大气数据系统：绪论

1、大气数据系统2022年8月6日大气数据与惯导2大气数据系统概论飞行高度及高度变化率的测量飞行速度全静压系统大气数据计算机系统大气数据计算机的基本计算方法大气数据计算机系统输出及显示仪表2022年8月6日大气数据与惯导3大气数据系统发展历史50年代前，分立式仪表50年代后，机载设备相继增多模拟式中央大气数据计算机各种模拟器件,伺服系统70年代,混合式大气数据计算机80年代,数字式的大气数据计算机的出现，为飞机提供更多的大气数据参数2022年8月6日大气数据与惯导4地球大气层对流层（变温层）、平流层（同温层）、中间层、电离层（热层）、散逸层对流层：距地球中纬度11km，赤道17km，两极8km包含

2、了大气质量的3/4平流层：对流层顶部到离地约30km，温度几乎不变，包含了大气质量的约1/4中间层30km到80100km为止，大量的臭氧电离层：中间层到离地500km，空气稀薄，听不到声音散逸层：离地5001600km之间，也称为外层大气2022年8月6日大气数据与惯导5大气紊流大气紊流（湍流）： 空气紊乱流动的现象，旋涡和不规则的波动，使得大气中的风向、风速呈随机变化。风切变： 空间任意两点之间风矢量的变化微下冲气流： 较强的下降气流，飞机在起飞、着陆过程中遇到超过自己爬升或下降速率的下降气流，对飞行的危害最大。2022年8月6日大气数据与惯导6大气数据有关的参数与大气数据有关的参数静压：

3、飞机周围自由空气的压力动压：气流的定向运动具有动能，当气流到达驻点时，动能变为压力能和热能。单位面积上升高的压力称为动压 pd=1/22 为标准大气H高度上的空气密度 冲压：定义与动压相同。区别是：动压是不可压缩的流体的理想定义，而冲压是考虑了空气的可压缩性2022年8月6日大气数据与惯导7与大气数据有关的参数全压：动压和静压之和，即气流到达驻点时，单位面积上的总压力总温：气流到达驻点时获得的气温叫总温静温：飞机周围自由空气所具有的温度攻角：飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵轴之间的夹角（飞机竖轴和纵轴所在平面内测量的角度）侧滑角：飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵轴之间的夹角（飞机横轴和纵轴所在平面

4、内测量的角度）2022年8月6日大气数据与惯导8标准大气（一）国际标准大气的规定空气为干燥清洁的理想气体，并遵循理想气体方程所确立的关系国际标准大气以平均海平面作为零高度气压为1个标准大气压，气温15，密度为0.125kg.s2/m4为便于探讨大气中的压力分布，国际标准大气引用了重力势高度的概念。重力势表示地球大气层内某一给定点上空气微粒的势能。重力势高度以平均海平面作为重力势高度和几何高度的共同基准。重力势高度又称为标准气压高度。2022年8月6日大气数据与惯导9标准大气（二）当空气微粒沿地球法线移动，单位质量所做的功为：d=ghdz= ghdh 重力势高度：H= /gn重力加速度随地理纬度

5、的变化：重力势高度与几何高度的关系H=rh/(r+h)2022年8月6日大气数据与惯导10标准大气（三）国际标准大气规定的高度分层、大气温度及气温垂直梯度的关系dpdFgdhdFdh2022年8月6日大气数据与惯导11标准大气（三）国际标准大气条件下，气压与高度的关系为2022年8月6日大气数据与惯导12大气参数的测量单位压力单位帕斯卡Pa：每平方米的面积上作用有1牛顿的力,1Pa=1N/m2标准大气atm：1atm=101325Pa工程大气压at：1at=1Kgf/cm2=9.80665104Pa巴bar：1bar=106dyn/cm2= 105 Pa毫米液柱：以液柱高度来表示压力的大小1m

6、mHg=1Torr=1/760atm=133.322Pa1mmH2O=9.80665Pa磅/英寸2PSi：1PSi=1bf/in2=6.89476103Pa温标摄氏温标（t）、华氏温标（F）、热力学温标（T）、国际实用温标2022年8月6日大气数据与惯导13测试系统的静态动态特性及误差输入/输出特性曲线（难以用精确的解析式表示）串联测试系统用图解法求测试系统的输入输出关系。XXY1Y1Y1Y2Y2Y2YY2022年8月6日大气数据与惯导14用图解法求测量环节的特性曲线y1=f1(x)y2=f2(y1)y=f3(y2)xy1y2yy1=f1(x)y2=f2(y1)xy1yy串联测试系统静态特性曲

