关于组织飞机测试的主要方法及应用

周弘 倪永江

摘 要：飞机测试是现代飞行器飞行试验中的重要手段。通过介绍飞机测试所需的主要装备及其特点，从装备角度分析组织飞机测试的方法、特点及应用，使读者对组织飞机测试的主要方法及应用有一个初步的认识。

关键词：飞机测试；数据采集；外测

1 飞机测试的定义及特点

1.1 飞机测试的定义

飞行测试是飞行试验技术的重要手段。在现代飞行器飞行试验中，必须依赖测试系统获取的大量信息才能定性和定量的确定飞机及其系统的性能，因此飞机测试是飞行试验不可分割的组成部分。

1.2 飞机测试的特点

（1）飞机测试有助于保证试飞质量

新型号飞机研制有明确的技术指标，飞机鉴定也有相应的标准和规范，新机型的鉴定必须按这些标准和规范进行试飞以检验其是否达到设计指标要求。通过对飞机测试信息的分析和处理，一方面可了解飞机的技术状态和构型是否正确，各项指标是否达到设计要求。另一方面还可判断飞行员的操纵是否符合要求，飞行科目是否达到了预期目的，从而保证试飞质量。

（2）飞机测试有助于加快试飞进度

通过飞机测试系统，每架次的试飞科目都可通过实时监控确认飞行的有效性，避免飞行的盲目性。每个新机型在定型前都必须进行大量的试飞科目，在飞机测试系统的参与下，可在一次试飞科目中进行多个专业的试飞测试，获取相关专业所需信息，从而减少重复飞行，最大限度地利用试飞资源。

（3）飞机测试对保证飞行安全具有重大意义

目前飞机都配有黑匣子（飞行事故记录器），但是黑匣子记录的数据只能在事后进行处理分析，另外黑匣子数据无论是数量和类型还是采样率上对于判断飞行科目的质量都是不够的。飞机测试是利用机载遥测系统、地面接收系统、外测系统和地面数据处理和监控系统实时了解飞机及其系统的状况，监督飞行员的操纵，以一个技术团队的力量支持飞行员预防飞行事故。通过对测试系统记录的信息进行处理和分析，可迅速得出飞机的故障原因从而采取相应措施，是故障分析的主要依据。

2 飞机测试的主要方法

飞机测试主要方法是利用飞机上加装的采集设备采集有关飞机的各类参数传输至地面，并辅以外测设备对飞机飞行的轨迹、外型进行测量，通过地面平台对大量数据、视频进行分析、处理，达到实时监控、定量分析和科学鉴定的目的。主要由机载数据采集分系统、外测分系统、地面监控和数据处理分系统三大部分组成。系统结构如图1所示。

2.1 机载数据采集分系统

机载数据采集分系统主要指加装在被测试飞机上用于采集、传输各类参数的设备，由传感器、信号调节器、机载数据采集器、记录器和遥测发射设备等组成。

根据飞行科目要求，通过在飞机上加装各种传感器，或者从飞机上直接提取相关的参数传输至地面供飞行指挥人员及工程人员使用。

2.2 外测分系统

外测分系统用于测量飞机精确的瞬间位置、飞行轨迹及其动态参数（如速度，加速度等）。对危险和临界试飞项目提供实时显示、预警、监控的参数和图像信息。

外测以光电经纬仪和测量雷达为主，加上通讯、时统、数据和图像传输、采集处理、计算等组成系统或测量区、测量带，是融光、机、电及计算机为一体的综合测量技术。采用的主要测试技术有：摄影测量、电视测量、雷达测量、激光与红外测量、航空遥感测量以及无线电定位、GPS、惯性导航、航迹测试等。

（1）摄影测量

根据的几何特征和物理特性，通过对目标摄影位置的研究、判读和计算，确定被测对象在曝光瞬间的形状、大小、空间位置及其相互关系。常用于起飞着陆过程、外挂物投放、弹射救生全过程、反尾旋的作用机理、起落架着地撞击试验、空中对接加油、发动机吞烟、鸟撞试验等。

（2）无线电定位测量

利用地面上不同位置的若干台无线电发射机和接收机，在飞机上安装应答器，或在飞机上安装发射机和接收机，而在地面上不同位置上安装若干台应答机，同时测出各台站到运动目标的斜距，根据空间前交原理来确定飞机的空间位置。

（3）激光雷达测量

通过激光发射装置以一定频率向目标发射激光束，激光束被目标或目标上安裝的角反射器反射回来，由激光接收装置接收。接收装置能自动测量出目标相对于激光光轴的脱靶量，水平分量和竖直分量。这两个分量既是实现自动跟踪所必须的方位和俯仰误差信号，也是参与计算被测目标的水平角和垂直角所必须的两个分量。有了这两个分量和被测目标的水平角和垂直角，再利用激光在同一时刻所测的斜距，便可实时计算出被测目标精确的空间位置。

