飞机电源系统参数测试采样频率的优选

冯玉莲，严勇锋（中国飞行试验研究院，陕西西安，710089）



飞机电源系统参数测试采样频率的优选

冯玉莲，严勇锋
（中国飞行试验研究院，陕西西安，710089）

摘要：对于飞机电源系统参数的测试，采样频率越高，测试结果越接近于其真值。但是，仅仅依靠提高采样频率来提高测试结果的准确度，其实现难度太大。当采样频率达到一定值后，进一步提高采样率对减小总的测试误差的效果就不再显著；而且，采样频率过高，会大大增加测试设备的复杂性与成本。在实际工程应用中，过分提高采样频率是不现实的。本文就该问题进行了分析研究，并给出了适当的解决方案。

关键词：采样频率；解决方案

0　引言

在电源系统试飞中，根据试飞需求，对115V/400Hz交流电压的畸变频谱进行分析，按照GJB 5189-2003中的规定，对该参数测试的采样频率应不低于1MHz。

若按照1MHz的采样频率进行测试，仅1路参数每秒的数据量就达到8M字节，一个小时为28.8G字节。以三相交流115V电源为例，3路电压、3路电流为基本采集需求，即每小时需要记录172.8G的数据。即使仅记录事件发生时刻的数据，其数据量也很庞大。这对测试方法、测试资源和数据处理平台的要求极高，并且数据处理工作繁重。在实际的飞行试验工作中，尤其在设备紧凑、空间狭小的歼击机等小飞机上，如此高的采样率几乎无法实现。

1　误差分析

一般情况下，对参数的采样频率越高，其测试结果越接近真值，误差也会越来越小，但具体到飞机电源测试的工程应用是否如此，就需根据实际工程环境真实需求进行分析和研究。下面通过对飞机上的正弦交流电压的计算，分析误差随采样频率（计算中按每一半波总采样次数）增加的变化规律。

由电工原理可知，周期电压方均根的表达式如式（1）所示：

式（2）的误差估计式为：

在GJB181A-2003中，交流电压定义为各相电压每一半波的方均根值，由定义测试计算各相交流电压为：

根据式（5）可得：

即

根据误差传递公式可知：

其中

由式（10）可得

根据式（11）（12）可得：

表1　误差对照表

利用式（14）可以计算出由式（2）算出的交流电压半波均方根值的近似相对误差。对于正弦交流电压半波的测试，每半波采样点数不同时，由式（14）计算出的相对误差值见表1所示。式（14）是幂为-2的幂函数，随着的增大逐渐趋近于0，利用表1的数据绘制误差变化规律图进行直观显示，见图1，可见随着的增大的衰减变的越来越缓慢，当时，相对误差已经较小，再进一步提高值对减小测试误差的效果已经不显著，意义不大。

图1　误差变化规律图

由此可见，虽然采样频率越高测试结果越接近真值，但仅靠提高采样频率来提高测试结果的准确度，其意义是有限的。采样频率达到一定值后再进一步提高对减小总测试误差的效果不显著。而且采样频率过高，会大大增加测试设备的复杂性与造价。

2　数据分析

表2　数据状态

因此，在设备紧凑、空间狭小的歼击机等小飞机上，当用电设备较简单时，采样频率采用72 kHz可以对畸变频谱这一参数进行有效的分析。当采样频率为72 kHz时，其每秒的数据量为576K字节，在工程上已经可以实现并应用，且成本较低。

3　结束语

电源系统的试飞过程中，确定测试参数的采样频率是关键的第一步。仅按照国军标确定测试的采样频率，往往会因为工程上的局限性而难于实现。本文在工程应用中，根据误差分析和试验结果统计，采取适当降低采样率的方法可以达到对电压畸变的分析要求。本方法是在工程应用中的一种方法探索，在电源科目的试飞中有一定的借鉴意义。

参考文献

［1］丁玉美，高西全，数字信号处理，西安；西安电子科技大学出版社，2001

［2］蒋枫，飞机设计手册 第17册，北京；航空工业出版社，1998

［3］张卓奎，陈慧婵，随机过程，西安；西安电子科技大学出版社，2003

Selection of Sampling Rate for the Measurement of Aircraft Power Supply System Parameters

Feng Yulian，Yan Yongfeng
（Chinese Flight Test Establishment，Xi’an Shaanxi，710089）

Abstract：The higher the sampling rate，the value measured is closer to the truth value of the parameter. It is also true for the measurement of aircraft power supply system parameters.However， at the rate higher than a certain value， it is too difficult and less effective to improve the accuracy of the measurement result only by increasing the sampling frequency.In addition，too high sampling frequency requires high cost and increases the complexity of the test equipment and it is unpractical in engineering application.In this paper，the selection of sampling rate for the measurement of aircraft power supply system parameters is investigated and appropriate solution is presented.

Keywords：sampling rate；Solution

作者简介

冯玉莲（1979.9-），女，山东德州人，西安电子科技大学电子工程学院电子与通信工程领域2010级硕士研究生。