中心論題：

• FADS的基本原理。
• 無線SAW壓力傳感器的原理。
• SAW壓力傳感器無線測量結構。
• SAW單端諧振器的等效電路對SAW壓力傳感器的仿真結果。

• 無線聲表麵波壓力傳感器組成廉價且精度較高的組合導航係統。
• 兩個單端諧振器並聯減少了傳播損耗和插入損耗。
• 無線檢測SAW壓力傳感器的中心諧振頻率變化得到壓力變化的數據。

引 言
FADS采用分布在飛行器前端周線(也可機翼兩側)不同位置上的壓力傳感器陣列測得壓力
，通過計算間接得到動靜壓，從而獲得真空速

、馬赫數
、氣壓高度等大氣數據。NASA的Dryden飛行研究中心在19世紀60年代開始了對嵌入式大氣數據係統的研究。這種傳感係統被應用於F-14，F/A-18，X-31，X-33，X-34以及X-38等諸多飛行器上，但其使用的是傳統的壓力傳感器

，需要冗長的線纜等，不利於在較小型的武器彈藥上使用。

無線聲表麵波壓力傳感器具有體積小、nengwuxianceliangdeyoudian，yinerqianrushidaqishujuxitongshiyongwuxianshengbiaomianboyalichuanganqi，jiunengjiangqianrushidaqishujuxitongyunyongdaojiaoxiaoxingdewuqidanyaoshang，yuxiaoxinglianjiadejielianguandaojinxingzuhe
，kezuchenglianjiadanjingdujiaogaodezuhedaohangxitong，kefangbiandeyongyutigaoxiaoxingdanyaodemingzhongjingdudeng。

基本原理
FADS一般安裝在飛行器前端
，為了不影響雷達和火控裝置的安裝，也有將FADS安裝在機翼前端。F-14的FADS由23個壓力傳感器組成，安裝在機身前端。X-33的FADS係統則由6個壓力傳感器組成，安裝在機身前端。壓力傳感器的數目並沒有固定的規定。在F-14飛機上，其FADS的壓力傳感器布局如圖1所示。
 
FADSxitongzhongyalichuanganqishumuyueduo，qirongcuoxingnengyuehao，danxitongdejisuanjiuyuefuza，xitongxingnengyaoqiujiuyuegao。danyouyucelianggongjiaohecehuajiaoxuxiangyingdeyalicha，yinerzaizhongxindiandezhouweibixuyouxiangduichengdeyaliceliangdian。

FADS係統的空氣動力學模型把位流模型與修正的牛頓流模型(前者主要適用於亞音速條件
，後者主要適用於超音速條件)與一個修正係數ε相結合，形成了不同馬赫情況下的帶補償的空氣動力學模型。ε的數值是在綜合考慮了壓縮效應


、氣動外形、係統影響等因素而選取的。在飛行中，可以將其看成攻角、側滑角和馬赫數的函數，其函數關係可以在飛行前確定。
在此省略空氣動力學的推導過程，給出FADS係統完整的空氣動力學模型
 
式中：pi為第i(i=1，2…23)個壓力傳感器(簡稱i點)所測得的壓強;qc為動壓;p∞為靜壓;M∞為馬赫數;ε為形壓係數;α為攻角;β為側滑角;φi為i點的圓周角;λi為i點的圓錐角;θi為i點的入射角(該點的曲麵法線方向與來流速度矢量的夾角);g函數是一個確定的單調函數。通過對壓力點壓力的測量以及相應的算法
，可以得到動

、靜壓的值、馬赫數

、攻角和測滑角，通過這些值又能推算氣壓高度和真空速等大氣參數。

無線SAW壓力傳感器
在飛行器前端安裝FADS，需要體積很小的壓力傳感器進行點測。在文獻[4]
，[5]中報道的無線SAW壓力傳感器都是通過延遲線實現的，延遲線的插入損耗以及傳播損耗較大，影響SAW壓力傳感器遙測的距離，且SAW延遲線形狀扁長
，不適宜安裝於飛行器前端對一個點的壓力進行測量。通過圖2所示的SAW壓力傳感器的結構可改變SAW壓力傳感器的形狀，且能增加SAW壓力傳感器無線測量的距離。
 
