飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)接收衛(wèi)星信號(hào)斷續(xù)問(wèn)題分析與排查

韓春永,井 哲

（中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院,陜西西安,710089）

0 引言

隨著飛機(jī)航電系統(tǒng)綜合化程度的提高，輔助導(dǎo)航的系統(tǒng)或設(shè)備需要共用衛(wèi)導(dǎo)天線接收衛(wèi)星信號(hào)來(lái)完成導(dǎo)航信息輸出，某型飛機(jī)共用衛(wèi)導(dǎo)天線的系統(tǒng)有慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、航姿系統(tǒng)、加裝機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)、備份GPS 設(shè)備，在實(shí)際試飛過(guò)程中，共用衛(wèi)導(dǎo)天線的系統(tǒng)同時(shí)出現(xiàn)了接收衛(wèi)星信號(hào)同時(shí)斷續(xù)的問(wèn)題，影響了飛行試驗(yàn)的進(jìn)展。

1 問(wèn)題現(xiàn)象

圖1 加裝機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)記錄的飛機(jī)位置數(shù)據(jù)時(shí)間歷程曲線

某飛機(jī)飛行試驗(yàn)過(guò)程中，地面監(jiān)控發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)丟失，衛(wèi)星數(shù)據(jù)連續(xù)不更新。問(wèn)題現(xiàn)象如圖1 所示，在12：42：03—12：42：16，12：42：21—12：42：31，12：44：55—13：26：04，13：33：24—13：41：28 時(shí)間段內(nèi)，飛機(jī)位置數(shù)據(jù)未更新。由圖可知，衛(wèi)星信號(hào)時(shí)斷時(shí)續(xù)，時(shí)間有長(zhǎng)有短，嚴(yán)重影響飛行安全和任務(wù)的執(zhí)行。獨(dú)立。

2 原因分析

2.1 衛(wèi)導(dǎo)天線接口與信號(hào)傳輸拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

機(jī)上衛(wèi)星信號(hào)傳輸拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。衛(wèi)導(dǎo)天線GNSS3+BD1 組合輸出端口給機(jī)上慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與航姿系統(tǒng)使用，GNSS4 輸出端口給加裝機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)與備份GPS 設(shè)備使用，2 路輸出相互

圖2 機(jī)上衛(wèi)星信號(hào)傳輸拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖3 慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出的衛(wèi)星數(shù)據(jù)時(shí)間歷程曲線

2.2 數(shù)據(jù)分析

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的衛(wèi)星數(shù)據(jù)時(shí)間如圖3 所示。在圖3 中可以看到，慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出的衛(wèi)星數(shù)據(jù)有效位、高度、北、西、天三向速度等數(shù)據(jù)均異常，且異常時(shí)間段與圖1 吻合，說(shuō)明在此時(shí)間段內(nèi)，慣導(dǎo)系統(tǒng)和加裝機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)2 路接收衛(wèi)星信號(hào)同時(shí)丟失。

2.3 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

通過(guò)對(duì)機(jī)載衛(wèi)導(dǎo)信號(hào)傳輸拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及試飛數(shù)據(jù)分析，兩路衛(wèi)星信號(hào)均在同一時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)信號(hào)丟失現(xiàn)象，而四個(gè)系統(tǒng)同時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題的幾率幾乎為0，因此，初步判斷導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)丟失的原因可能有：

a)機(jī)載衛(wèi)導(dǎo)天線故障；

b)機(jī)載衛(wèi)導(dǎo)天線與系統(tǒng)設(shè)備之間電纜故障；

c)外界信號(hào)干擾衛(wèi)星信號(hào)的接收。

3 故障定位

3.1 機(jī)載衛(wèi)導(dǎo)天線的檢查

首先，在機(jī)上進(jìn)行了衛(wèi)導(dǎo)天線供電電壓測(cè)試。測(cè)得衛(wèi)導(dǎo)天線空載供電電壓為5.0V，系統(tǒng)加電給衛(wèi)導(dǎo)天線供電時(shí)，電壓值為4.95V。

隨后，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)衛(wèi)導(dǎo)天線的GNSS3+ BD1 組合輸出和GNSS4 信號(hào)輸出分別進(jìn)行了通電定位測(cè)試，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程及記錄的數(shù)據(jù)分析，衛(wèi)導(dǎo)天線能夠正常定位并且在長(zhǎng)時(shí)間通電過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)信號(hào)丟失現(xiàn)象出現(xiàn)。

3.2 機(jī)載衛(wèi)導(dǎo)天線與系統(tǒng)設(shè)備之間電纜檢查

機(jī)載衛(wèi)導(dǎo)天線與系統(tǒng)設(shè)備之間電纜兼顧著信號(hào)傳輸和給衛(wèi)導(dǎo)天線供電的作用。首先測(cè)量電纜與機(jī)殼之間是否短路，其次使用對(duì)比法，采用相同長(zhǎng)度的外接電纜與GPS 天線連接，分別觀察兩根電纜工作時(shí)，系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)。

