摘要：針對某型機激光慣性導航系統(tǒng)在試飛過程出現(xiàn)主慣導空對失敗問題，通過故障分析建立故障樹，在此基礎上進行故障排查，對產(chǎn)品進行軟件升級后在實驗室和飛行中完成了故障排除。

關鍵詞：激光慣性導航系統(tǒng)；空對失?。还收戏治?/p>

中圖分類號：V351.3" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）03-0082-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.03.021

0" " 引言

作為直升機航電系統(tǒng)的重要組成部分，激光慣性導航系統(tǒng)能夠為飛機提供經(jīng)緯度、真航向、風速風向、空速等信息。所謂“對準”指的是確定慣導系統(tǒng)各坐標軸相對于參考坐標系指向的過程[1]。本文針對激光慣性導航系統(tǒng)中主慣導在試飛過程出現(xiàn)的空對失敗問題，從故障定位、軟硬件排查、機理分析、措施驗證等方面進行闡述，可為后續(xù)類似問題提供排故依據(jù)。

1" " 故障定位

1.1" " 工作原理

激光慣性導航系統(tǒng)由激光慣性導航部件和衛(wèi)星抗干擾天線組成，衛(wèi)星導航接收機系統(tǒng)連接如圖1所示。衛(wèi)星導航接收機位于主慣導內(nèi)，抗干擾天線輸出兩路射頻信號RF1、RF2分別給主、備慣導接收機，并在上電時輸出干擾狀態(tài)數(shù)據(jù)給衛(wèi)星導航接收機。衛(wèi)星導航接收機完成定位解算將定位信息輸出給主慣導，慣導將收到的定位信息輸出給機上綜顯設備。

衛(wèi)星導航接收機內(nèi)部組成如圖2所示。衛(wèi)星導航接收機上電后對各個模塊進行初始化，射頻處理模塊在接收到射頻信號后根據(jù)初始化配置對B1、B3頻點信號進行下變頻和中頻預處理。捕獲跟蹤模塊根據(jù)配置信息啟動對B3I、B1C、B1X、B3X信號的捕獲調(diào)度，當捕獲成功后進行轉跟蹤處理，在跟蹤階段計算載噪比，并根據(jù)信號載噪比進行跟蹤狀態(tài)切換以及失鎖判定。在星歷解析和觀測量處理完成后進行定位解算，在定位解算前進行完好性監(jiān)測和觀測量選取操作。完成C碼和P碼的解算后，將P碼“定位衛(wèi)星數(shù)量”等定位信息打包進模式1，將C碼“定位衛(wèi)星數(shù)量”等定位信息打包進模式3，當解算失敗定位無效時，“定位衛(wèi)星數(shù)量”為0。

1.2" " 故障分析

通過現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)引起主慣導空對失敗的原因為衛(wèi)星導航接收機在試飛過程中出現(xiàn)了定位衛(wèi)星數(shù)跳為零的情況，表現(xiàn)為飛參數(shù)據(jù)顯示主慣導“BD星數(shù)”參數(shù)頻繁跳零。根據(jù)衛(wèi)星導航接收機工作原理，并結合故障時保存的數(shù)據(jù)信息，對該設備的故障因素進行了深入分析，建立了衛(wèi)星導航接收機定位衛(wèi)星數(shù)量跳零問題故障樹，如圖3所示。故障樹分析采用由上往下的演繹式失效分析法，利用布林邏輯組合低階事件，分析系統(tǒng)中出現(xiàn)問題的狀態(tài)，從而了解故障原因[2]。接下來就從衛(wèi)星導航接收機故障、抗干擾天線故障、信號干擾、信號線纜故障等方面出發(fā)進行故障定位。

2" " 定位過程

2.1" " 抗干擾天線故障（X101）排查

當抗干擾天線發(fā)生故障時，會導致衛(wèi)星導航接收機全程接收不到衛(wèi)星信號，衛(wèi)星導航接收機定位過程中定位衛(wèi)星數(shù)全程為零。經(jīng)對比測試，相比于直通模式，天線在抗干擾模式下B1頻點無功率衰減、B3頻點功率衰減約4 dB，屬于正常范圍。進行地面加電測試，衛(wèi)星導航接收機在抗干擾天線直通模式和抗干擾模式下定位和收星數(shù)均正常，說明抗干擾天線能夠正常接收衛(wèi)星導航信號。因此，通過上述排查分析，排除抗干擾天線故障（X101）導致衛(wèi)星導航接收機定位衛(wèi)星數(shù)量跳零的可能性。

