(yīng)變，尾槳、自動(dòng)傾斜器旋轉(zhuǎn)部件的應(yīng)變和防扭臂的扭矩、旋翼軸軸力、應(yīng)變等48個(gè)參數(shù)，在監(jiān)控系統(tǒng)工程師根據(jù)實(shí)際情況選取部分參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖5 槳轂五叉件應(yīng)力計(jì)算云圖

3.1.2 振動(dòng)監(jiān)控參數(shù)。振動(dòng)測(cè)試參數(shù)選擇主要考慮需要監(jiān)控部件，針對(duì)性地選擇測(cè)點(diǎn)：駕駛員座椅、駕駛員座椅地板、主減速器安裝支座（左前撐桿）、主減速器安裝支座（左后撐桿）、主減速器安裝支座（右前撐桿）、主減速器安裝支座（右后撐桿）、主減速器安裝支座（左防扭）、主減速器安裝支座（右防扭）、主減速器上端面、主減速器上機(jī)匣和中機(jī)匣聯(lián)結(jié)處1、主減速器上機(jī)匣和中機(jī)匣聯(lián)結(jié)處2、主減速器中機(jī)匣和下機(jī)匣聯(lián)結(jié)處1、主減速器中機(jī)匣和下機(jī)匣聯(lián)結(jié)處2、主減速器尾傳輸出、尾減速器輸入端、尾減速器輸出端、尾傳動(dòng)軸支座、尾傳動(dòng)軸支座、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝支座、尾水平后軸1/2處。

3.2 電磁抗干擾措施

對(duì)于任何一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，都有干擾的存在，對(duì)于直升機(jī)遙測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，更是如此，直升機(jī)機(jī)載設(shè)備眾多，并且超短波電臺(tái)的信號(hào)頻發(fā)，加劇了這種電磁干擾。直升機(jī)遙測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，如果其抗干擾能力很差，那么它測(cè)得的數(shù)據(jù)就是不可信的，反映不了直升機(jī)的特性。

所有的電磁干擾都是有三個(gè)基本要素組合而產(chǎn)生的，它們是：干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備。要抗干擾，就必須分析測(cè)試系統(tǒng)所處的工作環(huán)境和測(cè)試系統(tǒng)組成的各個(gè)環(huán)節(jié)，找出干擾源和耦合途徑，并采取措施消除干擾源、切斷耦合途徑。所以電磁干擾的抑制方法從以下三個(gè)方面入手：抑制電磁干擾源、切斷電磁干擾耦合途徑和降低電磁干擾響應(yīng)者的電磁敏感性。直升機(jī)上空間輻射干擾非常嚴(yán)重，所以，測(cè)試系統(tǒng)電源問(wèn)題的處理和屏蔽非常重要。同時(shí)，為了消除計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡所產(chǎn)生的干擾，還要采取相應(yīng)的軟件抗干擾技術(shù)。

信號(hào)線和動(dòng)力線布線時(shí)為了避免電磁感應(yīng)噪聲、靜電感應(yīng)噪聲干擾，采取了下述對(duì)策：

3.2.1 容易受影響的設(shè)備，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離機(jī)上電磁發(fā)射裝置、包括天線。

3.2.2 容易受影響的信號(hào)線，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離變頻器的輸入、輸出線。

3.2.3 避免信號(hào)線和動(dòng)力線平行布線和成束布線。

3.2.4 信號(hào)線和動(dòng)力線使用屏蔽，分別套入金屬管，并且金屬管之間距離至少20cm。

3.2.5 在采集器設(shè)置抗混濾波器，根據(jù)直升機(jī)載荷、振動(dòng)、飛行特性參數(shù)特點(diǎn)，對(duì)1000Hz以上成分濾除。

另外，軟件同樣起到很好的濾波效果，因?yàn)橹鄙龣C(jī)振動(dòng)、載荷的變化非常復(fù)雜，不適合采用限值濾波或中值濾波等數(shù)字濾波。所以，本系統(tǒng)主要采取的是：在數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)中，采用低通數(shù)字濾波，以減弱高頻干擾及現(xiàn)場(chǎng)可能存在的隨機(jī)干擾。

