汪小龍 高麗輝 楊雷

摘要：某型空空導(dǎo)彈控制組合數(shù)字裝置是該導(dǎo)彈控制組合修理過程中故障率較高的分組件，由于數(shù)字裝置內(nèi)部邏輯電路復(fù)雜，使得控制組合故障定位較為困難。本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)修理?xiàng)l件和技術(shù)對(duì)控制組合數(shù)字裝置的工作原理進(jìn)行了研究和分析，實(shí)現(xiàn)了該數(shù)字裝置的深度修理。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)彈；數(shù)字裝置；深度修理

Keywords：missile；digital device；deep repair

0 引言

某型空空導(dǎo)彈控制組合數(shù)字裝置（以下簡(jiǎn)稱數(shù)字裝置）又稱接收和編碼轉(zhuǎn)換裝置，用來接收載機(jī)輸出的32位雙極性二進(jìn)制串行碼數(shù)字信號(hào)，通過接收轉(zhuǎn)換電路，將串行碼轉(zhuǎn)換成并行數(shù)字信號(hào)并同時(shí)進(jìn)行解碼確認(rèn)后，傳送到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，然后再通過相應(yīng)的電路將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，輸出到相應(yīng)的接收部件。

1 工作原理

數(shù)字裝置主要由電路板Ⅰ、電路板Ⅱ組成，其中，電路板Ⅰ為碼接收器，電路板Ⅱ?yàn)橹噶钭儞Q器。原理框圖如圖1所示。從Uа、Uб的輸入端輸入的串行信息進(jìn)入計(jì)數(shù)脈沖和信息脈沖形成器形成三路信息：信息脈沖、讀數(shù)脈沖和計(jì)數(shù)脈沖。其中，信息脈沖進(jìn)入移位寄存器，借助讀數(shù)脈沖將信息并行記錄到移位寄存器；計(jì)數(shù)脈沖與信息脈沖通過間隔選擇器、字選擇器、偶校驗(yàn)器和32位計(jì)數(shù)完畢脈沖形成器生成計(jì)數(shù)完畢脈沖。

移位寄存器輸出的并行信息在計(jì)數(shù)完畢脈沖及“φ0”指令的作用下進(jìn)入地址譯碼器和儲(chǔ)存器，地址譯碼器對(duì)并行碼1至8位地址碼進(jìn)行譯碼，儲(chǔ)存器選擇性儲(chǔ)存并行碼9至18位信息。最后，轉(zhuǎn)換器對(duì)譯碼正確的譯碼器對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)信息進(jìn)行邏輯處理、D/A轉(zhuǎn)換、電壓轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的指令。

2 結(jié)構(gòu)組成

2.1 碼接收器

碼接收器由計(jì)數(shù)脈沖和信息脈沖形成器、間隔選擇器、字選擇器、偶校驗(yàn)器、移位寄存器和32位計(jì)數(shù)完畢脈沖形成器等組成。

編碼信息以國(guó)際上常用的ARINC429碼形成。ARINC429是一種航空電子總線，最早用于將飛機(jī)各系統(tǒng)間或系統(tǒng)與設(shè)備間通過雙絞線互連，是各系統(tǒng)間或系統(tǒng)與設(shè)備間數(shù)字信息傳輸?shù)闹饕窂剑愃朴陲w機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其規(guī)范是在ARINC419的基礎(chǔ)上起草的，但又獨(dú)立于ARINC419。過去許多航空設(shè)備采用的航空總線種類各異，很難互相兼容，現(xiàn)代飛機(jī)電子系統(tǒng)要求各機(jī)載航空設(shè)備使用統(tǒng)一的航空總線，方便系統(tǒng)集成，ARINC429就是在這種需要下形成的規(guī)范。ARINC429具有接口方便、數(shù)據(jù)傳輸可靠的特點(diǎn)，目前是航空領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的航空電子總線，在導(dǎo)彈、雷達(dá)等領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。