7、线 两个测试系统静态特性曲线 2022年8月6日大气数据与惯导15测量系统特性描述参数（一）系统的静态误差绝对误差 被测参数的给出值与相应的真值之差。相对误差标称相对误差 实际相对误差额定相对误差最大额定相对误差基本误差、附加误差和工作误差基本误差 与标准设备进行对比和校准的差值附加误差 使用条件偏离标准条件工作误差 工作环境因素变化情况下的误差极限值2022年8月6日大气数据与惯导16系统的静态误差（二）系统误差、随机误差和过失误差原理误差构造误差 系统误差(误差恒定不变或按一定规律变化）环境误差人员误差随机误差 多次测量所得各次的误差过失误差 测量者读数、记录、计算所造成的误差精密度、准确

8、度和精度 误差的反义词测量范围、量程 测量上限、下限灵敏度 输出量微小变化与输入量微小变化之比2022年8月6日大气数据与惯导17测量系统特性描述参数（三）分辨率 输出量的每个阶梯所代表的输入量的大小迟滞 同一工作条件下，同一参数的测量值正反行程不同重复性 同一方向多次改变参数时，对同一被测参数所得的输出值之间的接近和重复程度。系统的动态误差在动态测量时输入参数与输出参数之间随时间而变化的函数关系。2022年8月6日大气数据与惯导18飞行高度及高度变化率的测量2022年8月6日大气数据与惯导19高度定义定义飞机的重心在空中距离某一测高基准面的垂直距离。绝对高度：基准面为实际海平面相对高度：基准

9、面为某一参考平面真实高度：基准面为飞机正下方的地面目标之最高点在内的并与地平面平行的平面标准气压高度：基准面为标准海平面标准气压高度是国际上通用的高度，主要防止同一空域或同一航线上的飞机在同一气压面上飞行，发生两机相撞的可能。2022年8月6日大气数据与惯导20高度测量方法利用大气的物理特性测高通过测量大气压力（静压）间接测高通过测量大气密度来测量飞行高度利用无线电 波的反射特性测量飞行高度（测真实高度）通过测量飞机的垂直加速度，再二次积分得飞行高度2022年8月6日大气数据与惯导21气压式高度表利用测量绝对压力的弹性敏感元件来测量大气静压，根据高度与大气静压的关系，利用转换机构输出标准气压高

10、度（相对于标准海平面的重力势高度）真空膜盒、膜盒串、波纹管气压式高度表的误差推导标准气压高度公式时，对标准大气作了一些假设，而实际大气并不完全符合这些假设推导标准气压高度公式时，假设了标准大气和标准海平面，但实际海平面大气参数与标准海平面大气参数不同构造误差压力敏感元件的温度误差摩擦误差2022年8月6日大气数据与惯导22气压式高度表的误差原理误差（气压方法误差、气温方法误差、温度梯度误差）：2022年8月6日大气数据与惯导23气压方法误差由于实际海平面大气压力与标准大气压力不同相对误差为：2022年8月6日大气数据与惯导24气温方法误差实际海平面温度与标准海平面温度不同相对误差为：2022年

11、8月6日大气数据与惯导25温度梯度误差实际温度梯度与标准温度梯度不同相对误差为：2022年8月6日大气数据与惯导26构造误差温度误差用静压表示温度误差：用高度表示该误差：摩擦误差2022年8月6日大气数据与惯导27气压高度的测量系统高度与大气压力关系为非线性为使气压高度系统能用来测量飞机所在处相对于某一参考基准面的相对高度，系统中必须设有气压修正机构，并保证修正量与测高系统输出量之间成线性关系选用弹性模数温度系数小的恒弹性合金或熔凝石英2022年8月6日大气数据与惯导28机械式气压高度表2022年8月6日大气数据与惯导29气压式高度表的使用标准气压高度的测量绝对高度的测量相对高度的测量2022

12、年8月6日大气数据与惯导30高度传感器用凸轮完成高度解算，凸轮型面决定的从动轴转角与主动轴转角间的函数关系=f(),保证该传感器输出角与高度（H）间是线性关系，=KH 。2022年8月6日大气数据与惯导31高度偏差信号测量原理测量高度偏差的方案（a）（b）2022年8月6日大气数据与惯导32高度变化率的测量飞机平飞，表壳内外气压相等，膜盒不膨胀不收缩，指针指零飞机上升，膜盒内气压大于膜盒外气压，膜盒收缩，指针上指飞机下降，膜盒内气压小于膜盒外气压，膜盒膨胀，指针下指2022年8月6日大气数据与惯导33压力差与升降速度的关系(1)研究毛细管两端压力差与升降速度的关系 空气在管内流动,流速不同.设

