宇 峰，韓 冰，黃平安

（航空工業(yè)西飛，西安 710089）

1 問(wèn)題描述

某飛機(jī)在進(jìn)行試飛中空勤反映DME作用距離不達(dá)標(biāo)。通過(guò)視頻回放，發(fā)現(xiàn)兩部DME均在360km～385km時(shí)出現(xiàn)距離數(shù)據(jù)無(wú)效現(xiàn)象；查看飛參數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩部DME在320km～385km時(shí)距離數(shù)據(jù)有不連續(xù)的現(xiàn)象。

2 問(wèn)題排查

2.1 機(jī)理分析

DME測(cè)距采用應(yīng)答式雙程脈沖測(cè)距原理，DME機(jī)載設(shè)備發(fā)射詢問(wèn)脈沖，地面信標(biāo)臺(tái)用做應(yīng)答器，地面信標(biāo)臺(tái)收到詢問(wèn)后延遲t0再發(fā)射回答脈沖，機(jī)載設(shè)備測(cè)量詢問(wèn)脈沖與收到回答脈沖的時(shí)間間隔，并把此差值轉(zhuǎn)變成距離讀數(shù)。

通過(guò)機(jī)上和試驗(yàn)室試驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)存在故障的兩部DME收發(fā)訊機(jī)在信噪比比合格DME收發(fā)訊機(jī)低，飛機(jī)在距離地面臺(tái)320km～385km時(shí)，信號(hào)電平小于-84dBm，當(dāng)設(shè)備的信噪比低時(shí)，正常的測(cè)距信號(hào)受噪聲干擾，信號(hào)發(fā)生變形導(dǎo)致回答信號(hào)捕捉困難，進(jìn)而影響距離工作不穩(wěn)定，出現(xiàn)距離不連續(xù)的現(xiàn)象。

2.2 影響作用距離的原因分析

DME系統(tǒng)工作于L波段，電波傳播特性為直線傳播，影響其作用距離的因素有：

（1）地面臺(tái)的發(fā)射功率、接收靈敏度。

（2）機(jī)上安裝不符合要求。

（3）機(jī)載設(shè)備發(fā)射功率、接收靈敏度、發(fā)射頻率準(zhǔn)確度、天線性能、射頻電纜等因素。

（4）設(shè)備之間的個(gè)體差異會(huì)影響作用距離的穩(wěn)定性。

（5）空中電磁環(huán)境干擾。

2.3 設(shè)備技術(shù)狀態(tài)檢查

通過(guò)與其他合格的DME收發(fā)訊機(jī)和兩部故障DME收發(fā)訊機(jī)技術(shù)狀態(tài)對(duì)比。

（1）硬件版本V2.01和V2.00的差異：在低頻數(shù)據(jù)線增加防雷二極管和濾波連接器。

（2）在低頻數(shù)據(jù)線上增加防雷二極管和濾波連接器只是增加設(shè)備對(duì)外界極端環(huán)境下的抗干擾性不會(huì)影響設(shè)備的測(cè)距性能，可以排除DME收發(fā)訊機(jī)增加防雷和濾波器件帶來(lái)的影響。

2.4 地面臺(tái)影響因素核查

根據(jù)飛行任務(wù)和飛行數(shù)據(jù)分析，多架次飛行中使用閻良和咸陽(yáng)地面臺(tái)，其作用距離均滿足技術(shù)指標(biāo)要求，閻良和咸陽(yáng)地面臺(tái)發(fā)射功率約為1000W（60dBm），在370km時(shí)信號(hào)衰減計(jì)算如下：

Lfs=32.44+20lg370（km）+20lg1000（MHz）=144dB

計(jì)算可得出在距離地面臺(tái)370km處信號(hào)強(qiáng)度大約為60dBm-144dB=-84dBm。所以從理論上分析，由于DME收發(fā)訊機(jī)靈敏度均不小于-90dBm，可以初步排除地面臺(tái)因素。

2.5 機(jī)上檢查與試驗(yàn)

對(duì)存在問(wèn)題的2部DME收發(fā)訊機(jī)安裝情況進(jìn)行了檢查，用外場(chǎng)模擬器對(duì)相關(guān)功能進(jìn)行了檢查。

檢查結(jié)果：經(jīng)機(jī)上安裝檢查和試驗(yàn)室對(duì)DME收發(fā)訊機(jī)發(fā)射功率、接收靈敏度、發(fā)射頻率準(zhǔn)確度、天線性能、射頻電纜進(jìn)行測(cè)試，未發(fā)現(xiàn)安裝問(wèn)題和技術(shù)指標(biāo)存在不合格情況。

2.6 試驗(yàn)室測(cè)試

在試驗(yàn)室使用內(nèi)場(chǎng)模擬器對(duì)合格DME收發(fā)訊機(jī)和不合格的2部DME收發(fā)訊機(jī)按技術(shù)要求進(jìn)行性能對(duì)比測(cè)試。

從測(cè)試結(jié)果可以看出，幾部DME設(shè)備在-75dBm電平時(shí)信號(hào)質(zhì)量相差不大，在-90dBm電平時(shí)DME1、DME2的信噪比只能達(dá)到3:1，而DME3、DME4和合格DME信噪比均可達(dá)到5:1，DME3、DME4信噪比雖然達(dá)到5:1，但機(jī)器本身的噪音電平較合格DME噪音電平高。