ARINC429總線上有一對(duì)單向、差分耦合、雙橋屏蔽線。每條線上的信號(hào)電壓范圍在+5～-5V之間。一條線稱為A（或+），另一條稱為B（或-）。線路上的碼型為雙極性歸零碼。兩條線路的差分信號(hào)邏輯關(guān)系有三種：當(dāng)A-B之間的差分電壓為7.25～11V時(shí)，表示邏輯1；當(dāng)A-B之間的差分電壓為-0.5～0.5V時(shí)，表示NULL；當(dāng)A-B之間的差分電壓為-11～-7.25V時(shí)，表示邏輯0。

接收線路上的電壓取決于線路長(zhǎng)度和掛接在總線上的接收器的個(gè)數(shù)。ARINC429總線協(xié)議的字格式如表1所示。其中，第32位為奇偶檢驗(yàn)位P，一般設(shè)置為奇檢驗(yàn)，當(dāng)1～31位含有偶數(shù)個(gè)1時(shí)，該位置為“1”，反之為“0”；第31、30位為符號(hào)/狀態(tài)位SSM，用于標(biāo)識(shí)硬件操作模式、條件以及有效數(shù)據(jù)；第29位為標(biāo)記位SIGN；第28位到第11位為數(shù)據(jù)區(qū)位DATA；第10、9位為源/目的標(biāo)識(shí)位SDI，當(dāng)總線上有多個(gè)接收器時(shí)可通過該位獲取有效數(shù)據(jù)；第8位到第1位為源/目標(biāo)標(biāo)志位LABEL，用于表示傳輸?shù)念愋汀?/p>

上述字的發(fā)送順序?yàn)椋涸?目標(biāo)標(biāo)志位、源/目的標(biāo)識(shí)位、數(shù)據(jù)區(qū)位、標(biāo)記位、符號(hào)/狀態(tài)位和奇偶校驗(yàn)位。其中，源/目標(biāo)標(biāo)志位與正常順序剛好相反，先發(fā)送高位再發(fā)送低位，即8、7、6、5、4、3、2、1、9、10、11……32的順序。

此型導(dǎo)彈控制組合數(shù)字裝置碼接收器以雙極性歸零制的三態(tài)碼調(diào)制方式進(jìn)入U(xiǎn)а、Uб輸入端（三態(tài)碼調(diào)制方式如圖2所示）。

當(dāng)Uа輸入端為正脈沖、Uб輸入端為負(fù)脈沖時(shí)表示邏輯1；當(dāng)Uа輸入端為負(fù)脈沖、Uб輸入端為正脈沖時(shí)表示邏輯0。32個(gè)脈沖組成一個(gè)字，字間隔為4T（T為脈沖周期，T≈21ms）。Uа、Uб輸入端輸入的串行信息進(jìn)入計(jì)數(shù)脈沖和信息脈沖形成器形成三路信息：信息脈沖、讀數(shù)脈沖和計(jì)數(shù)脈沖。其中，信息脈沖進(jìn)入移位寄存器并借助讀數(shù)脈沖將信息并行記錄到移位寄存器。計(jì)數(shù)脈沖與信息脈沖通過間隔選擇器、字選擇器、偶校驗(yàn)器和32位計(jì)數(shù)完畢脈沖形成器生成計(jì)數(shù)完畢脈沖。

2.2指令變換器

指令變換器由+5V電源、“φ0”指令變換器、地址譯碼器、儲(chǔ)存器、轉(zhuǎn)換器、D/A基準(zhǔn)電壓組成。

指令變換器對(duì)碼接收器產(chǎn)生的32位并行碼中的前18位進(jìn)行譯碼和指令轉(zhuǎn)換。移位寄存器輸出的并行信息在計(jì)數(shù)完畢脈沖及“φ0”指令的作用下進(jìn)入地址譯碼器和儲(chǔ)存器，地址譯碼器對(duì)并行碼1～8位地址碼進(jìn)行譯碼，儲(chǔ)存器選擇性儲(chǔ)存并行碼9～18位信息。最后，變換器對(duì)譯碼正確的譯碼器對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)信息進(jìn)行邏輯處理、D/A轉(zhuǎn)換、電壓轉(zhuǎn)換后，形成指令：“高度0”“高度1”“高度2”“角度0”“角度1”“角度2”“目標(biāo)類型1”“目標(biāo)類型2”“目標(biāo)類型3”“地面”和“速度”。

