殲擊機操縱系統(tǒng)的好壞直接影響飛行員在飛行中能否準確如意地駕駛殲擊機，能否完成各項飛行任務(wù)或機動靈活地殲滅敵機。為此殲擊機飛行操縱系統(tǒng)是評定殲擊機性能好壞的一個重要因素。
　　操縱桿和方向舵屬于殲擊機主操作系統(tǒng)，駕駛員可以直接通過對操縱桿和方向舵施力來感受殲擊機的飛行姿態(tài)[1]。這個系統(tǒng)和其附件的摩擦力應(yīng)盡可能小并且均勻，系統(tǒng)的彈性變形及活動間隙也應(yīng)盡可能小。摩擦力大，使駕駛員得不到真實的操縱感覺，間隙或彈性變大，會產(chǎn)生操縱遲滯現(xiàn)象。尤其在超低空飛行時，操縱延遲過大會危及飛行安全。但是殲擊機控制過于靈敏也會使駕駛員難于控制殲擊機[2]。為了獲得良好的穩(wěn)定性和跟隨性，必須使殲擊機控制系統(tǒng)各個靜態(tài)參數(shù)，如摩擦力、間隙、質(zhì)量、剛度和各附件的參數(shù)及其相互關(guān)系適當(dāng)?shù)仄ヅ?，并使殲擊機操縱桿/舵操縱力－位移的關(guān)系在合理范圍之內(nèi)。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案
　　殲擊機操縱性能地面檢測評估系統(tǒng)，總體上分為數(shù)據(jù)采集及無線傳輸和檢測評估儀兩大部分，如圖1所示。

　　數(shù)據(jù)采集及無線傳輸部分通過拉壓力傳感器把施加到操縱桿/方向舵上力的大小轉(zhuǎn)為模擬電信號，通過位移傳感器把連桿上產(chǎn)生的位移轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號。兩片A/D轉(zhuǎn)換器分別由兩片單片機控制，使傳感器輸出的模擬信號同步采集轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。單片機控制無線模塊把得到的數(shù)字信號傳給檢測評估儀。本設(shè)計系統(tǒng)中單片機使用的是Silicon的C8051F350。
　　檢測評估儀以單片機為核心，單片機外接無線模塊、顯示器、按鍵、存儲器和打印機。無線模塊負責(zé)接收前端采集得到的數(shù)據(jù)；存儲器負責(zé)存儲無線接收的原始數(shù)據(jù)和經(jīng)過處理后顯示在顯示屏上的數(shù)據(jù)；打印機可以方便地把檢測結(jié)果打印存檔；顯示器和鍵盤作為人機交互界面，通過對鍵盤的操縱和顯示器的顯示完成數(shù)據(jù)顯示、存檔和打印等任務(wù)。
2 硬件設(shè)計
2.1 數(shù)據(jù)采集及其無線傳輸硬件設(shè)計
　　數(shù)據(jù)采集部分是此檢測評估系統(tǒng)的主要部分，數(shù)據(jù)采集的正確與否直接關(guān)系到數(shù)據(jù)顯示的有效性。圖2給出了數(shù)據(jù)采集及無線傳輸硬件結(jié)構(gòu)，施力大小和連桿位移大小的數(shù)據(jù)采集都采用此種硬件結(jié)構(gòu)。傳感器把物理信號轉(zhuǎn)變成電信號后經(jīng)過放大器進行初級放大，在放大有用信號的同時，各種噪聲(傳感器內(nèi)部噪聲、外界干擾噪聲、測試過程抖動引起的噪聲)也同時被放大，所以信號要經(jīng)過濾波處理。信號經(jīng)過濾波電路初級處理后通過C8051F350的數(shù)模轉(zhuǎn)換接口把模擬的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。C8051F350內(nèi)部有一個全差分24位Sigma-Delta 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），該ADC具有在片校準功能。兩個獨立的抽取濾波器可被編程到1 kHz的采樣率，可以使用內(nèi)部的電壓基準，也可以用差分外部基準進行比率測量。ADC包含一個可編程增益放大器，有8種增益設(shè)置，最大增益可達128倍[3]。