當(dāng)模擬器輸出信號(hào)電平小于-90dBm時(shí)，通過(guò)示波器觀測(cè)信息處理分機(jī)對(duì)70MHz中頻信號(hào)在采樣檢波后存在噪音信號(hào)的情況，經(jīng)測(cè)量最大噪音信號(hào)半幅脈沖寬度達(dá)到1.2μs。而測(cè)距軟件為了提高抗干擾性能，在對(duì)接收信號(hào)處理過(guò)程中采取的窄脈沖抑制條件為1.0μs，抑制條件過(guò)窄導(dǎo)致軟件將噪音信號(hào)識(shí)別為正常信號(hào)，造成回答信號(hào)譯碼錯(cuò)誤，導(dǎo)致距離出現(xiàn)跳變和丟失。

除此以外，目前軟件中AGC控制周期為10ms。在實(shí)際飛行過(guò)程中，由于飛機(jī)姿態(tài)變化、空間信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)變化，設(shè)備接收到的信號(hào)幅度變化大，如果AGC控制周期過(guò)快會(huì)造成AGC頻繁抖動(dòng)，影響接收信號(hào)幅度變化，最終影響距離測(cè)量。

針對(duì)出現(xiàn)的距離數(shù)據(jù)存在閃爍（無(wú)效）現(xiàn)象，在試驗(yàn)室對(duì)收發(fā)訊機(jī)進(jìn)行了進(jìn)一步測(cè)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)閃爍（無(wú)效）時(shí)間約為0.3s，閃爍后顯示的距離數(shù)據(jù)正確。根據(jù)測(cè)距設(shè)備工作原理分析，造成距離數(shù)據(jù)無(wú)效有兩種因素：一是設(shè)備在正常工作中無(wú)法收發(fā)信號(hào)造成的距離解算失效，上傳距離數(shù)據(jù)為非計(jì)算數(shù)據(jù)；二是在數(shù)據(jù)上傳給RIU過(guò)程中ARINC429總線數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤造成系統(tǒng)顯示非計(jì)算數(shù)據(jù)。

按照測(cè)距設(shè)備詳細(xì)設(shè)計(jì)要求，設(shè)備周期數(shù)據(jù)更新速率不超過(guò)50ms±5ms。RIU在對(duì)設(shè)備上傳周期數(shù)據(jù)接收過(guò)程中有超時(shí)處理，若設(shè)備未在150ms內(nèi)上傳ARINC429周期數(shù)據(jù)，RIU會(huì)自動(dòng)將其ARINC429數(shù)據(jù)中的狀態(tài)位置為非計(jì)算數(shù)據(jù)。因此造成設(shè)備距離數(shù)據(jù)閃爍（無(wú)效）的原因是由于故障件DME存在ARINC429周期數(shù)據(jù)丟包超過(guò)150ms的現(xiàn)象，不滿足測(cè)距設(shè)備詳細(xì)設(shè)計(jì)要求中對(duì)周期數(shù)據(jù)更新速率的要求。

對(duì)設(shè)備ARINC429總線數(shù)據(jù)發(fā)送邏輯進(jìn)行排查，設(shè)備429數(shù)據(jù)收發(fā)由FPGA控制，其中DSP以50ms周期向FPGA寫入發(fā)送數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA收發(fā)邏輯在空閑狀態(tài)循環(huán)檢測(cè)DSP發(fā)送據(jù)標(biāo)志以及429接收數(shù)據(jù)標(biāo)志，當(dāng)檢測(cè)到DSP發(fā)送數(shù)據(jù)標(biāo)志或429接收數(shù)據(jù)標(biāo)志后，轉(zhuǎn)入相應(yīng)發(fā)送或接收操作，發(fā)送或接收結(jié)束返回空閑狀態(tài)。當(dāng)FPGA收發(fā)邏輯返回空閑狀態(tài)時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)標(biāo)志已被DSP清除，導(dǎo)致需上傳的周期數(shù)據(jù)未發(fā)送。

2.7 空中電磁環(huán)境干擾

DME測(cè)距性能與空中電磁環(huán)境有關(guān)，當(dāng)電磁環(huán)境惡劣時(shí)也會(huì)影響DME設(shè)備接收的信號(hào)，也會(huì)造成距離數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

3 解決措施

3.1 空中距離數(shù)據(jù)跳變及丟數(shù)據(jù)解決措施

通過(guò)以上分析，后續(xù)對(duì)測(cè)距設(shè)備信號(hào)處理軟件進(jìn)行優(yōu)化，軟件更改的措施有以下兩條：

（1）對(duì)窄脈沖抑制條件進(jìn)行調(diào)整：更改窄脈沖抑制條件，對(duì)噪音信號(hào)進(jìn)行抑制。

（2）優(yōu)化AGC控制：采用壓棧策略，更改AGC控制條件，減小AGC變化頻率，改善信號(hào)幅度跳變。

3.2 DME距離數(shù)據(jù)閃爍解決措施

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上分析，信噪比低是影響DME遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的原因之一。軟件改進(jìn)后經(jīng)過(guò)試驗(yàn)室測(cè)試驗(yàn)證和試飛驗(yàn)證，證明提高DME收發(fā)訊機(jī)信噪比理論上可以改善DME遠(yuǎn)距離抗干擾性，進(jìn)而提高遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。