13、内摩檫力(F),接触面积(A),动力黏度(),速度梯度(dv/dr)成正比取半径为r,长度为L的空气柱,当空气等速流动时,内摩檫力等于压力差2022年8月6日大气数据与惯导34压力差与升降速度的关系(2)积分后 ,考虑管壁处气流速度为0,半径为R, 可得速度值,可见流速与半径成抛物线分布.空气流量为考虑空气平均速度2022年8月6日大气数据与惯导35压力差与升降速度的关系(3)假定p内 pH分别为内外压力,r内 r H分别为内外密度,T内 T H分别为内外温度,飞机等速上升,dt时间内流出的空气体积与重量的关系为由于膜盒容积不变,空气重量减少是由于密度减少造成的.流出的空气重量与膜盒内减少的重

14、量二者相等,且2022年8月6日大气数据与惯导36压力差与升降速度的关系(4)由此得出由于2022年8月6日大气数据与惯导37压力差与升降速度的关系(5)由于代入 得积分并考虑pH=pH0 p=02022年8月6日大气数据与惯导38压力差与升降速度的关系(6)得由于2022年8月6日大气数据与惯导39压力差与升降速度的关系(7)考虑压力差是升降速度和时间的函数,指数的第二项随时间增长而很快减少,可忽略不计.飞机等速下降时,数值相同,符号相反.2022年8月6日大气数据与惯导40升降速度表的误差温度误差(温度升高,空气动力黏度升高,与毛细管的平均温度近似成正比)延迟误差2022年8月6日大气数据

15、与惯导41飞行速度定义当飞机在所选坐标系内运动时，沿其重心运动轨迹切线方向的速度称为飞行速度。速度的种类飞机相对于地球运动的速度升降速度：飞机重心沿地垂线方向运动的速度分量地速：飞机重心沿地平面运动的速度分量飞机相对空气运动的速度侧滑速度：飞机在垂直截面内横轴相对于气流的运动速度空速：飞机在纵轴对称面内相对于气流的运动速度W(地速）=Vt（真空速）+V（风速）2022年8月6日大气数据与惯导42地速的测量地速：飞机相对于地面的速度风速：空气相对于地面的运动速度空速：飞机相对于气流的速度地速的测量：线加速度积分法和多卜勒效应法2022年8月6日大气数据与惯导43空速的测量飞机相对于气流的速度即为

16、气流相对于飞机的速度不考虑空气的压缩性（密度、温度不变）时， 考虑空气的压缩性（密度、温度不变）时，上式不正确。空气流速等于或大于音速时会产生激波，状态参数发生很大变化。2022年8月6日大气数据与惯导44空气流速小于音速时空速测量的理论基础（一）空气流速小于音速时假设空气在绝热的流管中流动，并假设空气在流动时，在空间任何一点所具有的状态参数不随时间而改变。在流管上取垂直流管中心线的切面，其能量为动能势能压力能重力能内能2022年8月6日大气数据与惯导45空气流速小于音速时空速测量的理论基础（二）内能：1kg空气的热量为：流过的空气的热量为：由于（其中：A热功当量；cp定压热容；cv定容热容）

17、2022年8月6日大气数据与惯导46空气流速小于音速时空速测量的理论基础（三）通过切面的能量为：在时间间隔t内流出切面的空气带走的能量为根据能量守恒：E1= E2 ，可得：2022年8月6日大气数据与惯导47空气流速小于音速时空速测量的理论基础（四）若切面1处空气未受扰动，其压力和密度即为该处静压和空气密度，它与物体相对速度为V，设法使空气流在切面2处全阻滞，所有动能全部转化为压力能和内能。（压力为全压）使用全静压管收集全静压，使切面1处气流不被扰动，2处气流流速为零。2022年8月6日大气数据与惯导48空气流速小于音速时空速测量的理论基础（五）绝热过程中，压力与密度的关系为：由此可得：202

18、2年8月6日大气数据与惯导49空气流速小于音速时空速测量的理论基础（六）可压缩空气流的冲压为：空速的表达式为：2022年8月6日大气数据与惯导50空气流速小于音速时空速测量的理论基础（七）考虑音速的表达形式：冲压可表示并化解为：K为空气的绝热指数K=1.42022年8月6日大气数据与惯导51空气流速小于音速时空速测量的理论基础（八）若切面1处空气未受扰动，其压力和密度即为该处静压和空气密度，它与物体之间的相对速度为V2022年8月6日大气数据与惯导52空速与动压的关系qc(9.8Pa)当飞机在同一高度、同一速度飞行时，考虑空气压缩性比不考虑空气压缩性所得的动压大。马赫数为0.60.7时，不考虑