　　在數(shù)據(jù)采集過程中加入GPS模塊是為了保證力和位移數(shù)據(jù)同步采集。GPS由24顆衛(wèi)星組成，可以保證地球上任意一點、任何時刻都能接收至少4顆以上的衛(wèi)星信號。衛(wèi)星的載波頻率由裝備在每顆衛(wèi)星上的精度很高的兩個銣原子鐘和銫原子鐘產(chǎn)生，采用CDMA區(qū)分各星的信號，GPS接收機能給出優(yōu)于1的授時精度，性能優(yōu)越的甚至能達到10的同步精度。GPS系統(tǒng)有全天候、精度高、價格低等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于時間同步[4]。由于力信號采集系統(tǒng)和位移信號采集系統(tǒng)都配備了GPS模塊，這樣可以確保兩個系統(tǒng)同時進行采集，保證數(shù)據(jù)良好的對應(yīng)關(guān)系，把力和位移的特性準確地反映出來。GPS模塊的輸出信號要通過電平轉(zhuǎn)化芯片，使得輸出信號符合C8051F350的電平特性。
　　指示燈用來監(jiān)視系統(tǒng)的工作情況：監(jiān)視無線模塊是否在傳輸數(shù)據(jù)，系統(tǒng)電量是否充足，系統(tǒng)是處于工作狀態(tài)、休眠狀態(tài)還是關(guān)機狀態(tài)等。
2.2 檢測評估儀硬件設(shè)計
　　檢測評估儀硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。此部分MCU使用Silicon公司C8051F340，它具有8051的控制內(nèi)核，開發(fā)周期短。C8051F340是屬于軍品級產(chǎn)品，穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、耐低溫，指令運行采用流水線技術(shù)，計算速度快。LCD是SHARP公司生產(chǎn)的10.4寸640×480的液晶產(chǎn)品，產(chǎn)品型號為LQ104V1DG52，它抗干擾能力強，可以在復(fù)雜的電磁環(huán)境下工作，而且耐低溫，可在寒冷的天氣環(huán)境中工作。

　　主芯片控制無線模塊接收來自數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)，通過SPI放到MCU的緩存器中，這部分數(shù)據(jù)經(jīng)過初級處理存儲到外部存儲器中，方便日后的研究工作繼續(xù)進行。緩沖器中的數(shù)據(jù)經(jīng)過再次處理后，通過UART傳輸?shù)絃CD驅(qū)動卡的存儲器中，最后在LCD上顯示出測量曲線。
　　此部分設(shè)計中，最為重要的就是數(shù)據(jù)處理，既要保證處理數(shù)據(jù)方法的適當(dāng)，又要保證處理后的數(shù)據(jù)可以準確反應(yīng)殲擊機操縱系統(tǒng)的情況。在這里數(shù)據(jù)處理初步采用均值濾波的方法，目的是濾掉信號中的高頻分量和測量噪聲。

 　　通過對系統(tǒng)函數(shù)幅頻特性的觀察，可以看出當(dāng)N=8的時候就表現(xiàn)出比較好的低通特性，當(dāng)把N的值增加到100或者更多的時候，它的低通特性會表現(xiàn)得更加明顯。用這種算法具有運算速度快、算法簡單等優(yōu)點。在后期調(diào)試過程中如果需要減輕CPU的工作負擔(dān)，此部分的算法可以采用硬件實現(xiàn)。從數(shù)字信號處理的角度來看，式 (1) 可以看做階的差分方程。N階的差分方程可以重寫為：
　　

 式(5)的流圖轉(zhuǎn)化成為IIR直接型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3 評估方法
　　將測量得到的曲線和標準的曲線進行對比，如果多次測量得到的結(jié)果不符合標準曲線，則可以認為此操作系統(tǒng)存在系統(tǒng)隱患。在以后的使用和實踐過程中，可以通過進一步研究用數(shù)學(xué)手段和檢測方法把此系統(tǒng)升級到專家系統(tǒng)。
　　殲擊機操縱性能地面檢測評估系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了產(chǎn)品質(zhì)量檢測精度，縮短了檢測時間和勞動強度，并減少了人員參與量。通過對操縱桿/舵操縱力－位移的多次測量，得到了大量的有效數(shù)據(jù)，在后續(xù)工作中可以對殲擊機操縱系統(tǒng)的操縱性和品質(zhì)因數(shù)進行更加系統(tǒng)科學(xué)的核算。此外，這些有效的數(shù)據(jù)經(jīng)過長時間的測量可以有效地估算出殲擊機操縱系統(tǒng)磨損情況、使用壽命，也可以為新型殲擊機的研制提供大量數(shù)據(jù)參考，也會對未來數(shù)字化生產(chǎn)提供技術(shù)儲備和范例，同時更能促進該行業(yè)規(guī)范和標準的形成。
參考文獻
[1] 周建新. 殲擊機操縱系統(tǒng)故障引起的飛行品質(zhì)問題[J]. 飛行試驗，1993，9(4).
[2] 馮元生，鄭錦榕，陶梅貞. 殲擊機結(jié)構(gòu)設(shè)計[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1985.
[3] SILICON L. C8051F35x development kit user′s guide, 2005.
[4] 王冠凌，郎朗，王漫海. 基于ZigBee和GPS廣播電視時鐘授 時系統(tǒng)的研究[J]. 自動化與儀器儀表,2008，29(5).
[5] 丁玉美，高西全. 數(shù)字信號處理 [M]. 西安：西安電子科技大 學(xué)出版社，2001.