李禮，謝井華，王紅，高卓，黃杰文，喬邦江

（國營長虹機械廠，廣西 桂林 541002）

下視光學景像匹配系統(tǒng)具有在特定區(qū)域內(nèi)利用圖像匹配技術(shù)精確定位的能力，主要用于末段輔助慣導進行末制導導航。主要由相機組件、綜合計算機和照明組合三部分組成。其中相機組件由成像穩(wěn)定裝置和成像/控制模塊等組成，用于攝取導彈正下方地面的圖像；綜合計算機主要承擔匹配定位等處理工作；照明組合在夜晚使用，主要由閃光燈、熱電池和照明電源等組成，負責控制閃光燈與攝像機同步工作。以下視光學景像匹配系統(tǒng)進行“夜間配準”測試時，閃光燈出現(xiàn)漏閃現(xiàn)象。下視光學景像匹配系統(tǒng)在夜間工作狀態(tài)下進行“穿越式配準”閃光，閃光燈漏閃，未能夠與相機同步工作，不符合技術(shù)指標要求。

1 故障分析及定位

經(jīng)分析，“閃光燈漏閃”，可能是閃光燈、綜合計算機或照明電源故障。以“閃光燈漏閃”為首要事件，通過建立故障樹型圖，如圖1所示。通過樹型圖所示故障一一進行詳細分析排查。

圖1 “閃光燈漏閃”故障樹

1.1 閃光燈故障

閃光燈作為下視系統(tǒng)中重要組成部分，它是低能度或夜間保障飛行器的視察精度起關鍵作用，通常被稱為飛行器的眼睛。“夜間配準”測試時，閃光燈接收照明電源發(fā)出的觸發(fā)信號，由閃光燈中高壓脈沖觸發(fā)變壓器提升電壓，加到脈沖氙燈的觸發(fā)絲上，使氙氣電離，產(chǎn)生強光輻射。

對閃光燈的排故方式主要是是對閃光燈單獨進行功能、光通量、照度分布和閃光瞬態(tài)能量的測試，測試所需設備框圖分別如圖2和圖3所示。穩(wěn)定光的測試方法不適合用于該閃光燈，因為本文中的閃光燈不僅瞬態(tài)能量大，而且持續(xù)發(fā)光時間非常短。因此本文設計了一套閃光燈光強檢測系統(tǒng)和一套積分球綜合測試系統(tǒng)，用于檢測閃光燈的有效光強和峰值光強。如果各測試指標都在規(guī)定的范圍內(nèi)，說明閃光燈是合格的。通過測速發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象依然存在，因此閃光燈故障分支可排除。

圖2 積分球綜合測試系統(tǒng)連接框圖

圖3 光強設備結(jié)構(gòu)布局示意圖

1.2 綜合計算機故障

夜間工作時，ICCD相機向綜合計算機發(fā)送閃光信號，綜合計算機接收信號后將ICCD相機設置為手動增益方式，并根據(jù)實時高度將增益值發(fā)送給ICCD相機進行MCP電控控制，同時在采圖配準時刻向照明組合發(fā)出閃光觸發(fā)信號，使閃光燈工作，輔助拍照。更換合格的綜合計算機進行測試，故障現(xiàn)象依然存在，綜合計算機故障分支可排除。

1.3 照明電源故障

照明電源由照明電源電路板、CDW219電容器、場效應管、諧振電感和壓板等組成。通過分析照明電源中各元器件及板件，對電容器及照明電源電路板做進一步故障排查。

（1）電容器故障。夜間工作時照明電源接收到綜合計算機發(fā)來的閃光觸發(fā)命令，脈沖氙燈內(nèi)部氙氣電離，內(nèi)阻急劇下降，與脈沖氙燈電極相連的CDW219電容器的電能在4ms內(nèi)通過脈沖氙燈釋放90%的能量，產(chǎn)生強光輻射。更換合格的電容器進行測試，故障依然存在，電容器故障分支可排除。

（2）照明電源板故障。照明電源電路板接收綜合計算機命令，夜間工作狀態(tài)下進行“穿越式配準”閃光工作時，照明電源電路板會輸出13次脈沖信號，閃光燈進行13次閃光作業(yè)。使用示波器對照明電源電路板輸出端XZ1:4、XZ1:1進行信號采集，脈沖信號僅輸出3次，與合格照明電源電路板（脈沖信號輸出13次）進行對比，輸出次數(shù)不足。更換合格照明電源后，輸出脈沖信號為13次，閃光燈進行13次閃光工作，因此，照明電源電路板存在故障。

2 機理分析

照明電源的工作原理如圖4所示，控制電路接收綜合計算機的命令，喚醒照明電源進入工作狀態(tài)，進行自檢，并將自檢結(jié)果反饋給綜合計算機，自檢合格后綜合計算機向照明電源發(fā)送閃光命令，控制電路接收閃光命令，控制振蕩驅(qū)動電路輸出脈沖信號到高壓脈沖觸發(fā)變壓器，將電壓提升到7～8kV，作用到脈沖氙燈觸發(fā)絲上，使氙氣電離，氙燈內(nèi)阻急劇下降，同時與脈沖氙燈電機相連的儲能電容器的電能在4ms內(nèi)通過脈沖氙燈90%的能量，產(chǎn)生1400cd的強光輻射，輔助夜間拍照工作。