通過(guò)測(cè)量情況得知，電纜中心線與機(jī)殼之間絕緣良好，沒(méi)有出現(xiàn)短路現(xiàn)象。分別采用相同長(zhǎng)度的外接電纜及機(jī)載衛(wèi)導(dǎo)天線與GPS 接收機(jī)之間電纜時(shí)，系統(tǒng)均能夠正常定位、工作狀態(tài)一致。

3.3 外界信號(hào)干擾的檢查

以導(dǎo)航系統(tǒng)為敏感設(shè)備，機(jī)上通信系統(tǒng)、著陸系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)、加裝機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)、加裝遙測(cè)系統(tǒng)為干擾源，設(shè)置各干擾源工作在不同工作狀態(tài)進(jìn)行一對(duì)一排查。當(dāng)打開(kāi)加裝遙測(cè)系統(tǒng)時(shí)，導(dǎo)航系統(tǒng)工作出現(xiàn)異常；關(guān)閉加裝遙測(cè)系統(tǒng)時(shí)，導(dǎo)航系統(tǒng)工作正常。

對(duì)加裝遙測(cè)系統(tǒng)功率進(jìn)行了定量測(cè)試，測(cè)試框圖見(jiàn)圖4。測(cè)試過(guò)程如下：

a)加裝機(jī)載測(cè)試設(shè)備定位正常后，其他系統(tǒng)不工作，此時(shí)，頻譜儀上無(wú)大功率信號(hào)，打開(kāi)遙測(cè)系統(tǒng)，繼續(xù)觀察加裝機(jī)載測(cè)試設(shè)備狀態(tài)，當(dāng)加裝機(jī)載測(cè)試設(shè)備定位異常時(shí)，在1567MHz 頻點(diǎn)有一個(gè)強(qiáng)度為-30dBm 信號(hào)，關(guān)閉遙測(cè)系統(tǒng)，頻譜儀上1567MHz 頻點(diǎn)信號(hào)消失，此時(shí)加裝機(jī)載測(cè)試設(shè)備定位正常；

b)加裝機(jī)載測(cè)試設(shè)備定位正常后，機(jī)上慣導(dǎo)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)正常工作，其他系統(tǒng)不工作。打開(kāi)遙測(cè)系統(tǒng)，觀察加裝機(jī)載測(cè)試設(shè)備狀態(tài)和慣導(dǎo)的工作狀態(tài)，當(dāng)加裝機(jī)載測(cè)試設(shè)備定位異常時(shí)，機(jī)上慣導(dǎo)系統(tǒng)組合狀態(tài)燈滅（工作異常），同時(shí)在1567MHz 頻點(diǎn)有一個(gè)強(qiáng)度為-30dBm 信號(hào)；

c)將遙測(cè)系統(tǒng)頻點(diǎn)改變，頻譜儀上信號(hào)的頻點(diǎn)隨著遙測(cè)系統(tǒng)頻點(diǎn)變化而變化。

試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，加裝機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)和慣導(dǎo)接收衛(wèi)星信號(hào)斷續(xù)問(wèn)題由遙測(cè)系統(tǒng)干擾所致。

圖4 機(jī)上GPS 信號(hào)電磁干擾測(cè)試框圖

4 解決措施及驗(yàn)證

更換遙測(cè)系統(tǒng)功放和遙測(cè)發(fā)射機(jī)與功放之間連接電纜后進(jìn)行了地面驗(yàn)證，遙測(cè)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)工作，加裝機(jī)載測(cè)試設(shè)備和慣導(dǎo)工作正常。

隨后，結(jié)合飛機(jī)地面滑行試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，其中一架次飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖5、圖6 所示。由圖可知，加裝機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)在整個(gè)飛行過(guò)程中變化正常，慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出衛(wèi)星數(shù)據(jù)在飛機(jī)執(zhí)行360 度滾轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)出現(xiàn)了丟星現(xiàn)象，其他時(shí)刻數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)正常，試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)接收衛(wèi)星信號(hào)斷續(xù)問(wèn)題得到有效解決。

5 總結(jié)

本文對(duì)工程應(yīng)用中出現(xiàn)的對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行了分析和解決，積累了經(jīng)驗(yàn)和方法，隨著綜合航電系統(tǒng)綜合化程度越來(lái)越高，飛機(jī)電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)于工程上出現(xiàn)的類似問(wèn)題的分析排查有一定的借鑒意義。

圖5 慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出的衛(wèi)星數(shù)據(jù)曲線

圖6 機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)記錄的衛(wèi)星數(shù)據(jù)曲線

[1] 海軍裝備部編著.航空工程手冊(cè)：航電綜合類.航空工業(yè)出版社. 2001.

[2] 成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所編.某型飛機(jī)航電系統(tǒng)培訓(xùn)手冊(cè). 2010.