CN113777980A - 一种飞机座舱指控系统仿真测试装置及外部设备 - Google Patents

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Abstract

为了对干扰条件下飞机座舱指控系统的雷达反映情况进行低维护成本和便于实施的测试，本发明公开了一种飞机座舱指控系统仿真测试装置及其外部设备，所述仿真测试装置包括：飞机雷达(1)、屏蔽笼(2)、测试板(3)、多根测试接线(4)，所述外部设备包括第一电磁干扰发生单元(5)和第二电磁干扰发生单元(6)，所述测试板(3)设置于所述屏蔽笼(2)内，所述飞机雷达(1)、第一电磁干扰发生单元(5)和第二电磁干扰发生单元(6)设置于屏蔽笼(2)外，所述多个测试接线(4)均包括两个接线端子，所述各个接线端子的一端与测试板(3)连接，另一端与飞机座舱指控系统的飞行姿态控制信号输出端连接。

Description

一种飞机座舱指控系统仿真测试装置及外部设备
技术领域
本发明涉及一种测试和仿真设备，更具体地，涉及一种飞机座舱指控系统仿真测试装置及外部设备。
背景技术
飞机座舱设计是战斗机、民航客机等飞行器上除了发动机以外最复杂的设计工程，其中的驾驶员的安全性和飞机机体性能的控制可靠性必须得到保证，以避免各种内、外部因素对飞机驾驶安全的不利影响，并且保证能接触到在有限空间内设置的诸多仪器和诸多基本控制装置，操作便捷。尤其是战斗机座舱指控系统，是机体的“大脑”，采用以机载计算机为核心的技术设备，对飞行控制系统、通信系统、导航定位系统、武器发射系统等进行融合控制，产生正确、及时的作战信息给驾驶员并将驾驶员的反馈信息执行到飞机的相应系统。
随着战斗机世代的演进，对飞机座舱指控系统在各种天候和战斗环境下的可靠通信能力提出了越来越高的要求，尤其是当代的战斗机对飞行控制系统的控制指令中，经常由于极端或者特殊情况需要一键向多个系统发出重置初始状态或者一键将多个系统设置到特定状态的功能，这种指令特别不允许受到外界干扰。因此，飞机座舱指控系统的对飞机受到电磁干扰(直接电磁干扰或者由于飞行高度等环境因素造成的间接电磁干扰)时相关指令的执行可靠性和正确性提出了越来越高的要求。
现有的相关可靠性测试技术，主要是在机载计算机内或者与机载计算机连接的部件中设置信号采集装置和测试装置，以达到上述目的。然而，这种方式造成飞机座舱指控系统的测试成本显著提高，同时也带来了当机型升级或者座舱指控系统升级或变化时，相应的电磁干扰可靠性测试程序需要进行专门的调整以及严苛的测试，带来了程序开发成本的大幅提升。因此，亟需一种低维护成本和便于实施的飞机座舱指控系统测试设备。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种飞机座舱指控系统仿真测试装置及其外部设备，所述仿真测试装置包括：飞机雷达、屏蔽笼、测试板、多根测试接线，所述外部设备包括第一电磁干扰发生单元和第二电磁干扰发生单元，所述测试板设置于所述屏蔽笼内，所述飞机雷达、第一电磁干扰发生单元和第二电磁干扰发生单元设置于屏蔽笼外，所述多个测试接线均包括两个接线端子，所述各个接线端子的一端与测试板连接，另一端与飞机座舱指控系统的飞行姿态控制信号输出端连接。
进一步地，所述测试接线外套防波套。
进一步地，所述测试板为FPGA测试板卡和AD板卡，所述FPGA测试板卡包括电源、7片FPGA芯片以及板载接口，所述电源用于为各FPGA芯片供电，所述各片FPGA芯片采用1主6从的结构彼此连接，所述板载接口包括参与各种通信的接口和为FPGA烧录程序的接口；所述AD板卡包括AD7366芯片及其外围电路。
进一步地，所述7片FPGA芯片中，各从FPGA芯片用于建模以下干扰仿真模型：
(1)假设：第一电磁干扰发生单元或第二电磁干扰发生单元将电磁干扰分布到飞机雷达某个方向上的最小作用距离进行分散，干扰信号对雷达的分散形状为圆形分散；
(2)计算在飞机雷达某个方向上的最小作用距离上，第一电磁干扰发生单元或第二电磁干扰发生单元与飞机雷达之间的倾斜角
Figure BDA0003232112890000031
其中飞机的飞行高度为Hplane，所述最小作用距离为Dmin；
(3)计算干扰面积：设雷达散射系数为S，雷达被干扰面积为Δ，则根据