2.2" " 信號受到干擾（X102）排查

當信號受到臨頻段干擾時，會導致衛(wèi)星導航接收機接收到的信號質(zhì)量下降，使衛(wèi)星導航接收機跟蹤不穩(wěn)定，導致定位衛(wèi)星數(shù)量跳零。進行臨頻段干擾測試，將機上天線旁邊的L波段空管應答機開啟，其間進行了兩次應答發(fā)射，對信號接收質(zhì)量進行分析。結果顯示，衛(wèi)星導航接收機在兩次L波段應答時信號跟蹤正常，未出現(xiàn)定位衛(wèi)星數(shù)量跳零現(xiàn)象，說明L波段干擾未對導航信號產(chǎn)生影響。因此，通過上述排查分析，排除信號受到干擾（X102）導致衛(wèi)星導航接收機定位衛(wèi)星數(shù)量跳零的可能性。

2.3" " 信號線纜故障（X103）排查

當信號線纜故障時，會導致抗干擾天線接收到的導航信號無法傳輸給衛(wèi)星導航接收機，衛(wèi)星導航接收機無法定位，出現(xiàn)定位衛(wèi)星數(shù)為零現(xiàn)象。對主備慣導射頻信號強度進行對比測試，結果顯示主備慣導B1、B3射頻信號強度基本一致。進行地面加電測試，衛(wèi)星導航接收機定位和收星數(shù)正常，說明信號線纜能夠正常傳輸衛(wèi)星導航信號。因此，通過上述排查分析，排除信號線纜故障（X103）導致衛(wèi)星導航接收機定位衛(wèi)星數(shù)量跳零的可能性。

2.4" " 衛(wèi)星導航接收機故障（X104）排查

當衛(wèi)星導航接收機發(fā)生故障時，則無法正常處理接收到的衛(wèi)星導航信號，就會輸出定位無效信息，出現(xiàn)定位衛(wèi)星數(shù)量跳零現(xiàn)象。進行地面加電測試，衛(wèi)星導航接收機定位和收星數(shù)正常；進行地面開車測試，在槳葉未轉動時，衛(wèi)星導航接收機定位和收星數(shù)正常，在槳葉轉動后，衛(wèi)星導航接收機定位和收星數(shù)出現(xiàn)跳零現(xiàn)象。因此，接下來對衛(wèi)星導航接收機內(nèi)部進行軟硬件排查。

2.4.1" " 硬件故障排查

1）射頻芯片故障（X301）排查。

衛(wèi)星導航接收機中的射頻芯片發(fā)生故障時，會導致基帶芯片無法處理中頻信號，從而使衛(wèi)星導航接收機不能定位，輸出的定位衛(wèi)星數(shù)量為零。進行地面加電測試，衛(wèi)星導航接收機定位和收星數(shù)正常，說明射頻芯片工作正常。通過上述排查分析，能夠確定射頻芯片工作正常，可以排除射頻芯片故障（X301）導致衛(wèi)星導航接收機定位衛(wèi)星數(shù)量跳零的可能性。

2）基帶芯片故障（X302）排查。

衛(wèi)星導航接收機中基帶芯片發(fā)生故障時，會導致衛(wèi)星導航接收機不能進行電文解析、觀測量提取、定位解算，輸出的定位衛(wèi)星數(shù)量為零。進行地面加電測試，衛(wèi)星導航接收機定位和收星數(shù)正常，說明基帶芯片工作正常。通過上述排查分析，確認基帶芯片工作正常，可以排除基帶芯片故障（X302）導致衛(wèi)星導航接收機定位衛(wèi)星數(shù)量跳零的可能性。

3）授權芯片故障（X303）排查。

衛(wèi)星導航接收機上的授權芯片發(fā)生故障時，會導致衛(wèi)星導航接收機不能進行民碼處理，民碼模式輸出的定位衛(wèi)星數(shù)量為零。進行地面加電測試，衛(wèi)星導航接收機民碼定位和收星數(shù)正常，說明授權芯片工作正常。通過上述排查分析，確認授權芯片工作正常，可以排除授權芯片故障（X303）導致衛(wèi)星導航接收機定位衛(wèi)星數(shù)量跳零的可能性。

2.4.2" " 軟件故障排查

1）定位算法故障（X304）排查。

最小二乘定位算法是衛(wèi)星導航接收機的核心部分，根據(jù)衛(wèi)星觀測量、衛(wèi)星星歷以及位置速度和時間的信息誤差校正原理，當抗干擾衛(wèi)星導航接收機接收衛(wèi)星數(shù)大于等于4時，通過最小二乘運算獲得接收機PVT信息，包括位置、速度、時間等。定位解算故障時，會導致位置、速度和時間精度超標，定位標志無效，出現(xiàn)定位衛(wèi)星數(shù)量跳零現(xiàn)象。進行地面加電測試，衛(wèi)星導航接收機定位和收星數(shù)正常。通過上述排查，可以排除定位算法故障（X304）導致衛(wèi)星導航接收機定位衛(wèi)星數(shù)量跳零的可能性。