19、空气的压缩性，计算空速时，会造成913%的误差。2022年8月6日大气数据与惯导53空气流速大于音速时的空速当空气与飞机间的相对运动速度大于音速时将产生激波，空气在激波前后状态参数差别很大，伯努力方程已经不适用，涉及高速空气动力学知识，推导复杂。2022年8月6日大气数据与惯导54真空速、指示空速、马赫数真空速空气与物体之间相对运动的真实流速，即飞机相对空气运动的真实速度。指示空速将飞机所具有的空速归化为标准海平面上飞机相对于空气的运动速度，即不考虑飞机所在处大气参数随高度而变化的空速。指示空速只与动压有关。马赫数真空速与当地音速的比值。2022年8月6日大气数据与惯导55真空速的测量原理（一

20、）真空速一般通过测量相应切面处空气所具有的压力、密度来测量。Ma1，且不考虑空气压缩性时：2022年8月6日大气数据与惯导56真空速的测量原理（二）Ma1时，2022年8月6日大气数据与惯导58机械式真空速表原理（一）机械式空速表通常不测量大气静温、密度，而是将它们转换为大气静压的测量。在标准大气的情况下，飞机所在处大气参数和标准海平面大气参数的关系为：2022年8月6日大气数据与惯导59机械式真空速表原理（二）考虑空气压缩性，将静温、密度代入空速解算式：2022年8月6日大气数据与惯导60机械式真空速表原理（三）不考虑空气压缩性，将静温、密度代入空速解算式：2022年8月6日大气数据与惯导6

21、1空速表结构拨杆式组合型空速表结构 2022年8月6日大气数据与惯导62空速表用开口膜盒测动压，真空膜盒测静压，且都有非线性输入/输出静特性。运算通过拨杆、扇形齿轮实现。利用粗、细两个指针指示真空速和指示空速2022年8月6日大气数据与惯导63指示空速如果将真空速中的大气静压、密度（或静温）看作常数，并分别等于国际标准大气中标准海平面上的大气静压、密度（或静温），则所得空速为指示空速。指示空速只在标准海平面上与真空速相等。指示空速只与动压有关，也称为仪表空速。随高度增加，大气密度相对变化量急剧增加，真空速和指示空速差值急剧增加。2022年8月6日大气数据与惯导64指示空速的计算指示空速只与动压

22、有关，指示空速表只需开口膜盒。（见p45页图）2022年8月6日大气数据与惯导65指示空速与真空速的关系真空速与动压的关系：指示空速与动压的关系：指示空速与真空速的关系：指示空速反映飞机上的空气动力的大小，是操纵飞机，保证飞行安全的重要参数。飞机升力为Y=CY SqC2022年8月6日大气数据与惯导66马赫数对亚音速飞机，在飞机速度小于临界马赫数时，飞机具有速度稳定性达到临界马赫数时，飞机焦点后移，出现速度不稳定，反操纵现象飞机接近音速时，某些局部可能产生局部激波，阻力急剧增加，将会导致飞机的稳定性和操纵性变坏，甚至产生激波失速。为防止激波失速，必须测量马赫数。2022年8月6日大气数据与惯导

23、67马赫数与冲压、静压的关系2022年8月6日大气数据与惯导68温度与马赫数的关系马赫数仅与动压（或全压）和静压有关，而与大气静温（或大气密度）无关。大气总温与静温之间的关系离不开马赫数可根据总温和马赫数间接求解大气温度马赫数表由皮托管引入全压和静压到开口膜盒和密封壳体中。2022年8月6日大气数据与惯导69马赫数表的结构根据真空速与动压、静压、气温的关系和音速与气温的关系，可以求出马赫数与动压、静压的关系。若保持静压、气温不变，动压增大，真空速必然相应的增大。音速不变，所以马赫数变大；若保持动压、气温不变，静压减小，真空速也必然增大，音速不变，马赫数也要变大；若动压、静压不变，气温升高，则真

24、空速和音速按同样的比例增大，马赫数保持不变。由上面的分析可知：马赫数的大小只由动压和静压来决定，而与气温无关。马赫数表就是用一个开口膜盒测量动压，而用一个真空膜盒测量静压，经过传动机构使指针指示马赫数的仪表。 2022年8月6日大气数据与惯导70马赫数表与真空速表的不同马赫数表利用一个开口膜盒感受动压，利用真空膜盒感受静压，指针的指示按马赫数与动压、静压的函数关系式所表示的关系，随动压的增大而增大，随静压的增大而减小工作的。它的结构与组合型空速表大致相同。 马赫数表与组合型空速表的主要区别有以下两点：从理论上讲，它们的真空膜盒的特性曲线是不同的，马赫数与气温无关，而真空速与气温有关。马赫数与静