Figure BDA0003232112890000032
计算干扰面积，其中第一电磁干扰发生单元或第二电磁干扰发生单元的干扰频谱密度为An，雷达散射的干扰频谱密度为Ap，雷达对干扰的抑制系数为rN；
(4)设飞机雷达方向图宽度为δ，单位为度，干扰信号的辐射脉冲宽度为τ，单位为微秒，计算在第一电磁干扰发生单元或第二电磁干扰发生单元的干扰条件下，飞机雷达采样受到干扰的影响下产生的采样偏移距离
Figure BDA0003232112890000033
进一步地，所述第一电磁干扰发生单元和第二电磁干扰发生单元均是由程控开关、电阻、电感和电容组成的脉冲产生电路，区别仅在于组成二者的各个电阻、电感和电容的参数不同。
进一步地，所述第一电磁干扰发生单元产生的电磁干扰信号频率是第二电磁干扰发生单元产生的电磁干扰信号频率的2.5倍。
进一步地，所述第一电磁干扰发生单元的电阻、电感和电容组成结构为：包括第一电阻、第二电阻和第三电阻、第一电容、第二电容以及第一电感，所述第一电阻的第一端连接第一电磁干扰发生单元电源正极，第二端连接第一电容的正极和电感的一端，电感的另一端连接程控开关的一端，程控开关的另一端连接第二电阻的第一端和第三电阻的第一端，第二电阻的第二端连接第二电容的正极，第二电容的负极连接放大器的正输入端，第一电容的负极和第三电阻的第二端以及放大器的负输入端均连接第一电磁干扰发生单元电源负极。
经大量交叉对比试验、数据分析验证，以及仿真测试摸底，最终查实造成电磁干扰期间雷达延迟与最小作用距离之间的量化关系，使得遇到针对雷达的电磁干扰时，只要降低雷达方向图宽度即可增强飞机座舱指控系统的抗干扰能力这一关键性技术结论，迅速有效地摸清了飞机座舱指控系统电磁干扰机理，为后续的解决措施的提出及验证提供了有效的实验设备。
附图说明
图1是飞机座舱指控系统仿真测试装置及其外部设备的组成结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种飞机座舱指控系统仿真测试装置及其外部设备，所述仿真测试装置包括：飞机雷达1、屏蔽笼2、测试板3、多根测试接线4，所述外部设备包括第一电磁干扰发生单元5和第二电磁干扰发生单元6，所述测试板3设置于所述屏蔽笼2内，所述飞机雷达1、第一电磁干扰发生单元5和第二电磁干扰发生单元6设置于屏蔽笼2外，所述多个测试接线4均包括两个接线端子，所述各个接线端子的一端与测试板3连接，另一端与飞机座舱指控系统的飞行姿态控制信号输出端连接。
优选地，所述测试接线4外套防波套。
优选地，所述测试板3为FPGA测试板3卡和AD板卡，所述FPGA测试板3卡包括电源、7片FPGA芯片以及板载接口，所述电源用于为各FPGA芯片供电，所述各片FPGA芯片采用1主6从的结构彼此连接，所述板载接口包括参与各种通信的接口和为FPGA烧录程序的接口；所述AD板卡包括AD7366芯片及其外围电路。
优选地，所述7片FPGA芯片中，各从FPGA芯片用于建模以下干扰仿真模型：
(1)假设：第一电磁干扰发生单元5或第二电磁干扰发生单元6将电磁干扰分布到飞机雷达1某个方向上的最小作用距离进行分散，干扰信号对雷达1的分散形状为圆形分散；
(2)计算在飞机雷达1某个方向上的最小作用距离上，第一电磁干扰发生单元5或第二电磁干扰发生单元6与飞机雷达1之间的倾斜角
Figure BDA0003232112890000061
其中飞机的飞行高度为Hplane，所述最小作用距离为Dmin；
(3)计算干扰面积：设雷达1散射系数为S，雷达1被干扰面积为Δ，则根据
Figure BDA0003232112890000062
计算干扰面积，其中第一电磁干扰发生单元5或第二电磁干扰发生单元6的干扰频谱密度为An，雷达1散射的干扰频谱密度为Ap，雷达1对干扰的抑制系数为rN；
(4)设飞机雷达1方向图宽度为δ，单位为度，干扰信号的辐射脉冲宽度为τ，单位为微秒，计算在第一电磁干扰发生单元5或第二电磁干扰发生单元6的干扰条件下，飞机雷达1采样受到干扰的影响下产生的采样偏移距离
Figure BDA0003232112890000063
优选地，所述第一电磁干扰发生单元5和第二电磁干扰发生单元6均是由程控开关、电阻、电感和电容组成的脉冲产生电路，区别仅在于组成二者的各个电阻、电感和电容的参数不同。
