[科普中国]-嵌入式大气数据传感系统

大气数据传感系统

大气数据系统是一种综合测量系统，它根据传感器测得的基本原始信息，如静压、动压、迎角、总温等，处理计算出其它与大气数据有关的参数，如气压高度、高度偏差、升降速度、真空速、指示空速、马赫数、马赫数变化率、大气密度比等，送给飞行控制系统、导航系统、发动机控制系统以及飞行数据记录系统等其它航空电子系统，是各种飞行器必需的航空电子分系统之一。一般由三部分组成：提供原始信息的传感器部分、任务计算机或补偿解算装置、信号输出装置。

大气数据系统的基础是传感器元件，它敏感气流的总压、静压、大气总温、迎角和侧滑角信息；任务计算机根据气压高度、升降速度、校正空速、真空速、马赫数等参数与总压、大气总温等的关系式，进行综合的计算处理，得到上述诸多大气数据参数1。

传统的大气数据传感系统传统的大气数据传感系统敏感原始信息的传感器部分通常包括空速管(静压和总压传感器)、大气总温传感器、迎角传感器和侧滑角传感器，用大气数据计算机进行各种大气数据参数的解算，最后以一定的形式输出到各种需要的航空电子系统中。基本组成如下图1 所示1。

传统的探针式大气数据传感系统是以空速管为基础的，高性能飞机的出现，特别是电传飞机的问世，对飞行控制系统提出了更高的要求，因而，对飞行控制系统所使用的传感器在可靠性、生存性、工作环境、使用范围等方面提出了更严格的要求。随着现代飞行器对飞行速度、机动性等方面要求的不断提高，传统的基于空速管的探针式大气数据传感系统已不能满足飞行器的设计要求2。

FADS 系统简介传统的大气数据传感系统是通过总压管和静压管来测量总压和静压，通过迎角传感器和侧滑角传感器来测量迎角和侧滑角。有了以上四个参数通过大气数据计算机就可以计算出其它的大气数据。例如可以通过总压和静压计算出动压，通过动压和静压就可以计算出飞行器的飞行速度。通过静压可以计算出飞行器的海拔高度。

嵌入式大气数据传感系统是通过安装在飞行器头部前端周线上的压力传感器阵列来测量包括动压，静压，迎角，侧滑角等飞行参数的（图2）。当然也有将压力传感器安装在飞行器两侧机翼上的，这样压力传感器就不会阻碍火控雷达等其他系统的安装。飞行器的头部一般设计为半球形，如 X-33 飞行器，也可以为锥形的，如 F-18 飞行器。建立起飞行器头部的压力传感器的压力向量和动、静压、迎角、侧滑角之间关系的是空气动力学模型3。

FADS的精度FADS 的大气数据测量可以达到很高的精度。例如 X－33 的 FADS 系统的大气数据测量精度在马赫数从 0.20~4.0 的条件下可以达到如下精度：

1．马赫数 ：在 2.5≤ ≤4.0 时，相对误差在±5%以内；在 0.6≤