CN101988864B - 一种用于飞机地面试验的信号发生器及其应用方法 - Google Patents
一种用于飞机地面试验的信号发生器及其应用方法 Download PDFInfo
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Abstract
为解决现有技术中的问题,本发明提供了一种信号发生器在飞控系统试验中的应用方法及相应信号发生器,其中,在飞行员在飞机铁鸟试验系统、工程模拟器上进行在环试验时,将操纵指令信号记录下来,再将记录下来的数据通过信号发生器发出,用于驱动飞机的操纵机构,从而复现飞行员在环试验的真实效果。优选地,所述信号发生器在向飞机的操纵机构输出上述信号时,还通过自身的显示装置向技术人员显示所述信号的波形。
Description
技术领域
本发明涉及信号发生器,尤其涉及用于飞机地面试验的信号发生器及其在该试验中的应用方法。
背景技术
传统的信号发生器(装置)只能满足用户发送标准信号波形的一般需求,但是在真实的试验系统中往往存在许多不确定因素,如外界干扰、各类模拟飞行等,使得系统的输入指令信号复杂多样,然而在此输入下的系统响应却真实反映了系统的内在特性。为了复现这样的激励输入,更真实地研究系统特性,就需要一种信号发生器能够将这些特定不规则的信号模拟输出。
飞行员在环试验是型号研制中的关键试验,通常由飞行员在飞机铁鸟试验系统或工程模拟器上进行,而为了重复测试一项科目,往往需要飞行员尽量精确地重复执行相同的输入,然而,由于每次飞行试验中偶然因素的存在,对系统输入的影响不可预知,飞行员本人也难以将非正常的操作输入复现。
因此,需要一种新的信号发生器及其在飞机地面试验中的应用方法,能够将飞行员从这种重复工作中解脱出来。
发明内容
本发明提出,在飞行员在飞机铁鸟试验系统、工程模拟器上进行在环试验时,将飞行员的操纵指令信号记录下来,再将记录下来的数据通过信号发生器发出,用于驱动飞机的操纵机构,从而复现飞行员在环试验的真实效果。优选地,所述信号发生器在向飞机的操纵机构输出上述信号时,还通过自身的显示装置向技术人员实时显示所述信号的波形。
根据本发明的一个具体实施例,提供了信号发生器在飞机地面试验中的一种应用方法,包括以下步骤:a.采集飞行员在进行所述飞机地面试验时的操纵指令信号;b.记录采集到的所述操纵指令信号;c.根据步骤b中的记录,重新产生所述操纵指令信号。
优选地,步骤b之后还包括:将步骤b中的记录转换为波形的可视信号;显示所述波形。
根据本发明的另一具体实施例,提供了一种用于飞机地面试验的信号发生器,其中,所述信号发生器将数据采集系统采集并保存的飞行员在进行所述飞机地面试验时的操纵指令信号输出给飞机的操纵机构,从而模拟飞行员在场时的飞机地面试验。
其中,所述信号发生器的所述输出与所述飞机的主作动器控制电子设备的接口相匹配,并能够被所述主作动器控制电子设备所识别。
其中,根据权利要求3所述的信号发生器,其中,所述信号发生器的所述输出具有任一种波形:阶跃波波形;方波波形;三角波波形;锯齿波波形;正弦波波形;任意波波形。
其中,所述信号发生器包括:一个输入信号隔离与处理模块;一个嵌入式实时控制器;一个数模信号转换模块;一个信号调制模块;以及一个输出信号隔离与处理模块;所述输入信号隔离与处理模块用于接收所述主作动器控制电子设备输出的正弦激励信号,并对所述正弦激励信号进行低通滤波并调整其幅值,使其成为合适的载波信号,并将所述载波信号提供给所述信号调制模块;所述嵌入式实时控制器用于对数据采集系统采集并保存的飞行员在进行所述飞机地面试验时的操纵指令信号进行计算处理,得到所述数字域的操纵指令信号并将其提供给所述数模信号转换模块;所述数模信号转换模块用于将所述数字域的操纵指令信号转换成相应的模拟域的操纵指令信号,并将其提供给所述信号调制模块;所述信号调制模块用于以所述模拟域的操纵指令信号的幅值来控制所述载波信号的幅值,以得到已调信号并将其提供给所述输出信号隔离与处理模块;所述输出信号隔离与处理模块用于将所述已调信号进行电气隔离,再将隔离后的已调信号进行低通滤波并调整其幅值,再以电压跟随器形式提高其驱动能力后输出给所述主作动器控制电子设备。
其中,所述嵌入式实时控制器还用于在所述输出信号隔离与处理模块向所述主作动器控制电子设备输出所述提高了驱动能力的已调信号时,实时显示所述提高了驱动能力的已调信号的波形。