3 測(cè)試定義

數(shù)字裝置對(duì)外端口較少，數(shù)據(jù)端口僅有9個(gè)（見表2）。根據(jù)數(shù)字裝置故障情況以及目前的檢測(cè)手段，對(duì)該型導(dǎo)彈控制組合檢查及故障定位系統(tǒng)的工作原理、檢測(cè)項(xiàng)目、檢測(cè)流程進(jìn)行了分析。對(duì)該設(shè)備測(cè)試程序中429檢查模塊進(jìn)行歸納總結(jié)，分析源程序，形成429檢查項(xiàng)目，如表3所示。

4 專用檢測(cè)工具

針對(duì)數(shù)字裝置故障情況，修理現(xiàn)場(chǎng)備有一個(gè)專用檢測(cè)工具用于故障修復(fù)，專用檢測(cè)工具如圖3所示。

該專用檢測(cè)工具在使用過程中輸出A、B兩路信號(hào)，兩路信號(hào)經(jīng)過差分運(yùn)算后輸出ARINC429協(xié)議規(guī)定的信息碼（見圖4），用示波器采集到的波形如圖5所示。

5 數(shù)字裝置故障分析及修理

首先，對(duì)數(shù)字裝置工作過程進(jìn)行分析。Uа、Uб的輸入端輸入的編碼信息進(jìn)入脈沖啟動(dòng)比較器比較電平后，分別輸出兩路單極性脈沖信息（以下簡(jiǎn)稱信息脈沖）。兩路信息脈沖進(jìn)行“與”邏輯處理，形成單極性計(jì)數(shù)脈沖與讀數(shù)脈沖。

一路信息脈沖進(jìn)入移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端并借助進(jìn)入時(shí)鐘輸入端的讀數(shù)脈沖將信息并行記錄到移位寄存器。為了準(zhǔn)確記錄，利用部分器件使讀數(shù)脈沖預(yù)先延遲。當(dāng)所有信息并行記錄至移位寄存器，32位計(jì)數(shù)完畢脈沖形成器上形成計(jì)數(shù)完畢脈沖，信息即可并行讀出。計(jì)數(shù)完畢脈沖由32位字選擇器和偶校驗(yàn)器形成。計(jì)數(shù)完畢脈沖的持續(xù)時(shí)間由延遲電路決定。計(jì)數(shù)完畢脈沖在產(chǎn)生的同時(shí)使32位計(jì)數(shù)器清零。延遲一段時(shí)間后輸出低電平，繼續(xù)接收信息脈沖。

地址譯碼器對(duì)并行碼1～8位地址碼進(jìn)行譯碼。若地址碼正確則置“0”，地址碼錯(cuò)誤則置“1”。

儲(chǔ)存器選擇性儲(chǔ)存并行碼9～18位信息。若地址碼正確后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器輸出存儲(chǔ)信息。

轉(zhuǎn)換器對(duì)存儲(chǔ)器輸出信息進(jìn)行邏輯處理、D/A轉(zhuǎn)換、電壓轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生與表2對(duì)應(yīng)的指令。

指令“速度”的D/A轉(zhuǎn)換器將并行碼11～18位信息轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)，用于產(chǎn)生D/A基準(zhǔn)電壓。

“φ0”指令變換器將+27V“φ0”指令轉(zhuǎn)換為+5V數(shù)字邏輯電平。

+5V電源將載機(jī)供給或?qū)棶a(chǎn)生的+9V直流電壓轉(zhuǎn)換成+5V直流電壓，供給數(shù)字電路各器件。

數(shù)字裝置典型故障模式有：供電超差導(dǎo)致測(cè)試不合格；邏輯電路故障導(dǎo)致測(cè)試不合格。

5.1 供電超差導(dǎo)致不合格

一枚控制組合在進(jìn)行故障檢查429碼測(cè)試過程中，測(cè)試不合格。具體表現(xiàn)為測(cè)試項(xiàng)目1、測(cè)試項(xiàng)目2、測(cè)試項(xiàng)目3均不合格。