對(duì)旋翼系統(tǒng)應(yīng)變，對(duì)18Ω（380Hz）以上信號(hào)進(jìn)行濾除。

考慮信號(hào)衰減，機(jī)身應(yīng)變對(duì)10Ω（212Hz）以上信號(hào)進(jìn)行濾除。

對(duì)駕駛員座椅及地板等主槳影響區(qū)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，考慮不同頻率振動(dòng)對(duì)人體影響因子，對(duì)12Ω（48Hz）以上信號(hào)進(jìn)行濾除。

對(duì)尾傳動(dòng)及尾減機(jī)匣等尾槳影響區(qū)測(cè)點(diǎn)，主要監(jiān)控動(dòng)平衡，機(jī)身應(yīng)變對(duì)2Ωt（112Hz）以上信號(hào)進(jìn)行濾除。

所有振動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行頻域分析，實(shí)時(shí)監(jiān)控頻域振動(dòng)幅值，減少隨機(jī)干擾的影響。

4 遙測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)

4.1 機(jī)載硬件

機(jī)載數(shù)據(jù)采集器簡(jiǎn)稱“采集器”，采集器常用的是脈沖編碼（PCM）采集器，脈沖編碼（PCM）采集器主要有固定程序（固定程序的邏輯電路）和可編程（可編程的邏輯電路）這兩種數(shù)據(jù)采集器，本系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)采集器為法國(guó)公司生產(chǎn)的UMA2000系列采集器。對(duì)多路模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)以及總線信號(hào)進(jìn)行采集變換的裝置，其輸出的信號(hào)能直接送入遙測(cè)發(fā)射機(jī)，通過(guò)遙測(cè)發(fā)射天線送到遙測(cè)接收終端。機(jī)載數(shù)據(jù)采集器是機(jī)載數(shù)據(jù)系統(tǒng)的核心裝置。

地面設(shè)備系統(tǒng)包括接收機(jī)、天線、信號(hào)變換器、終端計(jì)算機(jī)、實(shí)時(shí)監(jiān)控計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、攝像機(jī)、視頻顯示器、GPS、UPS電源及電源穩(wěn)壓器等。

地面設(shè)備用來(lái)接收、記錄、處理飛行遙測(cè)數(shù)據(jù)。并且，可以把所有的數(shù)據(jù)以不同的形式實(shí)時(shí)地傳送到各個(gè)地面監(jiān)控點(diǎn)。

4.2 軟件編碼及實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)通過(guò)建立Socket 套接字的方式與遙測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理前端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。當(dāng)前，常用的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議包括TCP(Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議)和UDP(User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)兩種。TCP 是一種面向連接的協(xié)議，允許從一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)出的字節(jié)流無(wú)差錯(cuò)地發(fā)往網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)。兩臺(tái)TCP 主機(jī)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前，必須通過(guò)三次握手機(jī)制先相互建立會(huì)話，通過(guò)確認(rèn)和按順序傳遞數(shù)據(jù)來(lái)確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸，其在發(fā)生丟包時(shí)會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)包重傳。TCP 一般應(yīng)用在要求數(shù)據(jù)傳輸具有較高可靠性的場(chǎng)合。UDP 提供盡量傳遞的無(wú)連接數(shù)據(jù)服務(wù)，它不能確?；虼_認(rèn)數(shù)據(jù)傳遞或數(shù)據(jù)順序，由使用UDP 的程序負(fù)責(zé)提供傳輸數(shù)據(jù)所需的可靠性。對(duì)同一個(gè)局域網(wǎng)來(lái)說(shuō)，使用UDP 能夠獲得良好的性能，它能夠滿足數(shù)據(jù)傳輸量不太大、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性較高的應(yīng)用場(chǎng)合，在這種情況下，UDP 的低開(kāi)銷和多播能力比TCP更合適。試飛實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)屬于專用網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小，數(shù)據(jù)一般不需要在交換設(shè)備間進(jìn)行多級(jí)跳轉(zhuǎn)，因此，數(shù)據(jù)包丟失或出現(xiàn)錯(cuò)序的概率較低。同時(shí)，試飛實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性具有很高的要求，因此，選用UDP 傳輸協(xié)議具有其特定的優(yōu)勢(shì)，PCM 數(shù)據(jù)處理前端服務(wù)器與該自主實(shí)時(shí)監(jiān)控組態(tài)軟件建立UDP 鏈接，從而將遙測(cè)數(shù)據(jù)“推送”到監(jiān)控軟件畫(huà)面，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