采用本发明提供的方法和信号发生器,可以有效地解决飞行员难以将非正常的操作输入复现的问题,不但有效地降低了飞行员重复工作的工作量,也节约了试验成本。
附图说明
通过阅读以下结合附图对非限定性实施例的描述,本发明的其它目的、特征和优点将变得更为明显和突出。其中,相同或相似的附图标记表示相同或相似的装置或步骤特征。
图1示出了根据本发明的一个具体实施例的飞控系统试验场景;
图2为根据本发明的一个具体实施例的信号发生器在飞控系统试验中的应用方法流程图;
图3为根据本发明的一个具体实施例的信号发生器的框图。
具体实施方式
本发明示例性的实施方式将在以下内容中参考附图详述。在不偏离本发明的精神以及范围的情况下,本领域的技术人员可以实施本发明的这些或其他的改进和变化。
参看图1,其中示出了根据本发明的一个具体实施例的飞控系统试验场景,该试验一般在飞机设计单位的试验场地进行。其中,飞行员2在飞机铁鸟试验系统3上协助进行飞机地面试验,他输入的各种操纵指令信号包括通过机械装置输入的信号和通过按钮输入的信号,都通过线路4被数据采集系统10采集并记录,此时飞行员2已经可以从该试验中解放出来,信号发生器11与数据采集系统10相连并能读取后者记录的操纵指令信号并通过线路5提供给飞机铁鸟试验系统3,代替飞行员2来进行所需的重复劳动。根据本发明的一个具体实施例,用于将信号发生器应用于飞机地面试验的系统包括数据采集系统10以及信号发生器11,且所述系统通过以下结合方法流程的描述将可被足够清楚地理解。
参看图2,其中,详细地示出了图1所示场景中的信号发生器的应用方法流程,应当理解,该系统中的至少部分步骤既可以以硬件的方式实现,也可以以软件的方式实现,或者以软件与硬件相结合的方式例如烧录了相应程序的芯片来实现。其具体实现方式并不构成对本发明保护范围的限制。
照图2并结合图1,其中,飞行员2正在飞机铁鸟试验系统3中进行地面试验,为了完成某个科目,不失一般性地假设为:检测以X为半径进行U型转弯所需的时间,飞行员2操纵飞机铁鸟试验系统3上的各个机械部件或电子器件来完成该指定动作,例如,扳动方向盘,并调整飞机的水平尾翼的姿态,等等。
在每次飞行试验中,都会有各种各样的偶然因素存在,上述偶然因素既可能来自于飞行员2本身,也可能来自飞机铁鸟试验系统3,或者来自于环境。例如,飞行员2在推动方向盘时,左肩有微微的耸动,这一动作对于他的操纵指令信号产生了些许的影响,于是,在飞机铁鸟试验系统3执行的动作中,飞行员2这一不经意的举动也起了作用。
但是,飞行员2向飞机铁鸟试验系统3输入的信号(指令)往往是无法用人力来重现的,例如,如果研究人员希望飞行员2以非常准确的精度再现上一次控制飞机以半径X进行U型转弯时,他几乎不可能以完全相同的速度、幅度来完美地予以再现。因此,现有技术中,也只能要求飞行员2一次又一次地重复进行试验,增加了工作量。
在本发明中,创意性地提出了借助数据采集系统10,在步骤S20中采集飞行员2在进行试验时的操纵指令信号。例如,以时间为横轴,采集在多个时间点上,方向盘被向前推动或向后拉动的角速度,以及飞行员2为执行动作而转动方向盘的速度、角度等等参数。
重要地,飞行员2在上述过程中的一些偶然动作所产生的影响也忠实地反映在了步骤S20中采集到的数据之中。并且,对于以电信号方式传导的各类操纵指令信号例如飞行员2发出的语音控制指令,飞机铁鸟试验系统3本身稳定或变化的电磁场也可能对这类操纵指令信号构成影响,另外,测试场景以外的电器设备所产生的电磁场也可能在其中的某一时刻或者一段时间内对这类电信号方式传导的操纵指令信号构成影响。而步骤S20正是对受到影响或干扰的真正传递给飞机铁鸟试验系统3的操纵指令信号进行采样,从而得到采样结果。
本领域技术人员理解,上述的以时间作为采样基础的实施例不构成对本发明保护范围的限制,在不脱离本发明思想的基础上,可以以其它物理量作为采样基础,例如频率。
步骤S20中采集到的操纵指令信号将在步骤S21中被数据采集系统10保存。根据一个非限定性的实施例,在步骤S21中,一个数据文件例如一个文本文件将被生成,并在其中以描点的方式记录该操纵指令信号,具体形式包括但不限于表1所示:
表1:记录的操纵指令信号
时间 | 角速度 |
T1 | R1 |
T2 | R2 |
T3 | R3 |
T4 | R4 |
