大气数据管理系统是航空飞机的重要航空电子机载设备，是涉及飞机飞行安全、飞行品质、控制效率、安全包线等各项重要航空能力的主要组成部分，是飞行员判断飞机外部环境的主要信息渠道，即通过飞机外部气流的静压、动压、温度、高度、偏差量、变化率、相对空速、绝对空速、速度变化率、空气密度等参数的信息融合与计算，给飞机的飞行控制系统、动力控制系统、自动导航系统、飞行参数系统、显示控制系统、危险告警系统等提供所必需的基础信息。随着航空领域电子技术的飞速发展，大气数据信息的数据量越来越大、信号种类越来越多、集成化程度越来越高、信息传输速度越来越快、交联关系越来越复杂，导致大气信息所引起的问题也随之增多，排故工作也随之复杂，通过对大气数据的电气特性进行系统性研究分析，有利于快速对大气数据的故障进行快速定位。
1大气数据的基本形式及功能分析
1.1大气数据计算机系统简介
大气数据一般均有独立或集成化的计算机进行综合分析和处理，大气数据计算机系统通常由外围传感器、输入控制电路板、中央信息处理器、输出控制电路板、监控自检测模块、基础电源等几个基本部分组成，如图1所示。
图1 大气数据计算机系统硬件结构框图
1.2大气数据计算机系统的功能分析
大气数据计算机系统通过外围传感器来感知飞机外部的压力、高度、速度、温度等环境信号，并为了便于大气数据信息的处理需要把动、静压等高速变化信号由原来的变化模拟量信号转换成以频率为特征的低频脉冲信号（函数关系信号处理），低频的大气信号有利于数据的传输并且不易被外界的电磁环境干扰，传送至大气数据计算机时再将该大气信号通过频率变换器将频率信号转化为数字信号，数字信号可通过机载数据总线传递给中央信息处理器进行逻辑解算。由矩阵开关统筹控制，将气温、空速等低速变化的信号由原本的直流电压信号分时进行模／数转换处理，再由微处理器将数字信号进行解算和修正。最终将解算后的大气信息依照大气方程迭代计算出飞机上其它系统所需的大气数据信息，并将大气数据信息送至各个相关的系统。大气数据计算机系统的信号原理框图如图2所示：
图2 大气数据计算机系统信号原理框图
2大气数据电气特性分析
2.1传感器电气特性分析
◆温度传感器
温度传感器利用温感材料原理，将温度信号转化为电阻值变化。计算公式：
a在温度传感器的有效工作区内可近似地看作一个随温度变化的常量，可用线性的变化公式进行计算。
◆压力传感器
空气静压和空速总压传感器均为振膜式的压力传感器，将压力信号转化为频率信号，再经过频率／数字变换器将频率信号转换为数字信号。传感器符合平膜片原理，其自然谐振频率设定为F。计算公式：
公式中：m代表平膜片的质量，kf代表弹性系数
弹性系数是计算负载压力的计算参量。计算公式：
公式中：X代表平膜片在压力作用下的偏移量，A、B、C、D是常量，常量大小由平膜片的尺寸及材料的弹性属性确定。
2.2模拟信号电气特性分析
模拟量信号主要传递场压信息、攻角信息、总温阻值和参考电压值。由锁存器中的控制信号选通多路转换开关控制模拟量与模／数转换器连通。通过模／数转换器将模拟信号转换成数字信号，并输出到数据缓冲器中。
2.3离散信号电气特性分析
离散量信号主要传递电压离散量和TTL电平离散量。电压离散量需经光电隔离器进行隔离转换，传输至系统总线上，而TTL离散量可直接传输至系统总线上。
2.4总线信号电气特性分析
总线信号是一种多路传输的数据总线技术。以ARINC429串行传输总线为例，传输的是串行双极性归零码，脉冲串由高、中、低三个电平值组成，高电平表示逻辑1，中电平为时钟脉冲，低电平表示逻辑0， 1个电脉冲表示1位，具有低速和高速两种传输速率。
2.5电源信号电气特性分析
电源信号为飞机上各种直流电源的信号，即5V、lOV、15V、一15V等直流电压信号。
3大气数据常见故障模式
在某型飞机的系统自检时，故障列表中经常报出的故障是“极限信号故障”，而经过系统排查，极限信号计算机并没有故障。系统分析可知极限信号计算机向大气数据计算机传输的极限信号计算机状态标识是通过429总线传递，其标识位符号在正常时设定是11，而大气数据计算机在进行自检时该标识状态位设置是功能测试属性，设定是10，因标识状态位比对结果不一致，所以报“极限信号故障”虚警故障。
另一型飞机使用时经常报 “大气数据传感器” 故障，动压与静压信号是由大气数据传感器感知，再通过429飞机总线传递至大气数据计算机中，大气数据计算机将动压与静压信号转换为频率脉冲信号，再经过频率／数字变换器将频率信号变换为可用于传输和计算的数字信号，其中29～30标识状态位有可能因偶然性的计算被修正为01，而01是初始设定的外部传感器的故障代码，容易报出大气数据传感器的虚警故障。
4结论
通过对航空飞机的大气数据进行系统性分析，结合大气数据系统工作原理和电气特性的理论研究，可以依照信号类别迅速定位故障信号的控制区域，在故障信号的特定类别区域内对大气数据计算机系统的外部设备接口、传感器、线路终端等进行针对性检测，可以快速高效地查找出故障原因，及时准确地发现系统内的软件或硬件问题。