25、压的0.5次方成反比；而真空速与静压的0.4次方成反比。马赫数与真空速的这一区别，决定了马赫数表真空膜盒的特性曲线与组盒型空速表中真空速表部分的真空膜盒的特性曲线是不同的。马赫数表没有气温方法误差，因为马赫数只与动压、静压有关，与气温无关，所以气温变化时，马赫数表没有气温修正。 2022年8月6日大气数据与惯导71用于计算各种大气数据信息的原始参数 信号： 决定因素： (Ps)静压 大气压力 (Pt)全压 皮托管压力 (Qc)动压 总压 静压 (ALT) 高度 静压 高度变化率 静压的变化率 (M)马赫数 总压 静压(TAT) 大气总温 总温(SAT) 大气静温 总温 马赫数(IAS)指示空速

26、 总压 静压(CAS)计算空速 总压 静压 SSE(TAS)真空速 总温 马赫数2022年8月6日大气数据与惯导72基本补偿静压源误差修正(SSEC)：修正因气流流过飞机引起的静压误差。空气压缩补偿：修正速度和高度变化引起的皮托管内空气压缩性函数的变化。空气密度补偿：修正温度和高度变化时引起的空气密度的变化。2022年8月6日大气数据与惯导73空速之间的关系全压静压气压传感器机电传感器静压源误差校正指示空速计算空速空气压缩性补偿空气密度变化补偿当量空速真空速机电传感器总温2022年8月6日大气数据与惯导74全静压系统全静压系统用来收集气流的全压和静压，并把它们输送给需要全静压的仪表及有关设备。

27、全静压管收集全静压的精确程度，与全静压管的结构、飞机迎角、飞行速度有关，大迎角飞行和跨音速飞行时，全静压管收集的全静压不准确。全静压系统输送全静压的迅速程度与飞机的升降速度有关，飞行高度迅速改变的过程中，全静压系统输送压力会有延迟。2022年8月6日大气数据与惯导75全、静压管结构与特点全静压管结构（p53页）亚音速全静压管特点：（p53页）头部半球形或稍尖，静压孔沿管子某一横截面均匀分布。为准确测量，静压孔至管前端的距离应大致等于全静压管直径的三倍。超音速全静压管特点：（p54页）管身细长，头部稍尖管壁薄，平头型静压孔离前端较远上部4个孔，下部6个孔，两侧无后部的延伸管加长，且多装在机头前方

28、2022年8月6日大气数据与惯导76应急全、静压孔当全静压孔故障失效时，为有仪表提供信息结构与一般全静压孔相同，但无静压孔，安装在气流平稳，能正确收集全压的地方应急静压孔设在机身表面没有紊流的地方，两个静压孔对称于飞机对称面2022年8月6日大气数据与惯导77全静压系统2022年8月6日大气数据与惯导78全静压探头和备用静压孔2022年8月6日大气数据与惯导79全、静压探头全静压管包括全压、静压和加温部分全压口位于全静压管的头部正对气流方向空气流至全压口时，完全受阻，流速为零静压孔位于全静压管周围没有紊流的地方加温组件防止气流中的水汽因气温降低而在管内结冰全静压管为流线型管子，表面光滑，以便减

29、弱对气流的扰动，准确收集静压。2022年8月6日大气数据与惯导80全静压探头排水装置2022年8月6日大气数据与惯导81加温组件2022年8月6日大气数据与惯导82举例Boeing737-700全静压系统2022年8月6日大气数据与惯导83大迎角飞行时全静压系统仪表的指示特点（一）迎角改变，相对气流与全静压管中心线的夹角也改变，因而收集的全、静压改变。迎角越大，夹角越大，全、静压误差也越大。迎角增大，全压口收集的全压减小。迎角越大，全压误差越大。由于前端形状的不同，相同情况下，超音速时的误差比亚音速时误差要小。亚音速时，迎角增大，下部的静压孔处，因气流受阻而减速，收集的静压增大。上部、侧面的静

30、压孔因气流加速和产生涡流，收集的静压减小，总结果是减小。超音速时，静压基本不变。2022年8月6日大气数据与惯导84大迎角飞行时全静压系统仪表的指示特点（二）亚音速时，迎角增大，全、静压都减小，动压误差不大；超音速时，全压减小，静压基本不变，故动压减小。亚音速，迎角增大时，高度表、真空速表和马赫数表多指，指示空速表误差不明显。超音速，迎角增大时，由于静压误差小，高度表误差小。由于动压减小，指示空速表、真空速表和马赫数表少指，误差明显。2022年8月6日大气数据与惯导85攻角和侧滑角的测量攻角：飞机纵轴（或机翼弦线）与迎面气流角夹角侧滑角：飞机横轴与侧向气流间的夹角攻角传感器只能测量出传感器所在