T5 | R5 |
... | ... |
TM | RM |
可见,这样生成的文本文件的尺寸一般是在比较理想的范围之内的。
为了方便查找和使用,步骤S21中生成并编辑的这个文本文件的属性信息与本次试验相关联,例如,该文本文件的命名包含试验的日期、飞机铁鸟试验系统3的技术参数或编号、飞行员2的编号或姓名、技术人员的编号或姓名、具体的飞行科目等等。
此后,如果需要再现刚才的飞行动作,飞行员2将不再需要重新进入飞机铁鸟试验系统3,而只需要由信号发生器11来根据信号采集装置10此前采集并记录的飞行员的操纵指令信号来自动地执行步骤S22。具体地,信号发生器调用上述文本文件,并输出具有由其中的内容(例如表1)所定义的波形的信号。也即,步骤S21中所记录的操纵指令信号。
其中,步骤S22中输出的信号一般被提供给飞机铁鸟试验系统3上的操纵结构,从而使该操纵机构能够再现飞行员2的操纵指令信号。此外,步骤S22中重新产生的操纵指令信号还可以被提供给一个示波器,从而在向飞机铁鸟试验系统3输出指令还原飞行员2的指令的同时,对这一被还原的操纵指令信号的波形进行直观的展现。
但是,本申请的发明人先见性地发现了这样一个问题,那就是当使用示波器时,到达示波器的信号已经经历了各种线路的损耗,而且可能受到外界的干扰,并非是最原始的被记录下来的飞行员2的操纵指令信号。此外,在试验场地人员、设备都较多的场合下,造价昂贵的示波器有可能被损坏,造成一定的经济损失。
为此,本例中的方法还包括一个步骤S23和一个步骤S24。
优选地,在步骤S21中记录下步骤S20中采集到的信号后,该方法在适当的时候执行步骤S23,其中,通过读取记录的具体内容,例如表1所示的文本文件中的信息,并将其进行转化,即可获得体现为一种波形的可视信号。优选地,本发明中应用的信号发生器本身具有显示功能,从而可以将该波形直观地呈现在研发人员和飞行员2面前。
与使用示波器来基于步骤S22中提供的信号来示出一个波形不同的是,通过步骤S23-S24直接将一个文本文件中记录的采样结果描绘成一个曲线,而并非真的产生一个具有相应波形的电信号,完全真实显示了记录的数据,避免了根据采样结果重新进行信号发生-传导-显示这一过程中可能引入的新的失真,最大程度地还原了飞行员2的操纵指令信号。
有利地,在实际应用时,上述步骤S23、S24的执行可以和步骤S22的执行并行,也即,在利用示波器来观察波形的同时,可以通过信号发生器上的显示功能来观察起初采样时得到的采样结果形成的原始波形是怎样的。
可选地,信号发生器11上的显示功能可以在一定程度上取代示波器的作用。于是,在通过执行步骤S22来根据记录的操纵指令信号来产生用于控制飞机铁鸟试验系统3的操纵机构的新的操纵指令信号的同时,技术人员可以通过信号发生器来看到是什么样的操纵指令信号正在作用于飞机铁鸟试验系统3。
图3示出了根据本发明一个具体实施例的用于飞机地面试验的信号发生器框图,以下从几个方面对所示信号发生器11进行介绍:
功能需求
该信号发生器11模拟飞机操纵机构传感器的输出,输出信号品质与飞机传感器信号品质相同,并与飞机计算机接口匹配,能够被飞机计算机识别。
该信号发生器11可以模拟飞机操纵机构控制端的信号输出,具体包括阶跃、方波、三角波、锯齿波、正弦波等标准波形信号和不规则的任意波形信号,输出信号的波形参数可通过软件来设置或调整。
接口需求
该信号发生器11可接收飞机主作动器控制电子设备(PrimaryActuator Control Electronics,简称P-ACE)产生的正弦波激励信号,且该信号发生器11输出的信号能模拟实际操纵机构传感器的输出信号并被P-ACE正确识别。
系统组成
按照系统功能需求,信号发生器11可划分为五个模块:输入信号隔离与处理模块110、嵌入式实时控制器111、数模信号转换模块112、信号调制模块113和输出信号隔离与处理模块114。
输入信号隔离与处理模块110
输入信号隔离与处理模块110是信号发生器11与P-ACE的输入接口,用于接收P-ACE输出的正弦激励信号,它具有2个作用:1-使该正弦激励信号与信号发生器11内部电路隔离;2-将隔离后的信号进行低通滤波,并将其幅值调整到合适的范围,便于后继电路的处理。其中,由于正弦激励信号在后面的调制中起的是载波作用,因此模块110的作用是对外部正弦激励信号进行处理,使其成为合适的载波。
