传感器在战机中的应用.ppt
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1、传感器在战机中的应用,08041419 袁伟波,传感器的作用,当今世界已进入信息时代,在利用信息的过程中首先要解决的就是要获取准确可靠的信息,而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说,从茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感器。,各种传感器,由于原理、结构不同,使用环境、条件、目的不同,其技术指标也不可能相同。但是有些一般要求,却基本上是共同的,这就是:可靠性;静态精度;动态性能;量程;抗干扰
2、能力;通用性;轮廓尺寸;成本;能耗;对被测对象的影响等,我国的传感器: 关于传感器,我国曾出现过多种名称,如发送器传送器、变送器等,它们的内涵相同或相似,所以近来已逐渐趋向统一,大都使用传感器这一名称了。从字面上可以作如下解释:传感器的功用是一感二传,即感受被测信息,并传送出去。关于传感器,我国曾出现过多种名称,如发送器、传送器、变送器等,它们的内涵相同或相似,所以近来已逐渐趋向统一,大都使用传感器这一名称了。从字面上可以作如下解释:传感器的功用是一感二传,即感受被测信息,并传送出去。,微型传感器应用现状 就当前技术发展现状来看,微型传感器已经对大量不同应用领域,如航空、远距离探测、医疗及工业
3、自动化等领域的信号探测系统产生了深远影响;目前开发并进入实用阶段的微型传感器已可以用来测量各种物理量、化学量和生物量,如位移、速度/加速度、压力、应力、应变、声、光、电、磁、热、PH值、离子浓度及生物分子浓度等,改善传感器的性能,差动技术 差动技术是传感器中普遍采用的技术。它的应用可显著地减小温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度的影响,抵消了共模误差,减小非线性误差等。不少传感器由于采用了差动技术,还可使灵敏度增大。 平均技术 在传感器中普遍采用平均技术可产生平均效应,其原理是利用若干个传感单元同时感受被测量,其输出则是这些单元输出的平均值,若将每个单,元可能带来的误差均可看作随机误差且
4、服从正态分布,根据误差理论,总的误差将减小为式中 传感单元数。 补偿与修正技术 补偿与修正技术在传感器中得到了广泛的应用。这种技术的运用大致是针对下列两种情况。一种是针对传感器本身特性的,另一种是针对传感器的工作条件或外界环境的。 对于传感器特性,可以找出误差的变化规律,或者测出其大小和方向,采用适当的方法加以补偿或修正。,屏蔽、隔离与干扰抑制 传感器大都要在现场工作的,现场的条件往往是难以充分预料的,有时是极其恶劣的。各种外界因素要影响传感器的精度与各有关性能的。为了减小测量误差,保证其原有性能,就应设法削弱或消除外界因素对传感器的影响。其方法归纳起来有二:一是减小传感器对影响因素的灵敏度;
5、二是降低外界因素对传感器实际作用的烈度。,稳定性处理 传感器作为长期测量或反复使用的器件,其稳定性显得特别重要,其重要性甚至胜过精度指标,尤其是对那些很难或无法定期鉴定的场合。造成传感器性能不稳定的原因是:随着时间的推移和环境条件的变化,构成传感器的各种材料与元器件性能将发生变化。为了提高传感器性能的稳定性,应该对材料、元器件或传感器整体进行必要的稳定性处理。如结构材料的时效处理、冰冷处理、永磁材料的时间老化、温度老化、机械老化及交流稳磁处理,电气元件的老化筛选等。,由于近年来我国在航空电子方面的快速发展,对传感器的性能,种类要求也越来越高,其结果是使得航空电子设备的成本、体积、重量、功率急剧
6、增加及可靠性大幅下降,而传感器系统几乎占整个航空电子设备成本的50 %60 %。成本、重量、体积和功率等方面的限制,制约了传感器在武器系统平台上的数量和部署未来的航电系统具有很强的灵活性和可扩展性将变得越来越重要,这将使得航空电子设备在改动很小的情况下能同时具有多种作战能力,就目前而言,传感器是航电系统实现上述功能的瓶颈。,航空电子传感器的综合化程度是随着航空电子系统的综合化进程而逐步向前推进的因此有简要介绍航空电子系统的发展过程,介绍歼十和F-22的传感器综合的情况。在综合航电技术发展的漫长过程中,美国一直处于领先地位。半个世纪以来,航空电子系统经历了下述4 种典型结构的演变 分为:分立航电
