飛機電源系統參數測試采樣頻率的優選

馮玉蓮，嚴勇鋒（中國飛行試驗研究院，陜西西安，710089）

?

飛機電源系統參數測試采樣頻率的優選

馮玉蓮，嚴勇鋒
（中國飛行試驗研究院，陜西西安，710089）

摘要：對于飛機電源系統參數的測試，采樣頻率越高，測試結果越接近于其真值。但是，僅僅依靠提高采樣頻率來提高測試結果的準確度，其實現難度太大。當采樣頻率達到一定值后，進一步提高采樣率對減小總的測試誤差的效果就不再顯著；而且，采樣頻率過高，會大大增加測試設備的復雜性與成本。在實際工程應用中，過分提高采樣頻率是不現實的。本文就該問題進行了分析研究，并給出了適當的解決方案。

關鍵詞：采樣頻率；解決方案

0　引言

在電源系統試飛中，根據試飛需求，對115V/400Hz交流電壓的畸變頻譜進行分析，按照GJB 5189-2003中的規定，對該參數測試的采樣頻率應不低于1MHz。

若按照1MHz的采樣頻率進行測試，僅1路參數每秒的數據量就達到8M字節，一個小時為28.8G字節。以三相交流115V電源為例，3路電壓、3路電流為基本采集需求，即每小時需要記錄172.8G的數據。即使僅記錄事件發生時刻的數據，其數據量也很龐大。這對測試方法、測試資源和數據處理平臺的要求極高，并且數據處理工作繁重。在實際的飛行試驗工作中，尤其在設備緊湊、空間狹小的殲擊機等小飛機上，如此高的采樣率幾乎無法實現。

1　誤差分析

一般情況下，對參數的采樣頻率越高，其測試結果越接近真值，誤差也會越來越小，但具體到飛機電源測試的工程應用是否如此，就需根據實際工程環境真實需求進行分析和研究。下面通過對飛機上的正弦交流電壓的計算，分析誤差隨采樣頻率（計算中按每一半波總采樣次數）增加的變化規律。

由電工原理可知，周期電壓方均根的表達式如式（1）所示：

式（2）的誤差估計式為：

在GJB181A-2003中，交流電壓定義為各相電壓每一半波的方均根值，由定義測試計算各相交流電壓為：

根據式（5）可得：

即

根據誤差傳遞公式可知：

其中

由式（10）可得

根據式（11）（12）可得：

表1　誤差對照表

利用式（14）可以計算出由式（2）算出的交流電壓半波均方根值的近似相對誤差。對于正弦交流電壓半波的測試，每半波采樣點數不同時，由式（14）計算出的相對誤差值見表1所示。式（14）是冪為-2的冪函數，隨著的增大逐漸趨近于0，利用表1的數據繪制誤差變化規律圖進行直觀顯示，見圖1，可見隨著的增大的衰減變的越來越緩慢，當時，相對誤差已經較小，再進一步提高值對減小測試誤差的效果已經不顯著，意義不大。

圖1　誤差變化規律圖

由此可見，雖然采樣頻率越高測試結果越接近真值，但僅靠提高采樣頻率來提高測試結果的準確度，其意義是有限的。采樣頻率達到一定值后再進一步提高對減小總測試誤差的效果不顯著。而且采樣頻率過高，會大大增加測試設備的復雜性與造價。

2　數據分析

表2　數據狀態

因此，在設備緊湊、空間狹小的殲擊機等小飛機上，當用電設備較簡單時，采樣頻率采用72 kHz可以對畸變頻譜這一參數進行有效的分析。當采樣頻率為72 kHz時，其每秒的數據量為576K字節，在工程上已經可以實現并應用，且成本較低。

3　結束語

電源系統的試飛過程中，確定測試參數的采樣頻率是關鍵的第一步。僅按照國軍標確定測試的采樣頻率，往往會因為工程上的局限性而難于實現。本文在工程應用中，根據誤差分析和試驗結果統計，采取適當降低采樣率的方法可以達到對電壓畸變的分析要求。本方法是在工程應用中的一種方法探索，在電源科目的試飛中有一定的借鑒意義。

參考文獻

［1］丁玉美，高西全，數字信號處理，西安；西安電子科技大學出版社，2001

［2］蔣楓，飛機設計手冊 第17冊，北京；航空工業出版社，1998

［3］張卓奎，陳慧嬋，隨機過程，西安；西安電子科技大學出版社，2003

Selection of Sampling Rate for the Measurement of Aircraft Power Supply System Parameters

Feng Yulian，Yan Yongfeng
（Chinese Flight Test Establishment，Xi’an Shaanxi，710089）

Abstract：The higher the sampling rate，the value measured is closer to the truth value of the parameter. It is also true for the measurement of aircraft power supply system parameters.However， at the rate higher than a certain value， it is too difficult and less effective to improve the accuracy of the measurement result only by increasing the sampling frequency.In addition，too high sampling frequency requires high cost and increases the complexity of the test equipment and it is unpractical in engineering application.In this paper，the selection of sampling rate for the measurement of aircraft power supply system parameters is investigated and appropriate solution is presented.

Keywords：sampling rate；Solution

作者簡介

馮玉蓮（1979.9-），女，山東德州人，西安電子科技大學電子工程學院電子與通信工程領域2010級碩士研究生。