（4）目标特性测量

目标特性测量涉及从紫外光、可见光、红外光、直到毫米波的整个电磁波频谱特性的测量。这种测量是在远距、高动态情况下进行，且目标的放射、辐射、吸收和光谱空间分布特性是随距离、方位、时间、目标状态、大气条件等变化而变化。目标特性测量除需要对各种光谱、波谱特性进行测量的设备，还需要有对被测目标的跟踪、定位、测距、控制、目标状态测定、大气参数测量、时统等装置组成。目标特性测量分为静态测量和动态测量。目前主要包括雷达波反射特性测量和红外辐射特性测量。

2.3 地面监控与数据处理分系统

地面监控和数据处理系统由遥测接收设备、记录/重放设备、监控终端、事后数据处理计算机、网络设备及软件等组成。

飞行测试中，接收机载数据采集分系统和外测分系统的数据、图像，通过搭建的系统平台完成对飞机的实时监控和飞行结束后的数据回放分析处理，判断科目的完成质量，监控飞行风险。

3 组织飞机测试的主要装备及其特点

组织飞机测试是复杂的系统工程，需要的装设备涉及专业、类型较多，不可能一一列举，以下主要按照三大部分将有代表性的装备作一简单介绍。

3.1 机载数据采集分系统主要装备

（1）传感器

传感器是能感受规定的被测物理量，并按一定规律转换输出可用的模拟或数字信号的装置或器件。由于绝大多数的被测量都是非电量（如温度、压力、位移、流量、过载），而采集器只能接受电量，所以说传感器就是用来将非电量變成电量的装置，也可以称为变换器或探测器。

（2）信号调节器

信号调节器是在测试系统中将传感器与采集记录设备间的电子匹配装置。将传感器输出的信号变换成适于采集记录器接收的信号，具有阻抗匹配、信号变换、信号放大、信号滤波四大功能。随着传感器和采集器的发展，目前信号调节器趋向于与传感器或者采集器结合在一起，并向着系列化、标准化、微型化发展，以及适用于自动测量的数字程控式信号调节器。

（3）机载数据采集器

机载数据采集器是对多路模拟信号和数字信号进行采集、变换的装置。其输出信号直接送入遥测发射机、机载记录器等设备，是机载数据采集系统的核心装置。

（4）机载记录器

机载记录器从光学记录器、模拟磁带记录器、数字磁带记录器发展到目前的数字固态记录器，类似于计算机的硬盘。具有记录容量大，输入速率高的特点。可以同时输入多条数据流。可以直接与计算机通讯，数据下载快，处理方便。

（5）遥测发射设备

在飞机的飞行试验中，采用无线电通讯技术，将测得的试验数据和图像信息实时发送到地面进行记录、显示、监控、数据处理。主要包括发射机、功放、发射天线。

3.2 地面监控与数据处理分系统主要装备

（1）遥测地面接收设备

遥测系统固定式或移动式遥测地面接收站组成，主要完成飞机内部状态参数地面接收、存储并实时监测，为地面监控提供实时决策和事后分析的数据依据，为试验、训练的指挥员、工程师、技术人员提供基本的数据支撑。

（2）指挥监控设备

指挥监控设备完成内测、外测和现场电视监控等数据视频信息的采集、综合处理和显示。可满足飞机测试对实时安全监控、事后试验结果分析等多种需求。系统接收测试信息和遥测数据，实现多类型多数据流实时分析处理、显示和指挥控制的功能。在飞行试验训练完成后，利用同步处理技术实现数据回放，能够完整地再现试验训练过程。

（3）数据处理设备

数据处理设备提供飞机测试装备的时间同步、采集、处理、存储、远程下载，飞行训练效果讲评，事后重演等的数据支撑平台，实时采集外测分系统视频和数据，进行实时处理和显示。同时通过后期数据处理为飞行性能测试与飞机测试鉴定提供依据。

（4）时空统一及校准设备

时空统一及校准设备由空间统一、时间统一和空间校准等设备组成，为各外测分系统提供时间和空间的统一基准，并为各测量系统提供精度检查和设备定期校准的平台。

（5）配套保障设备

配套保障设备是各测量系统能够有效运行的保障条件，系统主要由网络设备和移动发电设备组成。

3.3 外测分系统主要装备

（1）测量雷达

测量雷达由相控阵精密测量雷达组成，在飞机离机场大于20km时，由精密测量雷达进行跟踪测量。当飞机进入到20km以内后，由精密测量雷达自动引导光电经纬仪和可控光学电视进行跟踪测量。

（2）光电经纬仪

光电经纬仪可采用单套、两套或多套交汇测量、外引导与互引导的方式完成对目标的自动捕获，采用红外和可见光的图像自动跟踪方式，实现对飞机起飞、进场和着陆时空中和地面段高精度的轨迹、速度和视频的自动跟踪测量。

（3）高速摄像机

高速摄像机用于飞机起降过程以及飞机关键部位（起落架、尾翼、襟翼）的精确测量与实时监控，获取精确数据和高分辨率图像信息。

参考文献

[1]龚正文.面向航空自动测试设备的动态计量方法研究与应用[J].中国高新技术企业（中旬刊），2014，（5）：114-115.

（作者单位：91351部队）