嵌入式实时控制器111
嵌入式实时控制器111负责协调和控制信号发生器11内部各个模块的工作,主要包括以下几个功能:1-与用户进行交互,通过用户界面来完成飞行员的操纵指令信号的数据文件的选取,输出通道和波形参数的设置,并且在波形信号的输出过程中能将其实时显示出来;2-根据要求,将外部的数据采集系统10保存的飞行员的操纵指令信号的数据文件导入并进行处理;3-控制数模转换模块完成模拟信号的输出。
数模信号转换模块112
数模信号转换模块112主要由若干DAC(数字模拟转换器)构成,亦即提供相应数量的电压输出通道,由嵌入式实时控制器111计算处理后的数字量(数字域的操纵指令信号)传输至该模块,转换成相应的调制信号模拟量(模拟域的操纵指令信号),为后继的信号调制做准备。
信号调制模块113
信号调制模块113的功能在于以调制信号的幅值去控制载波信号的幅值,从而得到已调信号,而它的输入信号由两部分组成:来自于P-ACE的载波信号;数模信号转换模块112输出的调制信号。
输出信号隔离与处理模块114
该模块是信号发生器11与P-ACE的输出接口,执行2个操作:1-将信号调制模块得到的已调信号进行电气隔离;2-将隔离后的已调信号进行低通滤波,并将其幅值调整到合适的范围,再以电压跟随器形式提高其驱动能力,使输出信号可与P-ACE接口,能够被飞机计算机识别。
以上对本发明的具体实施方式进行了描述。需要说明的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变型或修改。
Claims (8)
1.一种信号发生器在飞机地面试验中的应用方法,包括以下步骤:
a.采集飞行员在进行所述飞机地面试验时的由飞行员的非正常操作输入指令和/或偶然因素引起的操纵指令信号;
b.记录采集到的所述操纵指令信号;
c.根据所述步骤b中的记录,重新产生所述操纵指令信号,其中,所述操纵指令信号被提供给飞机的操纵机构。
2.根据权利要求1所述的应用方法,其中,所述步骤b之后还包括:
-将所记录的所述操纵指令信号转换为波形的可视信号;
-显示所述波形的所述可视信号。
3.一种用于飞机地面试验的信号发生器,其中,所述信号发生器将数据采集系统采集并保存的飞行员在进行所述飞机地面试验时的操纵指令信号输出给飞机的操纵机构,从而模拟飞行员在场时的飞机地面试验;
其中,所述信号发生器包括输入信号隔离与处理模块、嵌入式实时控制器、数模信号转换模块以及信号调制模块;
其中,所述输入信号隔离与处理模块用于接收飞机的主作动器控制电子设备输出的正弦激励信号,并对所述正弦激励信号进行低通滤波并调整其幅值,使其成为合适的载波信号,并将所述载波信号提供给所述信号调制模块;
所述嵌入式实时控制器用于对所述数据采集系统采集并保存的飞行员在进行所述飞机地面试验时的所述操纵指令信号进行计算处理,得到数字域的操纵指令信号并将其提供给所述数模信号转换模块;
所述数模信号转换模块用于将所述数字域的操纵指令信号转换成相应的模拟域的操纵指令信号,并将其提供给所述信号调制模块;
所述信号调制模块用于以所述模拟域的操纵指令信号的幅值来控制所述载波信号的幅值以得到已调信号。
4.根据权利要求3所述的信号发生器,其中,所述信号发生器的所述输出与所述飞机的主作动器控制电子设备的接口相匹配,并能够被所述主作动器控制电子设备所识别。
5.根据权利要求3所述的信号发生器,其中,所述信号发生器的所述输出具有任一种波形:
阶跃波波形;
方波波形;
三角波波形;
锯齿波波形;
正弦波波形;
任意波波形。
6.根据权利要求4所述的信号发生器,还包括:
一个输出信号隔离与处理模块;
其中,所述输出信号隔离与处理模块用于将所述已调信号进行电气隔离,再将隔离后的已调信号进行低通滤波并调整其幅值,再以电压跟随器形式提高其驱动能力,并将提高了驱动能力的已调信号输出给所述主作动器控制电子设备。
7.根据权利要求6所述的信号发生器,其中,所述嵌入式实时控制器还用于在所述输出信号隔离与处理模块向所述主作动器控制电子设备输出所述提高了驱动能力的已调信号时,实时显示所述提高了驱动能力的已调信号的波形。
8.一种飞机地面试验系统,其中,包括根据权利要求3-7中任一项所述的信号发生器。
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