31、处的“局部攻角”，与“真实攻角”之间有一“攻角位置误差”2022年8月6日大气数据与惯导86攻角传感器 右侧为翼形，左侧为锥形。翼形传感器即旋转风标式传感器，它由一个经过静力平衡的风标(叶片)，传动机构、信号变换器(自整角机或电位计)及固定连结部分等组成。锥形传感器是差动式传感器。它的探测部分主要是一个圆锥形管，在管子对称面(中性面)上开有一条缝隙，以接收迎面来的气流。当气流不在缝隙(气缝)所在的对称面上时，传感器便输出一个角度信号。 飞机的升力系数和阻力系数都取决于攻角的大小，当攻角达到临界攻角时，飞机会发生失速2022年8月6日大气数据与惯导87大气数据计算机系统-功能及要求功能测量静压、

32、总压、总温以及参与修正作用的攻角和气源误差，经过解算装置或计算机的运算，输出大量的大气数据信息。优势减少大量的重复仪表和传感器提高大气数据的计算精度扩大测量系统的功能，提高系统可靠性对大气数据计算机系统的要求：能利用所测参数计算大气数据信息，应具有不同形式的输出信号应具有误差修正功能、监控功能和故障告警功能应具有飞行前后的自检功能；故障诊断、故障隔离功能应具有快速方便地更换部件和机器的快速拆装能力2022年8月6日大气数据与惯导88基本解算关系高度的解算（见前述公式）马赫数的解算（见前述公式）指示空速的解算（见前述公式）真空速的解算大气密度的解算2022年8月6日大气数据与惯导89大气静温的解

33、算2022年8月6日大气数据与惯导90大气数据计算机组成传感器测量静压传感器、全压传感器、总温传感器、攻角传感器等具有可进行误差修正和补偿的解算装置座舱指示、显示装置及信号输出装置2022年8月6日大气数据与惯导91数字式大气数据计算机-硬件结构2022年8月6日大气数据与惯导92数字式大气数据计算机-原始参数传感器电容式压力传感器压阻式压力传感器振膜式压力传感器总温传感器2022年8月6日大气数据与惯导93数字式大气数据计算机-原始参数传感器（一）差动电容式压力测量原理差压为零时，输出为零；差压不为零，输出电压的幅值取决于差压的大小，相位取决于差压的正负。2022年8月6日大气数据与惯导94

34、电容量式压力传感器将随压力变化的电容量变换成电压输出。UOUT=X P UR /XR X P ，XR 为被测可变电容和标准参考电容的阻抗放大器参考电压UR参考电容CR固定的3KHz激励电源UR石英膜盒CP输出电压UOUT2022年8月6日大气数据与惯导95传感器A/D转换回路 传感器测得信号在放大器输入端与D/A转换器输出相减，电压差放大，经滤波解调变成直流电压，用A/D转换后送入计算机，由计算机对其积分，然后经D/A转换变成模拟量反馈回放大器输入端，直至回路达到平衡。K3 解调器 滤波器 D/A速率符号 压力传感器 A1PS校正存储器 UOUTUD参考电压URA/D1S N2N1N2PSN1

35、PS计算机2022年8月6日大气数据与惯导96数字式大气数据计算机-原始参数传感器（二）压阻式压力传感器UOUTUR2022年8月6日大气数据与惯导97振膜式压力传感器在一定的压力范围内，在系统振动质量一定时，谐振频率仅是压力P的函数。2022年8月6日大气数据与惯导98全温探头2022年8月6日大气数据与惯导99数字式大气数据计算机-输入接口多路转换器直流电压/数字转换V-T式A/D转换双积分式A/D转换逐次逼近式A/D转换交/直流转换原理频率/数字转换原理频率测量原理周期测量原理自整角机同步信号/数字转换电阻/数字转换多路转换器S/HA/D输入信号的传输2022年8月6日大气数据与惯导10

36、0数字式大气数据计算机-输入接口（一）逻辑多路转换器二进制译码器A B C D S0 S1 2022年8月6日大气数据与惯导101数字式大气数据计算机-输入接口（二）时序型多路转换器晶体振荡器计数分频器计数器译码器时钟脉冲分路脉冲输出（b）传感器传感器传感器传输门传输门传输门综合电路 脉冲分配器 X1X2X3（a）2022年8月6日大气数据与惯导102数字式大气数据计算机-输入接口（三） V/T式A/D转换锯齿波发生器 信号比较器 计数器标准脉冲发生器控制门零比较器开测启动开（上升沿）关（下降沿）数字量输出U入2022年8月6日大气数据与惯导103数字式大气数据计算机-输入接口（四）双积分式A