針對(duì)此故障現(xiàn)象，對(duì)控制組合數(shù)字裝置進(jìn)行故障分析和排查工作。使用專用檢測(cè)工具手動(dòng)發(fā)送規(guī)定429碼形1，使用示波器采集測(cè)試項(xiàng)目1的指定測(cè)試點(diǎn)1腳電壓值為2.87V（不合格）；使用專用檢測(cè)工具手動(dòng)發(fā)送規(guī)定429碼形2，使用示波器采集測(cè)試項(xiàng)目2的指定測(cè)試點(diǎn)2腳電壓值為2.91V（不合格）；使用專用檢測(cè)工具手動(dòng)發(fā)送規(guī)定429碼形3，使用示波器采集測(cè)試項(xiàng)目3的指定測(cè)試點(diǎn)3腳電壓值為2.89V（不合格）。使用示波器所采集的參數(shù)與控制組合故障檢查測(cè)試參數(shù)相一致。

對(duì)照控制組合數(shù)字裝置原理圖進(jìn)行分析，429碼測(cè)試項(xiàng)目1、測(cè)試項(xiàng)目2、測(cè)試項(xiàng)目3均不合格，首先對(duì)數(shù)字裝置的供電端進(jìn)行檢測(cè)，由于數(shù)字裝置碼接收器和指令轉(zhuǎn)換器上的許多芯片均為5V電源供電，若供電端不合格，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)電路輸出端不合格。

+5V電源將載機(jī)供給或?qū)棶a(chǎn)生的+9V直流電壓轉(zhuǎn)換成+5V直流電壓供給數(shù)字電路各器件。使用示波器采集電路板Ⅱ的19腳，電壓為+9V（合格）；使用示波器采集電路板Ⅱ的45腳，電壓為2.90V（不合格）；電路板Ⅱ的45腳與電路板Ⅰ的39腳相連。使用示波器采集電路板Ⅰ的39腳，電壓為2.90V（不合格）。查看電路板Ⅰ的電路圖，電路板Ⅰ的39腳通過并聯(lián)的極性電容C08和C02、電容C03和C04與電路板Ⅰ的38腳相連。電路板Ⅰ的38腳為+5V穩(wěn)壓輸出濾波“地”，電路板Ⅰ的39腳為+5V穩(wěn)壓輸出濾波“電源”。重點(diǎn)對(duì)電容C02、C03、C04、C08進(jìn)行排查，通過測(cè)量發(fā)現(xiàn)極性電容C02故障。

更換故障電容C02后，使用專用檢測(cè)工具分別發(fā)射429碼形1、429碼形2、429碼形3，使用示波器分別采集指定測(cè)試點(diǎn)1腳、2腳、3腳，電壓輸出均合格。再通過測(cè)試設(shè)備對(duì)整個(gè)控制組合進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果合格，其中429碼測(cè)試階段測(cè)試項(xiàng)目1、測(cè)試項(xiàng)目2、測(cè)試項(xiàng)目3輸出電壓也合格，故障排除，完成修復(fù)。

5.2 邏輯電路故障導(dǎo)致不合格

一枚控制組合在進(jìn)行故障檢查429碼測(cè)試過程中，測(cè)試不合格。具體表現(xiàn)為測(cè)試項(xiàng)目1、測(cè)試項(xiàng)目2、測(cè)試項(xiàng)目3、測(cè)試項(xiàng)目4、測(cè)試項(xiàng)目5均不合格。

根據(jù)故障參數(shù)對(duì)控制組合數(shù)字裝置進(jìn)行分析。使用專用檢測(cè)工具手動(dòng)發(fā)送規(guī)定429碼形1，使用示波器采集測(cè)試項(xiàng)目1的指定測(cè)試點(diǎn)1腳電壓值為0.01V（不合格）；使用專用檢測(cè)工具手動(dòng)發(fā)送規(guī)定429碼形2，使用示波器采集測(cè)試項(xiàng)目2的指定測(cè)試點(diǎn)2腳電壓值為 0.01V（不合格）；使用專用檢測(cè)工具手動(dòng)發(fā)送規(guī)定429碼形3，使用示波器采集測(cè)試項(xiàng)目3的指定測(cè)試點(diǎn)3腳電壓值為0.01V（不合格）；使用專用檢測(cè)工具手動(dòng)發(fā)送規(guī)定429碼形4，使用示波器采集測(cè)試項(xiàng)目4的指定測(cè)試點(diǎn)4腳電壓值為0.05V（不合格）；使用專用檢測(cè)工具手動(dòng)發(fā)送規(guī)定429碼形5，使用示波器采集測(cè)試項(xiàng)目5的指定測(cè)試點(diǎn)5腳電壓值為0.05V（不合格）；使用示波器所采集的參數(shù)與控制組合故障檢查測(cè)試參數(shù)相一致。