參數(shù)解算模塊接收到的PCM 參數(shù)通常是由服務(wù)器軟件已經(jīng)解算好的物理量，對(duì)于該類參數(shù)，解算模塊不做任何操作直接輸出到該組件的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)接口。但是，同時(shí)也存在著部分服務(wù)器無(wú)法完成解算或解算過(guò)于復(fù)雜的參數(shù)，如一個(gè)PCM[8-9]字中包含了多個(gè)開(kāi)關(guān)量。對(duì)于這部分參數(shù)，則需在監(jiān)控畫(huà)面中進(jìn)行計(jì)算以得到正確的物理量。遙測(cè)數(shù)據(jù)處理常用算法包括多PCM 字合并、取位以及表達(dá)式運(yùn)算。

圖形界面模塊為試飛人員提供了與平臺(tái)交互的接口，是整個(gè)軟件的核心部分，用戶可以方便地通過(guò)鼠標(biāo)拖拽組件的方式而不是編程方式進(jìn)行控件的創(chuàng)建和配置編輯工作。監(jiān)控畫(huà)面的制作過(guò)程完全是一個(gè)可視化操作，利用鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，動(dòng)態(tài)創(chuàng)建所需要的監(jiān)控組件并對(duì)其進(jìn)行任意縮放和拖動(dòng)位置以及進(jìn)行參數(shù)和運(yùn)算配置，從而實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)監(jiān)控畫(huà)面的自由組態(tài)。編輯好的畫(huà)面進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，各組件接收過(guò)程邏輯層解算好的參數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)狀態(tài)刷新。該模塊的實(shí)現(xiàn)主要包括監(jiān)控組件模型庫(kù)的開(kāi)發(fā)以及組件的動(dòng)態(tài)調(diào)用。

4.3 實(shí)施效果

AC313型機(jī)載荷測(cè)量試飛在江西景德鎮(zhèn)呂蒙機(jī)場(chǎng)進(jìn)行，AC313載荷測(cè)量試飛共組織飛行58天，累計(jì)飛行127小時(shí)30min/118架次，試飛結(jié)果表明：

4.3.1 根據(jù)旋轉(zhuǎn)測(cè)試對(duì)象的結(jié)構(gòu)形式、尺寸及工作轉(zhuǎn)速等特性設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)，滿足大型直升機(jī)載荷試飛對(duì)旋翼系統(tǒng)測(cè)試的要求，適用性強(qiáng)。

4.3.2 編碼正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)相比傳統(tǒng)的集流環(huán)等信號(hào)傳輸技術(shù)，測(cè)試信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?、效能和信?hào)的質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)明顯，系統(tǒng)使用壽命也大幅提高。

4.3.3 空心感應(yīng)線圈供電和光信號(hào)傳輸?shù)燃夹g(shù)使得系統(tǒng)的小型化成為可能，測(cè)試信號(hào)可加密傳輸，且不易受干擾，解決了高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)部件高精度實(shí)時(shí)測(cè)量的需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

從AC313直升機(jī)載荷試飛安全監(jiān)控的實(shí)際需求出發(fā)，進(jìn)行了載荷試飛遙測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)總體參數(shù)設(shè)計(jì)，依據(jù)理論分析設(shè)置了載荷和振動(dòng)參數(shù)，在系統(tǒng)安裝和線路布置及軟件考慮了電磁抗干擾；實(shí)施效果表明該系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，且不易受干擾，能滿足AC313直升機(jī)載荷試飛安全監(jiān)控要求。

本文提供的遙測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)軟件、硬件設(shè)計(jì)，特別是基于理論模型的監(jiān)控參數(shù)確定和抗干擾設(shè)計(jì)技術(shù)可以為其他直升機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供借鑒。