圖4 照明電源工作原理圖

由圖5可知，綜合計算機觸發(fā)指令從X254:1輸入，經(jīng)過B1耦合后輸入到D1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，觸發(fā)后輸出2μs脈寬，128V高電平脈沖信號傳遞到N3脈寬調(diào)制器，信號調(diào)制完成后由XZ1:4、XZ1:1輸出給高壓脈沖觸發(fā)變壓器。在產(chǎn)品通電測試時，使用示波器對N3脈寬調(diào)制器輸出端和輸入端進行信號采集，均只有3次脈沖信號；對D1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出端和輸入進行信號采集，輸出端僅有3次脈沖信號，而輸入端有13次脈沖信號，由此可判斷D1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器故障，導致輸出脈沖信號次數(shù)不足13次，導致夜間工作狀態(tài)下進行“穿越式配準”閃光工作時出現(xiàn)“閃光燈漏閃”現(xiàn)象。更換合格的D1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（型號：CD4098BF3A）后，故障排除。

圖5 部分電源板電路圖

在本文中的D1有如下特點：一是它有兩個不同的工作狀態(tài)，分別為穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)；二是它能夠在外界激勵的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)從穩(wěn)態(tài)到暫穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)變，并且能夠自動回到穩(wěn)態(tài)；三是暫穩(wěn)態(tài)所持續(xù)時間與激勵脈沖的幅值以及周期無關，只與最初所設計的電路本身有關。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器主要有門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器兩大類。

一般情況下，設計的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如果是門電路，那么RC電路的充、放電過程將決定其暫穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以有多種不同的分類方式，如果按RC電路的不同接法可以分為積分電路形式和微分電路形式。這兩種電路形式各有優(yōu)點，單從抗干擾方面說的話，積分電路形式更加具有優(yōu)勢。因為積分電路形式在尖峰脈沖的噪聲作用下不能夠輸出工作所需寬度的脈沖。它的缺點是因為在電路的轉(zhuǎn)換過程中沒有正反饋功能，故邊沿波形不夠好。而且它能夠正常工作的前提是所需觸發(fā)脈沖寬度必須大于輸出脈沖寬度。

集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路簡單，調(diào)節(jié)范圍小，觸發(fā)方式簡單。在TTL電路和CMOS電路的產(chǎn)品中，如果使用集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，那外接元件就非常少，并且集成基礎功能多，比如上下沿觸發(fā)功能和置零。在集成電路中由于有溫度補償電路，故其受溫度影響較小。

目前市面上所使用的觸發(fā)器有兩種，分別為可重復觸發(fā)和不可重復觸發(fā)?？芍貜陀|發(fā)意思就是在暫時穩(wěn)態(tài)響應期間接收到新的觸發(fā)信號，電路被觸發(fā)，進行臨時穩(wěn)定，當兩個觸發(fā)脈沖間隔小于臨時穩(wěn)定持續(xù)時間Tw時，將繼續(xù)進行臨時穩(wěn)定，直到，接收到脈沖后在Tw時間內(nèi)未接收到新的脈沖信號，返回到穩(wěn)態(tài)電路。這導致了較長的輸出脈沖寬度，通過多次重復發(fā)射，從第一個脈沖到最后一個脈沖持續(xù)1Tw。不可重復觸發(fā)型的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器就不能夠通過加入激勵信號讓處于暫穩(wěn)態(tài)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器回到工作狀態(tài)。電路一旦被觸發(fā)進入暫態(tài)穩(wěn)態(tài)，再次接收到的觸發(fā)脈沖不會影響電路的工作過程，也不會影響原來的暫態(tài)穩(wěn)態(tài)時間。輸出脈沖寬度Tw仍然從第一個觸發(fā)器計算。只有在暫態(tài)穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，才能響應新的觸發(fā)脈沖，進入下一個暫態(tài)穩(wěn)態(tài)。

該型下視景像匹配系統(tǒng)照明電源板中的D1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是集成不可重復觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。D1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CD4098BF3A共有16個引腳，呈DIP封裝，其主要引腳的功能為：CX：引腳1（15），定時電容輸入端。RX：引腳2（14），定時電阻輸入端。RD：引腳3（13），復位控制端，一般直接接高電平。TR+：引腳4（12），脈沖上升沿有效輸入端。TR-：引腳5（11），脈沖下降沿有效輸入端。Q：引腳:6（10），正脈沖信號輸出端。Q：引腳7(9)，負脈沖信號輸出端。

CD4098BF3A型觸發(fā)器提供了上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)，并且該觸發(fā)器有兩路輸出信號。因此合理使用兩路信號不但能夠?qū)崿F(xiàn)對正、負激勵信號的檢測，而且可以對激勵信號進行倍頻。在不考慮電容參數(shù)的情況下，該觸發(fā)器的定時參數(shù)公式為：

τ=0.7RC

其中R為定時電阻，單位KΩ，該觸發(fā)器設計最小值為5KΩ，C為定時電容，單位uF，該觸發(fā)器設計最大值為100pF，為輸出脈沖寬度，單位取us。

D1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在沒有觸發(fā)信號作用時處于穩(wěn)定狀態(tài)，在外來觸發(fā)信號作下，會由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，由于外部RC延時環(huán)節(jié)作用，電容充電使D1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài)不能長期保持，經(jīng)過一段時間后會返回到穩(wěn)態(tài)，進行單次觸發(fā)時，會產(chǎn)生單脈沖信號。在夜間工作狀態(tài)下進行“穿越式配準”，綜合計算機發(fā)出閃光指令脈沖時，由于D1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器失效，無法產(chǎn)生對應的脈沖信號傳輸給閃光燈進行激勵，從而導致閃光燈無法響應13次。

3 結(jié)語

本文通過對可能的故障模塊進行梳理并列故障樹，之后逐一排除模塊故障，定位到模塊故障后對模塊中可能發(fā)生的故障點使用信號循跡法、替換法、旁路檢測法等方法進行檢測，最后成功定位故障。在這個過程中需要熟悉產(chǎn)品及工作機理，并且能夠掌握部分電路檢測方法。