殲擊機的操縱性，如桿／舵的操縱力、位移等要符合技術要求，符合飛行員的使用習慣，才能使飛行員安全舒適地駕駛殲擊機，在整個飛行中較好地完成飛行任務。殲擊機操縱桿／舵操縱力一位移性能評估是殲擊機產品質量檢測的主要項目之一，它根據殲擊機操縱桿／舵操縱力一位移性能指標的要求，檢測出其力和位移是否在規定的標準范圍內。本系統主要完成對殲擊機操縱桿／舵操縱力和位移的同步數據采集，并通過無線的方法將采集到的力、位移數據傳輸給評估系統，為評估系統提供繪制力一位移曲線所需的準確測量數據。

　　1 系統整體設計

　　殲擊機操縱桿／舵操縱力一位移性能檢測評估系統由采集系統和評估系統兩部分構成。采集系統主要包括傳感器、信號調理電路、微控制器和無線模塊。系統的硬件框圖如圖1所示。

　　采集系統通過兩片C8051F350分別同時控制采集對殲擊機操縱桿／舵操縱的施力信號，以及同一時刻操縱連桿相對力的位移信號，然后由各自的無線模塊將采集到的數據傳輸給評估系統。評估系統利用接收到的數據繪制力一位移曲線，和標準曲線進行對比后給出評估結果。

　　2 采集系統硬件概述

　　采集系統的核心控制器C8051F350是美國Silabs公司推出的一款完全集成的混合信號片上系統型微控制器，具有高速、低功耗、集成度高、功能強大、體積小巧等優點。它內部有1個全差分24位模／數轉化器，2個獨立的抽取濾波器，每個抽取濾波器均可通過編程達到l kHz的采樣率。

　　從傳感器輸出的信號往往是很微弱的毫伏級信號，需要用放大器對信號加以放大。信號經放大、濾波后接入C805lF350的模擬信號輸入端。

　　射頻芯片nRF24L01是一款工作在2．4 GHz～2．5 GHz，世界通用ISM頻段的單片無線收發器芯片，不僅具有自動應答及自動重發功能，而且在增強型ShockBurst模式下還具有數據包識別、地址及循環冗余校驗方式（Cyclic Redundancy Check，CRC）校驗的功能，減少了外部CPU的工作量，增強了數據傳輸的可靠性。

　　3 采集系統同步設計

　　3．1 系統軟件設計

　　安裝在操縱桿手柄上的采集系統作為主采集器（簡稱A），實現對操縱桿／舵操縱的施力信號的采集。和操縱連桿相連的采集系統為從采集器（簡稱B），實現對操縱連桿位移信號的采集。現有的同步數據采集系統一般是由l臺控制器控制1片具有多通道的同步數據采集芯片，或者同時控制多片同步數據采集芯片來實現的。而本系統要完成的是由2片單片機分別控制，對力和位移進行同步數據采集。由A控制采集過程的開始和結束，2個采集器由2片C8051F350分別控制，所以在數據采集開始前必須使A和B系統同步。A和B的程序流程圖分別如圖2、圖3所示。

　　3．2 系統同步的實現

　　A和B系統同步是指2個采集系統開始采集力數據和位移數據的時間是一致的，先計算出2片C805lF350控制無線模塊通信過程中的時間差，經過時間補償后使2個采集系統開始同步數據采集。A和B進行系統同步的流程圖分別如圖4、圖5所示。

　　A同步初始化后向B發送一個準備開始采集的同步信號，隨即檢測是否接收到B發來的應答信號（同步信號和應答信號為相同字節），同時A使用定時器中斷監測同步信號是否丟失，定時時間要遠大于從發送同步信號到接收到應答信號所用時間的理論計算值。若定時內沒有收到應答信號則認為同步信號丟失，觸發中斷，在中斷子程序中將重新發送同步信號并裝載定時初值，直到收到應答信號。

　　A的定時時間包括發送同步信號的時間、同步信號的傳輸時間、B檢測判斷該信號的時間、發送應答信號的時間、應答信號的傳輸時間和關定時器的時間。

　　其中A發送同步信號需m個機器周期，B檢測判斷同步信號需n個機器周期，發送應答信號需p個機器周期（p=m），關定時器需q個機器周期，C8051F350的機器周期為T，則執行這些指令的時間S=（m+n+p+q）T。nRF24L0l的數據傳輸率為l Mbps，同步信號的傳輸時間為tl，應答信號的傳輸時間為t2（t2=t1），這一過程共用時G=t1+t2+S，定時時間為H》》G。

　　B接收到同步信號后，向A發送一個應答信號，經過X的延時后2個采集系統便完成了系統同步。由于測試環境的不同，X也是不確定的，可由另外的測試程序測試后加以計算獲得。

　　因為A，B選用的均為C805lF350，機器周期相同，所以2個采集系統在完成系統同步后的數據采集過程可視為是同步進行的，不考慮其間的時間差。

　　3．3 同步測試設計

　　A的測試流程圖如圖6所示。A定時H觸發中斷，在中斷子程序中令同步測試信號丟失標志Flag=1，表明同步測試信號丟失，要重新發送。同時A使能計數器，利用計數值可以計算出從發送同步測試信號到接收到應答信號的實際用時，進而得到同步（應答）信號的實際傳輸時間。用多次測試中出現概率最大的數值計算實測時間，實測時間記為TA。

　　B始終處于接收數據的狀態，只要收到A發來的同步測試信號就發送一個測試應答信號，如圖7所示。

　　從圖6可知實測時間中開、關計數器的時間可相互抵消，且A檢測判斷應答信號同樣需n個機器周期，則同步（應答）信號的實際傳輸時間tA=（TA-（n+p+n）T）／2。

　　圖5中的延時時間包括應答信號的傳輸時間、A檢測判斷該應答信號的時間和關定時器的時間，則x=tA+（n+q）T。

　　4 測試結果及分析

　　A，B對加入l V直流偏置、頻率為1 kHz、峰值為1 V的同一正弦信號進行同步數據采集，利用MATLAB將采集到的2路數據擬合。圖8為多次實驗中擬合效果較好的波形，C805lF350的采樣頻率為19．2 kHz。

　　從圖8可以看出兩路波形基本重合，進行局部放大后的波形如圖9所示。可根據波形的周期、采樣頻率計算出A和B對同一數值采集的時間差在μs量級，實現了系統的同步數據采集。

　　5 結論

　　通過多次實驗證明了本文提出的時間補償法可使采集系統實現同步數據采集，為殲擊機進行操縱性能檢測評估提供有效、準確的測量數據。本系統具有電路簡單、體積小巧，使用方便等特點，可應用于其他相關領域和行業中。