37、/D转换逻辑控制 零比较器 计数门 计数器 时钟 译码显示 积分器UXUR+URT1UcT2tUcUxT2UcUx双积分转换波形2022年8月6日大气数据与惯导104双积分式A/D转换工作过程三个阶段：采样阶段、比较阶段、休止阶段双积分式A/D转换器的特点：对积分元件R、C及时钟脉冲的稳定性及准确低要求低对于对称的常模干扰信号，特别是工频干扰信号有很强的抑制能力测量速度慢2022年8月6日大气数据与惯导105数字式大气数据计算机-输入接口（五）逐次逼近式A/D转换器方框图D / A转换器 锁存器 逐次逼近寄存器 比较器 INBUS0-3锁存指令250KHz 启动 -10VDC 转换完成锁存器

38、U入INBUS4-72022年8月6日大气数据与惯导106数字式大气数据计算机-输入接口（六）交/直流转换原理方框图交流参考电压90移相和过零检测 采样/保持交流信号电压采样脉冲直流电压2022年8月6日大气数据与惯导107数字式大气数据计算机-输入接口（六）频率测量原理方框图周期测量原理方框图1/M分频器 计数器参考晶体振荡器关闭脉冲启动复位被测频率fRfN1/M分频器 计数器参考晶体振荡器关闭脉冲启动复位被测频率fRfN2022年8月6日大气数据与惯导108数字式大气数据计算机-输入接口（七）自整角机信号转换方框图90移相和过零检测器 SCOTT变压器采样/保持采样/保持 三线400Hz交

39、流信号cossin400Hz参考电压将三相同步信号变换成传送角的正弦、余弦两相交流信号，然后再变成直流信号，再通过A/D转换成相应的数字量。2022年8月6日大气数据与惯导109角度信号的反变换利用角度的反变换，将f（）变成角，利用插值法进行函数计算。不用tg来求信号，主要是考虑到f（）函数的插值误差较小。sincossin +cos除法 f（）角度信号的反转换2022年8月6日大气数据与惯导110SCOTT 变压器（一）SCOTT变压器由两个变压器组成，一个M变压器，其原边线组带有中间抽头，匝数为W1，一个叫T变压器，其原边绕组匝数为 。两个变压器副边绕组匝数相同，都为W2（a）S1R1S2

40、S3R3R4R2W1W2W2c2022年8月6日大气数据与惯导111SCOTT 变压器（二）S1S2S3W1V42R1R3R4R2（b）V13c2022年8月6日大气数据与惯导112SCOTT 变压器（三）（V2c Vc1）V21V3cV32V13Vc3（Vc2 V1c）1201206060（c）2022年8月6日大气数据与惯导113数字式大气数据计算机-输入接口（八）电阻/数字转换程序恒流源 A/D 多路转换器MUXRtV1V22022年8月6日大气数据与惯导114数字式大气数据计算机-输出接口串行输出接口数字直流电压转换电路数字交流电压转换数字自整角机转换电路2022年8月6日大气数据与惯

41、导115大气数据计算机系统输出2022年8月6日大气数据与惯导116数字式大气数据计算机-输出接口（一）ARINC429总线串行传输总线，以三电平状态传输信息 总线电平 逻辑状态 +5V 1 0V 空载 -5V 01 2 347812132829 303132源地址字地址不用数据位备用有效位奇偶位发出数据的设备号表示不同信息（如高度等）根据前31位码中1的总数及奇偶校验确定2022年8月6日大气数据与惯导117ARINC429接口基本原理方框图32位移位寄存器可以由4个并行输入的8个移位寄存器（或2个16位寄存器），利用8位数据总线，分4次输入到移位寄存器，然后串行逐位输出。译码器输出控制数据

42、输入移位寄存器，D8 、D9 为译码器输入，Y3 Y0 选通4个8位移位寄存器的并行输入，输入32位数据后，向字间隙发生器输出一个启动信号，表示输入数据已准备好，开始串行输出，32位字，加8个字间隙，每传输一个数据字，共经历40位的时间。译码器32位移位寄存器字间隙发生器差动输出电路奇/偶校验数据总线0 / 1D9D8D7D0Y32022年8月6日大气数据与惯导118数字式大气数据计算机-输出接口（二）数字直流转换电路多路转换器MUXD/A滤波器采样/保持采样/保持滤波器Vo1Von数字输入2022年8月6日大气数据与惯导119数字-交流电压转换模拟模拟模拟模拟模拟数字量模拟量ViAnA8A4

