光传飞行控制系统实现技术的分析

光传飞行控制系统实现技术的分析

雷彦军

中航飞机股份有限公司研发中心710089

摘要：相对于电传操作来说，光传操纵具有抗电磁干扰、传输容量大、体积小、重量轻等优点，其能够有效的进行光传飞行控制，相信随着科学技术的不断研究，其将是未来飞行控制技术发展的趋势。为了能够良好的进行光传飞行控制，并使其良好发展，在此本文将对光传飞行控制系统实现技术进行分析与研究。

关键词：光传操作；飞行控制计算机；光交叉通道数据链路

随着飞机应用的日益广泛，人们对飞行速度及飞行品质提出了更高的要求。为此，应当利用光传飞行控制代替电传飞行操控，从而有效防御电磁干扰、电磁脉冲、核辐射干扰等，促使飞机性能增强，飞行品质提升[1]。当然，要想使光传飞行控制良好进行，需要保证光传飞行控制实现技术发挥作用。以下笔者提出舰载机光传飞行控制地面半物理验证系统假设方案，对光传飞行控制系统实现技术进行分析和研究。

光传飞行控制地面半物理验证系统方案设计

1.光传飞行控制地面半物理验证系统总体结构配置

出于提高光传飞行控制地面半物理验证系统的应用性，对系统总体结构予以合理配置，使之由控制台计算机、飞行动力学计算、光传飞行控制计算机、起降引导计算机等组成（参考图一）。

2.光传飞行控制地面半物理验证子系统方案设计

（1）控制台子系统

为了构建人机交互界面，使得相关工作人员可以对仿真系统进行操作，发挥起降引导方式选择、航路规划等功能，对于控制台计算机系统的设置是：①仿真模型参数设置，也就是基于舰载机相关参数，对仿真系统各模型参数进行适当的修改，进而保证模型可以有效应用。②仿真任务状态设置，也就是明确仿真系统仿真任务及目的，对仿真任务初始状态进行合理配置，在此基础上对任务项目的功能进行合理配备。③仿真数据实时记录与管理。为了保证仿真数据能够为后续光传飞行控制提供依据，需要在仿真系统运作的过程中实时记录仿真数据，并且更好的存储和管理数据[2]。

光传飞行控制计算机子系统

为了保证光传飞行控制系统能够充分发挥作用，在对其予以设置的过程中，应当借助于嵌入式开发计算机来修改飞行控制计算机，使其功能增强，传感器信号准确读入、控制律计算准确、电源模块应用良好等。

光输入作动器子系统

因为光输入作动器子系统主要包括舵机控制器和伺服舵机。为了使这两部分能够有效的应用，在对其予以优化设置的过程中，应当重点调整光总线读取控制信号、控制律计算、串接口传输能力等，以便光输入作动器子系统能够基于光传飞行控制地面半物理验证系统的需求科学、合理的运作[3]。

光传飞行控制计算机系统硬件设计与实现

光传飞行控制计算机总体结构与功能设计

光传飞行控制系统借助光纤、波分复用器等光学元件来进行信息传播，所以此系统的设置与电传飞行控制系统不同。基于舰载机的应用需要，配置的光传飞行控制系统硬件结构参考图二。

基于图二，可以确定光传飞行控制系统设计，具有以下特点：

（1）信号光传。基于能量电传/信号光传的原理，进行的光传飞行控制系统设计，其大部分传感器及动作器均是由电源供电，并且传感器、动作器的信号采用光纤传输，这使得光传飞行控制更加灵敏、准确、快速[4]。

（2）开放性。基于光传飞行控制技术进行系统设计，使得系统电路得到有效处理、预留数据接口可以有效应用，促使系统形成了一种开放式的结构，能够根据不同任务需求，科学、合理的应用。

飞行控制计算机主控制模块设计

嵌入式飞行控制板模块设计

飞行控制板作为飞行控制计算机的中枢，其应用好坏对飞行控制计算机的应用性能有很大影响，所以，进行嵌入式飞行控制模板设计时应当高度重视微处理器、RAM、中断控制器、内部总线接口电路、时钟电路等方面的优化设计。

二次电源模块设计

出于满足不同用电设备需求的考虑，在对二次电源模块进行设计的过程中，注意采用+5V、12V的直流电源，如此可以为飞行控制板、输出输入模块等提供能量。在此，笔者需要说明的是二次电源模块的选择，应当主要保证DC/DC转换效率高，并且满足安全性和可靠性的要求[5]。

高速高精度飞控计算机输入输出模式

高精度模拟信号输入/输出远程光模块设计

通常，飞行控制系统的模拟信号有两种，即直流模拟信号和交流调制信号。为了保证高精度模拟信号输入/输出远程光模块能够有效的应用，需要对模块的各个组成部分进行数字化处理，如模拟传感器等，在此基础上，深入分析模块各个组成部分的应用需求，进而合理选择适合的模拟信号。

离散信号输出/输入远程光模块设计

由于离散输入电路将飞机的各种按钮、开关等离散信息转换为计算机可识别的数字信息，离散输出电路则是将CPU输出的数字信号变为各种离散量形式的输出。为了提高模块应用性，需要对飞行控制进行处理，使计算机内外部开关量与计算机电平之间良好转换，并且使得离散量为+5V、+15V、+27V。

光输入作动器控制系统设计与实现

信号光传/能量电传作动系统结构设计

以单片机为控制器的光输入作动器控制系统是借助主流航空电源，通过电缆为控制器、直流电机供电，使系统可以有效的应用。因此，光输入作动器控制系统的总体结构参考图三。在按照图三进行光输入作动器控制系统设计的过程中，利用计算机的光指令信号来控制光/电转换模块；利用单片机与反馈单位器来测定信号位置；利用控制律计算来生成PWM信号。

信号光传/能量电传作动系统硬件设计

单片机主控电路的设计

出于对舰载机光传飞行控制有效性的考虑，在此对C80015F531这种完全集成的低功耗混合信号单片机进行应用分析，确定其具有兼容性强、运算速度高、多路输入能力等特点，所以基于此单片机的主控电路应当控制在1.8V-5V电压范围内，且保证内部电压、PWM生成器、UART接口等方面设置良好[6]。

直流伺服电机选型设计

因为直流伺服电机性能好坏对整个系统的性能有很大影响。所以，在进行直流伺服电机选型设计的过程中，一定要注意分析系统输出力矩及宽带要求，进而科学合理的选型。

结束语：

随着科学技术的发展，我国对飞行速度及飞行品质提出了更高的要求。为此，应当利用光传飞行控制代替电传飞行操控，从而有效防御电磁干扰、电磁脉冲、核辐射干扰等，促使飞机性能增强，飞行品质提升。本文基于以上舰载机光传飞行空系统实现技术研究，确定光传飞行控制系统的构建是非常复杂的，容易出现差错，所以为了提高光传飞行控制系统的应用性，需要基于光传飞行控制应用要求对系统各个部分合理规划与设置，进而提高系统的应用价值。

参考文献

[1]王新华.光传飞行控制系统实现技术研究[D].南京航空航天大学,2012.

[2]梁超峰.直升机光传飞控系统的实现技术研究[D].南京航空航天大学,2012.

[3]林一晖.小型无人直升机飞行控制与实现技术研究[D].南京航空航天大学,2013.