機載遙測系統(tǒng)技術(shù)實施方案支

高飛 連強強 尹川

摘 要：飛行試驗是在各種極端環(huán)境下對飛行器各種戰(zhàn)術(shù)性能進行驗證的特殊領(lǐng)域，具有極高的試飛風(fēng)險和不可預(yù)知的突發(fā)情況，而機載遙測系統(tǒng)對于保障飛行安全和降低試飛風(fēng)險具有特殊的重要作用。為確保空地之間良好的接收效果，需要合理設(shè)計機載遙測方案并優(yōu)化技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：飛行試驗；機載；遙測系統(tǒng)

1 綜述

飛行試驗是在真實的飛行環(huán)境下進行的各種試驗，具有很高的技術(shù)風(fēng)險性及不可預(yù)測性。其中遙測監(jiān)控系統(tǒng)運用于飛機的飛行試驗，在國內(nèi)外的飛行試驗領(lǐng)域里，普遍得到行業(yè)的認可。遙測監(jiān)控系統(tǒng)無論是對試驗飛機進行空中實時監(jiān)控，還是講試驗機在空中的各種飛行數(shù)據(jù)傳輸至地面，其技術(shù)手段都具有先進的科學(xué)性和良好的實時性。遙測信號從空中傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控站，通過對關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實時分析可及時做出決策，最大化地確保人機安全和試飛效率。其重要性可體現(xiàn)在以下具體幾方面：（1）提供實時監(jiān)控：科研人員可以觀察分析一些關(guān)鍵飛行參數(shù)，以便掌控可預(yù)知的技術(shù)風(fēng)險并將信息迅速反饋至試飛員，提前化解安全隱患。除此之外，通過判斷實時監(jiān)控的試驗數(shù)據(jù)，分析飛行動作是否到位并可及時補充動作。（2）數(shù)據(jù)記錄的余度保證：通過遙測技術(shù)，可以將飛行過程中所傳輸?shù)膭討B(tài)數(shù)據(jù)全部記錄保存下來，提高數(shù)據(jù)的余度備份。（3）提高試飛效率：通過遙測實時監(jiān)控，可以很好地掌控飛機及測試設(shè)備的總體狀態(tài)，并做出是否可以繼續(xù)進行第二架次、第三架次的試飛。

由此可見，設(shè)計并合理規(guī)劃出一套性能優(yōu)異的機載遙測技術(shù)方案，無論對于飛行安全還是試飛效率都顯得至關(guān)重要。但是設(shè)計出上述性能良好的遙測系統(tǒng)，不僅涉及到遙測系統(tǒng)的原理涉及，還需要兼顧考慮不同飛機的結(jié)構(gòu)差異性而帶來的特殊影響因素。

2 系統(tǒng)功能及實施規(guī)范

完整的遙測系統(tǒng)包括機載遙測子系統(tǒng)和地面遙測接收子系統(tǒng)兩大部分組成。

針對機載遙測子系統(tǒng)而言，主要由遙測發(fā)射機、功率分配器、功率放大器以及機載發(fā)射天線四部分組成。

2.1 系統(tǒng)功能

2.1.1遙測發(fā)射機

其主要功能是將數(shù)據(jù)信號疊加至高頻載波中，然后產(chǎn)生較大功率的高頻信號輸出，然后通過天線轉(zhuǎn)換成電磁波輻射到空間。

2.1.2 功率放大器

通常經(jīng)發(fā)射機輸出的高頻信號，其發(fā)射功率以及天線輻射后到空間范圍都較小。為滿足大范圍、長距離、廣空域的試飛要求，需要將發(fā)射機的輸出功率進行逐級放大數(shù)十倍，以滿足后級設(shè)備得到足夠大的射頻功率并產(chǎn)生較大電磁輻射空間。

2.1.3 遙測發(fā)射天線

遙測發(fā)射天線實際是一種換能器，它將發(fā)射機/功放器輸出的高頻電流形式的能量轉(zhuǎn)換為同頻率的電磁波，然后再輻射到空間。通常所使用的機載發(fā)射天線一般分為垂直極化和水平極化兩種。（1）垂直極化是指電場矢量所指方向與遙測天線的安裝地板垂直；

（2）水平極化則是指電場方向與遙測發(fā)射天線的安裝底板平行。

2.1.4 功分器

主要功能是將源自發(fā)射機的輸入功率按不同功率和相位進行分路輸出，一般可分為同向功率分配器和反向功率分配器兩種。（1）等功率反向輸出的功率分配器，其兩路輸出的相位分別為0°和180°。（2）不等功率同向輸出的功率分配器，其兩路輸出功率大小有差別。

2.2 安裝要求及技術(shù)規(guī)范

在上述設(shè)備中，只有機載遙測天線對安裝位置要求較高并有特殊要求規(guī)范。其具體如下。

2.2.1 安裝位置

由于遙測信號是依靠機體的金屬材質(zhì)反射面而發(fā)射出去，因此天線安裝的底板首先應(yīng)是金屬材質(zhì)且表面平坦，周圍無明顯突出物和其它天線遮擋。