43、A2A1运算放大器乘积模拟/数字乘法器RR/2R/4R/8R/nR/N2022年8月6日大气数据与惯导120数字式大气数据计算机-输出接口（三）数字自整角机转换数字/交流转换数字/交流转换数字/交流转换接收机数字量 coscos(+120)cos(+240) （a）2022年8月6日大气数据与惯导121利用SCOTT变压器实现数字/自整角机变换数字/交流转换数字/交流转换运算SCOTT cos 数字量 sin URcos URsinURUR三相同步传送至自整角机（b）2022年8月6日大气数据与惯导122数字/自整角机变换原理数字/交流转换数字/交流转换二线/三线变换数字量 cos(-30)c

44、os(+30)至自整角机（c）S1UR cos(+30)S2UR cos(-30)S3接收机（d）数字自整角机转换及二线/三线变换原理2022年8月6日大气数据与惯导123数字式大气数据计算机-微处理器硬件结构微处理器总线关系离散输出口离散输入口片选译码电路ROMRAM上电复位电路时钟总线分离器CPU（Z8002）数据总线地址总线2022年8月6日大气数据与惯导124数字式大气数据计算机-微处理器程序结构基本组成管理程序实时的大气数据计算（或其他数学任务）程序非实时的自检和故障监控程序自检监控程序实时中断服务自检程序限值程序开中断初始化启动YN2022年8月6日大气数据与惯导125DADC A

45、RINC706原理方块图 2022年8月6日大气数据与惯导126数字式大气数据计算机-36项自检功能检查输入总温是否在规定的范围内机型程序检查检查静压传感器周期计数是否在规定范围检查静压传感器温度输出范围检查频/数转换是否完善ARINC输出端绕回检查对RAM检查对ROM检查指令检查对CPU检查攻角比较检查检查 Ps=Pt（仅在地面功能检查时进行）备用VMO离散量检查EPROM读/写检查静压（或全压）锁相环检查微处理器计算功能检查2022年8月6日大气数据与惯导127CPU 监控方案一CPU定期向B端发出负脉冲，若CPU工作正常，单稳态触发器始终处于暂稳态，输出高电平。 单稳态B 触发器来自CP

46、UQ正常不正常2022年8月6日大气数据与惯导128CPU 监控方案二 CPU每秒发出负脉冲信号，使计数器清零。若CPU不能按时发出清计数器信号，计数器一直计数，当1.25秒后， CPU仍不能发出清计数器信号，WATCHDOG TIMER 为1，控制CPU清计数器，若仍不能复位，FAILURE为1，表示故障。WATCHDOG TIMER 计数器来自CPU40Hz时钟FAILURE译码器OSCCLRCLR2022年8月6日大气数据与惯导129大气数据计算机的基本计算方法线性插值法零阶插值一阶插值抛物线插值法2022年8月6日大气数据与惯导130线性插值点的选取法线性插值点的一般选取方法等距选取法

47、非等距选取法分段等距选取法最佳非等距选取法2022年8月6日大气数据与惯导131实用参数计算（1）马赫数的计算 若要求马赫数的分辨率为 ，则要求 而2022年8月6日大气数据与惯导132实用参数计算（2）升降速度的计算用固定时间间隔内测得的高度变化除以时间（对高度信号的分辨率要求高） 如升降速度精度要求0.5m/s，更新周期0.2s，则0.2s 内至少应该测量0.5m的高度变化；设最大高度30000m，计算机分辨率0.5m/w，则300000/ 0.05=600000，超出计算机单字长。修改为用： dH/dps可用插值法求取，在所有高度上，对升降速度的要求折算成对静压变化率的要求。更新速率与分

48、辨率之间的矛盾，还可以在硬件上解决。2022年8月6日大气数据与惯导133实用参数计算（3）马赫数变化率的计算直观方法与升降速度计算相同的问题，故改变计算形式：令 ，则2022年8月6日大气数据与惯导134传感器静特性校正分段线性插值法整体拟合校正2022年8月6日大气数据与惯导135压力传感器的温度补偿t2022年8月6日大气数据与惯导136二维线性插值原理先保持y不变，对x进行插值再固定y，对x进行插值2022年8月6日大气数据与惯导137静压源误差校正（SSEC）静压源误差规律模拟式大气数据计算机的静压源误差修正电气修正（见下图）机械修正气动修正数字式大气数据计算机的补偿方法（软件查表法）传感器差动变压器psULUsAMGSSEC2022年8月6日大气数据与惯导138大气数据计算机系统及其显示仪表左侧ADIRU向许多系统和部件提供大气数据基准（ADR）数据。ADR数据在ARINC429数据总线上输出。在每条总线上的数据是相同的。一条数据总线从ADIRU的ADR部分到惯性基准IR部分。以下是从左侧ADIRU接收ADR数据的部件和系统：自动油门（AT）计算机显示电子组件（EDU）1和2飞行操纵计算机（FCC）A飞行数据获取组件（FDAU）空中交通管制（ATC）