无线传感网络下的舵面参数校准技术范文

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在对飞机舵面位移参数测试校准中，传统对于垂直转角舵面位移参数的校准是采用有线倾角传感器，将倾角传感器安装在被测点，通过15米左右的线缆将传感器与数显设备相连，记录人员通过数显设备读取角度值，位移参数的码值通过机载检查计算机读取。通常舵面位移参数校准属于操纵杆和随动舵面的多参数联合校准，一般需要在操纵杆和左右副翼/升降舵共安装三套校准装置，校准过程中，操作人员通过控制操纵杆进行操作，记录过程中操作人员必须将操纵杆稳定在某一固定角度，记录人员需要同时手动记录三组共6个数据。

在传统校准方式下，记录三组数据总共需要10s左右的时间，在这过程中操作人员需要保证操纵杆角度稳定在固定位置，如果操作不当角度值发生变化而校准人员没有发现，则会导致两个问题：1、同一组参数的角度值和码值不匹配，，数据产生偏差，影响测试精度；2、三组位移参数的数据不同步，影响后续的飞行数据分析结果。另外，收放测试线缆会给测试校准带来额外工作量，且存在安全隐患。面对如此多的问题，亟待研究一种飞机舵面参数测试校准的新方法。技术方案设计基于无线传感网络的舵面参数校准技术的研究，主要是在现有传统校准方法的基础上，通过无线传感网络技术实现无线传输，并自主研制基于C#的自动化校准软件，实现飞机舵面位移参数的自动同步校准。系统总体架构如图2所示：在飞行试验舵面参数测试校准过程中，校准计算机实时读取、记录采集器数据，同步读取、记录网关数据，如此避免了传统校准方式下多组参数无法保证同步的问题，同时避免了手动读数记录过程中引入的人为误差。开发实用的采集记录处理综合软件可实现全过程的数据监控、错误告警、自动校准、数据分析以及结果生成的一系列功能，可极大地提高工作效率。

1．无线传感网络的实现

根据飞行试验舵面参数测试校准过程中操纵杆和随动舵面的实际情况，研究满足机载环境要求的无线传感网络系统拓扑结构，采用星形结构，该结构包含一个网关和若干节点（一般为3个）。在舵面参数测试校准中，传感器节点分布在操纵杆、左右副翼或升降舵等位置，节点数量可灵活配置，节点对测得的角度数据进行初步处理后传递给网关，以无线通讯协议来实现传感器信号的信息流传递。网关置于校准计算机附近，通过485/USB通讯线连接计算机，负责与各节点间输入输出信号的交换和控制，保证整个网络正常运行，同时与上位机系统通讯，实现数据交换。网络节点由传感模块、计算模块、通信模块、存储模块、电源模块和嵌入式软件系统这6个功能模块组成。传感模块负责探测目标物理特征（如角度、温度、压力等），计算模块负责处理数据和系统管理，存储模块用于存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和感知信息发送及接收，电源模块负责为节点供电，嵌入式软件用以支撑整个节点，运行网络协议。传感器网关具有无线接收、数据流和信息流的汇总传递功能，与校准计算机通过485转USB通讯线连接，校准计算机通过向网关发送读取寄存器的指令，获取相应的数据信息。

2．配套软件的设计

编制一套实用软件，实现对无线传感器及机载相关测试系统的控制与监测，实现自动校准，提高效率与精度。软件主要实现了与无线传感网络的通讯，对采集器配置文件的解析，对网络数据包的接收，对校准结果的显示和保存等，软件流程图如图3所示。串口网口通讯模块主要功能：设置通讯串口信息，实现计算机与网关间的数据通讯；载入采集器编译生成的XML文件，将其中校准参数名称、数据包中帧地址等信息解析，选择相应网口，实现计算机和数据采集器的通讯。数据采集解析模块主要功能：对于从网关接收到的数据按照Modbus格式进行解析，得到对应物理量值；对于从数据采集器接收到的数据按照IENA格式进行解析，得到对应码值。实时显示告警记录模块主要功能：校准开始后，实时数据监控界面中将相应参数的物理量和码值实时显示并记录，实现对数据趋势的随时监控，发生明显错误时进行自动告警，实施方案如图4所示。结果计算模块主要功能：将校准过程中解析的数据实时记录完成后，对每个参数的校准结果进行计算，并以表格和曲线的方式分别显示，显示校准精度。校线生成模块主要功能：校准精度能够满足要求时，自动生成标准校线，对于多个通道的校准数据，可批量生成标准校线。系统验证根据图2在实验室搭建测试系统，选取测量范围为±90°的无线倾角传感器，将无线倾角传感器安装在光学分度头垂直转动面上，节点输出的角度信息通过节点发送至网关；同时安装1JY6型角位移传感器，并通过KAM采集器采集角位移传感器的输出码值，实验室系统搭建如图5所示。测量点选取及数据处理满足院标Q/FY.J02.52.9－2014，测试数据见图6。通过以上数据可以看出，相比传统舵面参数测试校准精度，基于无线传感网络参数测试校准系统，精度提高了3倍以上。此外，基于无线传感网络舵面参数测试校准系统还避免了由于铺设倾角传感器与显示器之间的线缆带来的额外工作和安全隐患。通过现场基于无线传感网络舵面参数测试校准自动化综合处理软件自动采集记录数据，数据记录开始到生成校准曲线时间仅需要几分钟，短了校准时间，极大提高了校准效率。

结束语

基于无线传感网络测试校准系统可满足各型固定翼飞机对升降舵、副翼等位移偏度的校准要求，相比于传统校准方式，保证了多参数联校过程中的同步性，避免了校准过程中产生人为误差，同时提高了校准精度与工作效率，可为飞行试验数据处理提供更准确的依据

作者：黎玮 冯铭瑜 白雪 单位：中国飞行试验研究院工程师