2.2.2 天線選型及布局

由于飛機的速度快且機動性高，為保證地面監(jiān)控站能夠在任意方向良好地接收飛機遙測信號，因此通常選用全方向性的線極化遙測發(fā)射天線。

除此之外，有些飛機（例如：殲擊機）通常會做出一些突發(fā)戰(zhàn)術(shù)動作以規(guī)避敵機雷達的鎖定跟蹤。為確保地面站能夠360°無盲區(qū)的穩(wěn)定持續(xù)接收機體遙測下傳數(shù)據(jù)，所以機載遙測天線的輻射應(yīng)能覆蓋機體的各個位置方向。總體而言，無論飛機如何機動，其往地面的遙測輻射方向圖應(yīng)呈半圓形結(jié)構(gòu)。

3 技術(shù)實施方案

飛機在空中飛行范圍廣且其機動性很高，因此機載遙測系統(tǒng)必須確保天線輻射方向能夠覆蓋機體的各個方向，以保證地面站能夠在任意時刻及方向上接收遙測數(shù)據(jù)?？傮w而言，其技術(shù)方案及天線性能應(yīng)滿足以下基本要求和安裝規(guī)范：（1）全方向天線：這是因為當(dāng)飛機有較大的機動時，采用全方向性發(fā)射天線能保證地面良好的接收效果。（2）線極化形式：當(dāng)飛行姿態(tài)變化時會造成天線極化的改變。為減少空地之間遙測天線的極化失配損失和良好的信號接收質(zhì)量，通常機載發(fā)射天線采用線極化形式，而地面接收天線采用園極化形式。至于發(fā)射天線采用垂直極化還是水平極化，則需要按照飛機本身的特殊情況而定。（3）天線布局：天線輻射方向總體應(yīng)呈半圓形，這樣能保證地面站在任何方向和高度穩(wěn)定接收機載遙測信號。（4）安裝位置：反射面平坦且周圍無遮擋。遙測信號是通過機體的金屬材質(zhì)反射面而發(fā)射出去，這就要求反射面要盡可能的平坦，且周圍無突出物和其它天線的遮擋。

由于飛機平臺之間存在著較大差異且戰(zhàn)術(shù)性嫩也不盡相同（例如戰(zhàn)斗機和運輸機等），其遙測設(shè)計方案和布局也存在很大差異。文章將以基準典型的飛機平臺為例，對其具體遙測技術(shù)實施方案進行說明介紹。

3.1 戰(zhàn)斗機布局示意圖

該型機種經(jīng)常會有橫滾、俯沖等戰(zhàn)術(shù)規(guī)避動作，具有機動性高、速度快等特點。為確保地面接收遙測信號的連續(xù)性，必須考慮在機背加裝遙測發(fā)射天線，必須構(gòu)成兩個半圓形輻射結(jié)構(gòu)。

天線安裝位置：1個垂直極化天線安裝在機頭下方，而另外兩個垂直極化天線安裝在垂尾頂部兩側(cè)位置。

3.2 直升機天線布局示意圖

相比較戰(zhàn)斗機而言，直升機在飛行高度、速度及機動性能等方面都偏低，對于實時監(jiān)控要求也不太高。在安裝遙測天線時，需要在機體軸中心左右形成2個半圓形輻射結(jié)構(gòu)即可。通常在該直升機短翼兩端安裝2個垂直極化發(fā)射天線，構(gòu)成一個完整的輻射圖。

3.3 運輸機天線布局示意圖

相比較戰(zhàn)斗機、直升機等其它小飛機，運輸機存在自身體積和重量較大、機動性差等特點。對于該型機的遙測方案和天線布局，其要求較低且安裝布局容易。通常采用1個垂直極化天線安裝在機頭下方或機身前部下方即可，形成一個半圓形輻射方向。

4 結(jié)束語

由于機載遙測系統(tǒng)能夠?qū)崟r將數(shù)據(jù)從空中傳輸至地面監(jiān)控站，能夠大幅度降低整個試驗的技術(shù)風(fēng)險，并可提供正確的決策依據(jù)。所以在風(fēng)險試飛過程中，遙測技術(shù)起著至關(guān)重要的保障作用。

參考文獻

[1]發(fā)射電路原理[M].北京航空航天大學(xué)出版社，1997.

[2]李幫復(fù)，等.遙測系統(tǒng)[M].宇航出版社，1991.

[3]張鳴瑞，等.現(xiàn)代測控原理系統(tǒng)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，1995.

[4]陳逍，柳曉黎.遙測監(jiān)控系統(tǒng)用于Y8飛行試驗[J].測控技術(shù)，2010，29.

[5]歐陽長月.遙測遙控原理[M].電子工業(yè)出版社，1995.