优选地，所述第一电磁干扰发生单元5产生的电磁干扰信号频率是第二电磁干扰发生单元6产生的电磁干扰信号频率的2.5倍。
优选地，所述第一电磁干扰发生单元5的电阻、电感和电容组成结构为：包括第一电阻、第二电阻和第三电阻、第一电容、第二电容以及第一电感，所述第一电阻的第一端连接第一电磁干扰发生单元5电源正极，第二端连接第一电容的正极和电感的一端，电感的另一端连接程控开关的一端，程控开关的另一端连接第二电阻的第一端和第三电阻的第一端，第二电阻的第二端连接第二电容的正极，第二电容的负极连接放大器的正输入端，第一电容的负极和第三电阻的第二端以及放大器的负输入端均连接第一电磁干扰发生单元5电源负极。
以上所述，仅是本发明较佳实施方式。凡依据本发明的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种飞机座舱指控系统仿真测试装置及其外部设备，其特征在于，所述仿真测试装置包括：飞机雷达、屏蔽笼、测试板、多根测试接线，所述外部设备包括第一电磁干扰发生单元和第二电磁干扰发生单元，所述测试板设置于所述屏蔽笼内，所述飞机雷达、第一电磁干扰发生单元和第二电磁干扰发生单元设置于屏蔽笼外，所述多个测试接线均包括两个接线端子，所述各个接线端子的一端与测试板连接，另一端与飞机座舱指控系统的飞行姿态控制信号输出端连接。
2.根据权利要求1所述的仿真测试装置及其外部设备，其特征在于，所述测试接线外套防波套。
3.根据权利要求2所述的仿真测试装置及其外部设备，其特征在于，所述测试板为FPGA测试板卡和AD板卡，所述FPGA测试板卡包括电源、7片FPGA芯片以及板载接口，所述电源用于为各FPGA芯片供电，所述各片FPGA芯片采用1主6从的结构彼此连接，所述板载接口包括参与各种通信的接口和为FPGA烧录程序的接口；所述AD板卡包括AD7366芯片及其外围电路。
4.根据权利要求3所述的仿真测试装置及其外部设备，其特征在于，所述7片FPGA芯片中，各从FPGA芯片用于建模以下干扰仿真模型：
(1)假设：第一电磁干扰发生单元或第二电磁干扰发生单元将电磁干扰分布到飞机雷达某个方向上的最小作用距离进行分散，干扰信号对雷达的分散形状为圆形分散；
(2)计算在飞机雷达某个方向上的最小作用距离上，第一电磁干扰发生单元或第二电磁干扰发生单元与飞机雷达之间的倾斜角θ＝
Figure FDA0003232112880000021
其中飞机的飞行高度为Hplane，所述最小作用距离为Dmin；
(3)计算干扰面积：设雷达散射系数为S，雷达被干扰面积为Δ，则根据
Figure FDA0003232112880000022
计算干扰面积，其中第一电磁干扰发生单元或第二电磁干扰发生单元的干扰频谱密度为An，雷达散射的干扰频谱密度为Ap，雷达对干扰的抑制系数为rN；
(4)设飞机雷达方向图宽度为δ，单位为度，干扰信号的辐射脉冲宽度为τ，单位为微秒，计算在第一电磁干扰发生单元或第二电磁干扰发生单元的干扰条件下，飞机雷达采样受到干扰的影响下产生的采样偏移距离
Figure FDA0003232112880000023
5.根据权利要求4所述的仿真测试装置及其外部设备，其特征在于，所述第一电磁干扰发生单元和第二电磁干扰发生单元均是由程控开关、电阻、电感和电容组成的脉冲产生电路，区别仅在于组成二者的各个电阻、电感和电容的参数不同。
6.根据权利要求5所述的仿真测试装置及其外部设备，其特征在于，所述第一电磁干扰发生单元产生的电磁干扰信号频率是第二电磁干扰发生单元产生的电磁干扰信号频率的2.5倍。
7.根据权利要求6所述的仿真测试装置及其外部设备，其特征在于，所述第一电磁干扰发生单元的电阻、电感和电容组成结构为：包括第一电阻、第二电阻和第三电阻、第一电容、第二电容以及第一电感，所述第一电阻的第一端连接第一电磁干扰发生单元电源正极，第二端连接第一电容的正极和电感的一端，电感的另一端连接程控开关的一端，程控开关的另一端连接第二电阻的第一端和第三电阻的第一端，第二电阻的第二端连接第二电容的正极，第二电容的负极连接放大器的正输入端，第一电容的负极和第三电阻的第二端以及放大器的负输入端均连接第一电磁干扰发生单元电源负极。
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