7、系统(40-50年代),联合航电系统(60-70年代),综合航电系统(80-90年代),先进的综合航电系统(2000年以后),分立式航电系统,完成各个功能的航空电子系统都从传感器信号采集、处理直到显示和控制一套完整和独立的系统功能设备,飞行员必须分别获取个子系统的显示信息,并分别进行子系统的控制和操作。,缺点: 随着飞机承担任务不断多样化、复杂化,飞机上装载的电子系统不断不增加,并且越来越复杂,面对的显示和控制装置越来越多,特别是需要反应迅速的战斗机,飞行员几乎无法有效的操纵飞机,此外,机载电子设备的数量和种类越来越多,设备间的信号传递都采用点对点传输,互联电缆多,重量大,占用空间大,对飞机平
8、台造成很不利的影响。,联合航电系统,与第一代相同的是系统仍采用各自独立的专用传感器实现其各自独立的功能,与第一代不同的是标准多路传输数据总线,标准机载计算机和计算机高级语言以及外挂物管理接口。,机载电子子系统之间通过标准的数据总线互连,实现了设备间的信息共享,并且大大简化了设备间的连接,减小了电缆重量和体积。显示和控制的信息通过数据总线与个子系统进行交换,所有的信息都由一个平视显示器和几个多功能显示器综合显示,飞机武器系统及机载传感器主要由综合的操纵杆和油门杆,以及周边键进行综合控制从而实现综合显示和控制。这样大大减轻了飞行员的负担,简化了系统,通过信息共享,提高了系统性能。,综合式航空电子系
9、统,这种结构的综合化程度较第二代的联合式航空电子系统有了更进一步提高,特别是在信号处理和数据处理方面,在数字部分完成了传感器的综合,并成功地实现了航电系统的模块化。,以F-22为代表,“宝石柱”计划的意义在于迈出了显著的航电系统综合的第一步,由通用的数据处理机组成航空电子核心处理系统,完成传感器的信息处理和系统任务管理功能,将若干个系统的信息处理功能综合起来,同时也综合了飞行员接口功能,显著减少了航空电子系统的处理资源 “宝石柱”计划将航空电子系统划分为传感器区数字信号处理区,任务管理区和飞机管理区。,传感器区涵盖了雷达、通信、导航、识别和电子作战等传感器以及其信号的预处理处理,而飞机管理区包
10、含飞行控制功能,任务管理区包含外挂管理,它们都有自己的控制资源,可通过高速数据总线网络共享系统信息,也可不依赖高速数据总线上的信息,在系统降级模式下独立工作。,先进的综合式航空电子系统,它以“宝石台”为典型,以联合攻击机为代表,主要特点是在第三代的基础上采用了整个航空电子系统的统一航空电子网络,并进一步将传感器系统的综合推到了射频、孔径以及光电部分。,统一网络以光开关阵列模块为传输的枢纽通过光母板和机架间光纤不但交联了同一机架内的各模块,而且向前连接到传感器区向后连接到座舱及飞机管理、外挂管理这样,使处于不同物理位置的模块间的信息传输时间达到同一量级,从以上4个阶段的发展可见,航空电子系统越来
11、越复杂,综合程度越来越高。综合已从显示器推进到数据处理,又推进到传感器系统。在这样的系统中,以多种共享的资源模块实现各种功能,再也分不出传统的各个分系统的界线。对这类系统的研究、开发、生产、采购以至于整个寿命期的支援,和以前的分立式系统结构及联合式结构相比大不相同。通过各个时期航空电子系统综合技术阶段成果在机上的应用,为载机带来:重量及体积减小;缓解座舱拥挤;飞行员负荷减轻;在一定程度上实现数据共享;载机作战效能提高等明显效果。航电综合系统结构不断改进,使航空电子综合系统的水平迅速提高,从而促成了战斗机水平的更新换代。,歼十传感器综合概况,作为我国目前比较先进的三代战斗机,歼10战斗机为放宽静
12、稳度设计,采用四余度数字式线传飞行控制系统,这是中国战斗机首次采用中国自主研发的飞行控制系统。歼10的单座座舱采用了大屏幕抬头显示仪、液晶多功能平显,油门和推杆控制系统、数据存储系统、先进的自动航行系统采用了高度综合化航空电子系统,通过计算机综合处理、集中显示,将各任务系统的操作进行集中控制。歼10采用一种多模“边扫描边跟踪”雷达。,我国的歼十战机,歼十的座舱,在数字化方面,还用在燃油管理以及起落架系统上,因此歼十的燃油使用效率可能会很高,连带的航程等应该会有所提高;而数字管理的起降系统或多或少能提升飞机起降时的品质以及对为整备跑道的适应力,线传飞控系统方面,就使用新世代战机才使用的数字式全权
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