對(duì)照控制組合數(shù)字裝置原理圖進(jìn)行分析，429碼測(cè)試項(xiàng)目1、測(cè)試項(xiàng)目2、測(cè)試項(xiàng)目3、測(cè)試項(xiàng)目4、測(cè)試項(xiàng)目5均不合格，對(duì)數(shù)字裝置供電端進(jìn)行檢測(cè)，供電端正常。其中，測(cè)試項(xiàng)目1的采集點(diǎn)連接數(shù)字裝置電路板Ⅱ的觸發(fā)器D21的1腳，測(cè)試項(xiàng)目2的采集點(diǎn)連接數(shù)字裝置電路板Ⅱ的觸發(fā)器D16的2腳，測(cè)試項(xiàng)目3的采集點(diǎn)連接數(shù)字裝置電路板Ⅱ的觸發(fā)器D16的1腳，測(cè)試項(xiàng)目4的采集點(diǎn)通過數(shù)字裝置電路板Ⅱ的三極管VT2和非門D06的3腳連接，測(cè)試項(xiàng)目5的采集點(diǎn)通過數(shù)字裝置電路板Ⅱ的三極管VT3和非門D06的4腳連接。由于上述5路信號(hào)輸出均不合格，則應(yīng)找出此5路信號(hào)的共同輸入端。非門D06輸入端受到觸發(fā)器D01的影響，觸發(fā)器D01、D16、D21的時(shí)鐘輸入信號(hào)均和非門D17的輸出有關(guān)。對(duì)非門D17進(jìn)行排查，非門D17完好；繼續(xù)向前排查，檢測(cè)與非門D18，分別采集D18的3、4、5、6腳信號(hào)與合格產(chǎn)品對(duì)比，發(fā)現(xiàn)與非門D18輸出正常；再使用示波器對(duì)觸發(fā)器D23進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)觸發(fā)器D23的輸入端信號(hào)合格，觸發(fā)器D23的1腳輸出波形合格，但是13腳無輸出（合格產(chǎn)品D23的13腳有方波信號(hào)輸出），由此判斷觸發(fā)器D23故障。

更換故障觸發(fā)器D23后，使用專用檢測(cè)工具分別發(fā)送429碼形1、429碼形2、429碼形3、429碼形4、429碼形5，使用示波器分別采集指定測(cè)試點(diǎn)1腳、2腳、3腳、4腳、5腳，輸出電壓均合格。再通過測(cè)試設(shè)備對(duì)整個(gè)控制組合進(jìn)行測(cè)試，其中429碼測(cè)試階段測(cè)試項(xiàng)目1、測(cè)試項(xiàng)目2、測(cè)試項(xiàng)目3、測(cè)試項(xiàng)目4、測(cè)試項(xiàng)目5輸出測(cè)試結(jié)果也均合格，故障排除，完成修復(fù)。

6 結(jié)束語

通過該型空空導(dǎo)彈控制組合數(shù)字裝置深度修理技術(shù)研究及實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了控制組合數(shù)字裝置故障元器件級(jí)修復(fù)，不僅提升了修理深度，還節(jié)省了修理成本，從根本上解決了空空導(dǎo)彈控制組合數(shù)字裝置故障修理難題。

參考文獻(xiàn)

[1] 李學(xué)干，蘇東莊 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) [M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1991.

作者簡(jiǎn)介

汪小龍，助理工程師，主要從事空空導(dǎo)彈修理技術(shù)研究。