不同於聲表麵波延遲線結構的SAW壓力傳感器

，圖2所示的結構采用兩個單端諧振器並聯。SAW諧振器在諧振時瑞利波通過反射柵形成多次疊加，其能量也多次疊加
，因而相對減少了傳播損耗和插入損耗
，具有較高高的Q值。同時SAW諧振器靈敏度高，精確度高，且能長時間保持穩定。利用這種結構設計來無線測量壓力
，能減少SAW壓力傳感器的傳播損耗和插入損耗，因而這種原理結構具有良好的應用潛力。

當傳感器表麵有壓力作用時，無線SAW壓ya力li傳chuan感gan器qi的de壓ya電dian薄bo膜mo就jiu會hui產chan生sheng形xing變bian，薄bo膜mo材cai料liao的de應ying變bian會hui使shi得de聲sheng表biao麵mian波bo傳chuan播bo速su度du發fa生sheng變bian化hua，從cong而er使shi聲sheng表biao麵mian波bo的de中zhong心xin諧xie振zhen頻pin率lv發fa生sheng變bian化hua。通tong過guo無wu線xian檢jian測ceSAW壓ya力li傳chuan感gan器qi的de中zhong心xin諧xie振zhen頻pin率lv變bian化hua，就jiu能neng得de到dao壓ya力li變bian化hua的de數shu據ju。假jia設she溫wen度du對dui兩liang個ge單dan端duan諧xie振zhen器qi的de中zhong心xin諧xie振zhen頻pin率lv影ying響xiang很hen小xiao，則ze兩liang諧xie振zhen器qi中zhong心xin頻pin率lv差cha的de變bian化hua與yu所suo測ce壓ya力li之zhi間jian的de關guan係xi式shi可ke表biao示shi為wei
 
式中
，S1和S2分別表示單端諧振器1和單端諧振器2的壓力靈敏係數，與單端諧振器和隔膜的參數有關。壓力靈敏係數可表示為
 
式中：R為隔膜的半徑;h為隔膜的厚度;E為楊氏模量;μs為泊鬆比;r1和r2為兩單端諧振器基片材料對機械擾動的線性係數。
通過無線測量SAW兩個諧振器中心頻率差的變化就能得到壓力值
，極大地提高了嵌入式大氣數據係統的應用靈活性。

無線測量結構
在嵌入式大氣數據係統中，SAW壓力傳感器無線測量的優點可提高其應用的靈活性。圖3所示為SAW壓力傳感器無線測量結構。
 
整個無線測量係統由信號詢問與信號接收兩部分電路組成。信號發送裝置由參考振蕩器
、RF脈衝發生器以及接收/發送(T/R)轉換開關組成;信號接收裝置由積分下變頻轉換器、兩路A/D轉換器組成。信號處理器模塊將經過A/D轉化後得到的數據進行處理，從中得到相位正交的I路信號和Q路信號，對I路信號和Q路信號處理就能得到SAW傳感器由於物理變化而產生的頻率和相位變化信息，同時信號處理器模塊產生脈衝控製信號以及接收/發送轉換信號，以對接收發送的轉換進行協調。

由於信號收發電路發射脈衝詢問信號後，脈衝信號在傳播
、SAW傳感器中處理以及返回過程中都需要時間

，所以必須定義相互獨立的發送和接收間隔時間，通過接收/fasongkaiguanjinxingzhuanhuan。cankaozhendangqizaimaichongxinhaofasongshichanshengxunwenxinhao
，erzaijieshouxinhaoshiweijifenxiabianpintigongbenzhencankaoxinhao。jingxiabianpinzhuanhuanhou，youshuangluA/D轉換器進行數字化，並通過可編程邏輯器件對信號的接收發送進行控製。信號處理後與慣導係統相聯，組成小型的組合導航係統。

仿真結果
可通過SAW單端諧振器的等效電路對SAW壓力傳感器的整體性能進行分析，圖4為SAW單端諧振器的等效電路。
 
圖中：C1表示基片彈性引起的動態電容;L1是基片慣性引起的動態電感;R1是阻尼引起的動態電阻;C0是叉指換能器的靜電容。SAW壓力傳感器由兩個單端諧振器並聯得到，通過HPEesoft軟件進行仿真
，可得兩諧振器的回波導納幅值與頻率的關係。仿真結果如圖5所示。
 
在圖5中可以看出
，兩SAW諧振器有兩個中心諧振頻率，分別為434 MHz和434.4 MHz。這兩個頻率都在ISM標準無線頻率測量範圍之中
，可有效進行無線測量。