2）協(xié)議輸出故障（X305）排查。

協(xié)議輸出錯誤會造成定位衛(wèi)星個數(shù)與實際不一致。根據(jù)程序設計，定位時69幀上報實際參與定位衛(wèi)星個數(shù)。通過查看相關代碼得知，完成解算后，將P碼定位信息打包進模式1，將C碼定位信息打包進模式3，當解算失敗定位無效時，“定位衛(wèi)星數(shù)量”為零。地面通電測試時，衛(wèi)星導航接收機定位和收星數(shù)與實際保持一致，說明未出現(xiàn)協(xié)議故障。通過上述排查，可以排除協(xié)議輸出故障（X305）導致衛(wèi)星導航接收機定位衛(wèi)星數(shù)量跳零的可能性。

3）捕獲算法故障（X306）排查。

捕獲算法出現(xiàn)故障時，會導致衛(wèi)星導航接收機不能捕獲到衛(wèi)星，或者捕獲到錯誤的衛(wèi)星信號，最終導致導航接收裝置不能定位，出現(xiàn)定位衛(wèi)星數(shù)量跳零現(xiàn)象。進行地面加電測試，衛(wèi)星導航接收機定位和收星數(shù)正常；進行地面開車測試，衛(wèi)星導航接收機正常上星，說明捕獲狀態(tài)正常，捕獲算法無故障。通過上述排查，可以排除捕獲算法故障（X306）導致衛(wèi)星導航接收機定位衛(wèi)星數(shù)量跳零的可能性。

4）跟蹤算法故障（X307）排查。

跟蹤算法出現(xiàn)故障時，會導致衛(wèi)星導航接收機跟蹤不到衛(wèi)星，或者跟蹤到的衛(wèi)星信號不穩(wěn)定，最終導致衛(wèi)星導航接收機不能定位，出現(xiàn)定位衛(wèi)星數(shù)量跳零現(xiàn)象。進行地面加電測試，衛(wèi)星導航接收機定位和收星數(shù)正常。進行地面開車測試，在槳葉未轉動時，衛(wèi)星導航接收機定位和收星數(shù)正常；在槳葉轉動后，衛(wèi)星導航接收機定位和收星數(shù)出現(xiàn)跳零現(xiàn)象。

天線安裝位置位于槳葉下方，槳葉旋轉會對信號接收造成周期性的遮擋效果。當衛(wèi)星導航接收機跟蹤環(huán)路無法適應對遮擋的周期性信號進行跟蹤時，就無法穩(wěn)定地處理接收到的衛(wèi)星導航信號，會出現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)量跳零現(xiàn)象。

因此，提高跟蹤算法對遮擋信號的適應能力，在地面開車槳葉未轉動和轉動兩種情況下，衛(wèi)星導航接收機定位和收星數(shù)均正常。

通過上述排查可以判定：跟蹤算法故障（X307）導致衛(wèi)星導航接收機定位衛(wèi)星數(shù)量跳零。

3" " 措施驗證

3.1" " 旋翼旋轉遮擋測試

地面開車時，在旋翼開始旋轉后，B1C、B1X、B3I、B3X四個頻點的信號載噪比迅速下降，說明旋翼旋轉會對天線產(chǎn)生遮擋效果，導致信號功率下降。

3.2" " 主備慣導線損測試

地面通電時利用采集回放儀采集主備慣導射頻信號進行回放試驗，通過對比發(fā)現(xiàn)主備慣導在B1C、B3I頻點射頻信號強度基本一致，說明主慣導線損影響可以忽略。

3.3" " 抗干擾天線抗干擾模式信號衰減測試

地面開車時利用采集回放儀采集主備慣導射頻信號，B3I和B3X頻點末尾載噪比升高為抗干擾天線掉電、抗干擾模式切直通模式，證明抗干擾模式存在功率衰減。

將修改后的基帶芯片軟件按照軟件更改要求完成升級后，進行地面開車驗證，上電后槳葉旋轉時多顆衛(wèi)星在槳葉旋轉過程中完成同步，驗證了跟蹤性能滿足要求，在跟蹤穩(wěn)定后未出現(xiàn)定位衛(wèi)星數(shù)跳零的現(xiàn)象，衛(wèi)星數(shù)跳零的問題得以解決。

4" " 結論

激光慣導系統(tǒng)主慣導空對失敗問題是衛(wèi)星導航接收機跟蹤環(huán)路無法對槳葉旋轉遮擋造成的弱信號進行穩(wěn)定跟蹤，定位不穩(wěn)定所導致，軟件升級后該問題得到解決。對于本次故障，原因定位準確，問題發(fā)生的機理清楚，采取了針對性措施，可避免后續(xù)同類產(chǎn)品發(fā)生該故障。

[參考文獻]

[1] 孫谷昊.激光陀螺慣組的系統(tǒng)級標定及對準方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2017.

[2] 繆幸吉，李龍.某型激光捷聯(lián)慣導航線切換異常故障研究[J].儀表技術，2023（3）：66-68.

收稿日期：2024-09-29

作者簡介：姚瑞琦（1992—），男，江蘇丹陽人，碩士，工程師，研究方向：航電儀表。