飛行器試驗中遙測數據丟幀故障分析

岳鐵林

摘 要：針對一次飛行試驗中地面站接收遙測數據出現大量丟幀的故障情況，對可能的故障原因進行列舉形成故障樹，在此基礎上進行排查，將故障準確定位于因高頻組合內部放大器自激產生頻帶內干擾。根據高頻組合的組成與工作原理對故障產生機理進行了分析，并通過驗證性實驗復現了故障現象，最后為避免故障的再次發(fā)生提出了解決辦法及相關建議。

關鍵詞：5遙測 丟幀 故障分析

中圖分類號：TP20 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（c）-0071-04

飛行器遙測是指通過其搭載的遙測設備對飛行器內部工作參數進行測量，并將測量結果通過下行無線電鏈路傳送至地面接收站，經處理后，按要求送至用戶的一種遠距離測量手段[1]，為技術人員掌握飛行器工作狀態(tài)及工作環(huán)境情況，分析和排除故障提供重要依據。

海上飛行試驗的環(huán)境條件比較惡劣，針對一次飛行器飛行試驗中，遙測傳輸電纜插頭松動造成放大器自激，從而引起遙測數據大量丟幀的故障情況加以闡述，為相關問題的解決提供可以借鑒的經驗。

1 數據丟幀現象

在一次飛行試驗中，采用艦載遙測站1（以下簡稱A站）和艦載遙測站2（以下簡稱B站）記錄遙測數據，設備連接情況見圖1。

兩套遙測站中，B站全程錄取遙測信號，遙測數據無丟幀；A站在飛行器發(fā)射后不久開始出現丟幀，隨后丟幀現象嚴重，且B站遙測信號消失后，A站仍顯示接收信號強度較強。圖2為兩套地面站接收的某遙測參數曲線對比圖，表1為A、B兩站接收信號強度對比情況。

2 故障分析與定位

以遙測數據丟幀為頂事件，建立故障樹如下（見圖3）。

進行飛行試驗時，兩套遙測站同時接收數據，其中B站接收遙測數據正常，可排除彈上遙測設備出現故障的情況；另外，兩套遙測站共用同一接收天線，基于同樣原因，也可以排除接收天線故障的情況。排查的重點逐步定位于因A站接收靈敏度下降而導致出現嚴重數據丟幀。其中，因為兩套遙測站共用同一接收天線，且高頻組合、連接電纜和遙測站放置位置相近，所處環(huán)境條件類似，因此可以排除電磁環(huán)境干擾因素。飛行試驗后，在其他條件不變的情況下，對A站進行加電自檢，A站又恢復正常，而因硬件電路故障引起的增益下降，重新加電后應是可復現的，所以可基本排除此原因。

經過分析認為，由于同軸連接電纜連接處不緊固，反射信號引起高頻組合內部放大器自激，產生較強頻帶內干擾，從而造成A站遙測數據丟幀故障現象。

3 機理分析與故障復現

3.1 機理分析

自激振蕩是指高頻或微波放大器在僅有直流偏置而無輸入信號情況下，也有信號輸出的一種異常功能現象。造成自激振蕩的原因有很多，如電源的不穩(wěn)定、接地不良、電路失配、反饋回路不合理等。對電纜接頭進行檢查，去除金屬尾罩外部熱縮套管后，發(fā)現連接電纜金屬尾罩部出現松動。連接電纜屏蔽層作為遙測站給高頻組合供電回路的回線，在出現松動情況下，無法可靠接地，當接頭金屬尾罩與電纜屏蔽層接觸不良時，就會出現瞬間斷續(xù)供電，同時電纜阻抗發(fā)生變化，高頻組合輸出端電壓駐波比有很大起伏，引起高頻組合內放大器自激。

遙測高頻組合組成如圖4所示，主要完成遙測信號由射頻到中頻的放大、濾波和降頻處理。

由圖4可以看出，高頻組合中與連接電纜相連的是預中放電路，預中放采用寬帶低噪聲動態(tài)放大器，其內部為硅三極管共基極放大電路，如圖5所示。

在應用系統(tǒng)中，放大器輸入端級聯(lián)低通濾波器（混頻器部分），輸出端通過傳輸電纜級聯(lián)帶通濾波器（地面站部分），電纜增益損耗大約3dB，其前后所接電路可看作輸入輸出網絡結構。由于傳輸電纜為匹配良好的特性阻抗50Ω傳輸線，在連接緊固的情況下，輸出端反射能量較小，不足以對遙測信號產生強烈干擾。故障狀態(tài)時，放大器輸出端傳輸電纜接頭松動，特性阻抗發(fā)生變化，不再構成標準50Ω傳輸線路，放大器和輸入輸出網絡阻抗失配，在放大器與電纜連接處會產生較強的反射現象。根據文獻[2]和文獻[3]，在這種情況下，放大器穩(wěn)定性會明顯惡化，造成放大器的傳輸函數和反饋傳輸函數的乘積大于1，形成正反饋，從而導致放大器產生自激。同時，連接電纜金屬尾罩與傳輸電纜屏蔽層相連，為高頻組合電路提供共地回路，當其接觸不良時，會造成“浮空”，引入噪聲干擾，從而引起此次故障現象。

3.2 故障復現

為復現故障現象，將高頻組合與A站按照飛行試驗狀態(tài)連接，并反復加電，通過地面站校驗臺檢驗，A站工作正常。在A站不進行斷電條件下，采用人工方法模擬同軸電纜在艦船振動和風力作用下抖動情況，此時地面站實時接收數據出現大量丟幀，接收信號強度出現變化，見表2。同時，通過采用頻譜儀對高頻組合輸出的中頻信號進行觀察，頻譜雜散情況隨機出現，見圖6，復現了飛行試驗時，A站遙測數據大量丟幀，而有較強接收功率顯示的故障現象，充分驗證了分析的正確性。

4 處理措施及驗證

由機理分析及復現實驗可知，要使預中放電路HE386A不出現自激震蕩現象，就必須要保持連接電纜連接的緊固性與可靠性。由于海上試驗條件惡劣，艦船搖擺、震動及海風等因素都可能使設備連接的可靠性降低，特別是在發(fā)射架調轉及飛行器發(fā)射時，距發(fā)射架較近的設備所受到的震動與沖擊較大，這就對設備工作的穩(wěn)定性和適應性提出了更高的要求。在工作環(huán)境無法改變的情況下，只有通過提高線纜連接的強度和增加相應的保護措施來防止類似情況再次發(fā)生。

根據上述情況，采取以下措施：

（1）更換連接電纜，對高頻組合與遙測站之間的連接電纜進行更換，防止因多次插拔造成接頭磨損后降低連接的可靠性。

（2）采取電纜固定措施，電纜連接后，對其采取固定措施，如在連接處加裝保護套管，確保電纜連接處不因震動、沖擊、海風等因素受力發(fā)生松動，影響連接性能。

（3）連接電纜的連接和拆卸必須使用專用定力扭矩扳手，使電纜連接可靠。

采取上述措施后，為驗證實際效果，在與故障復現實驗相同狀態(tài)下，反復抖動電纜，自激現象不再出現；將替換下的故障電纜對其金屬尾罩進行緊固后，連接高頻組合和地面站，并將接頭緊固連接，即使反復抖動電纜，自激現象也不再出現，說明采取的處理措施有效。同時，為保證萬無一失，對高頻組合加裝減震膠墊。采取上述措施并經測試后，兩臺遙測站工作正常。

5 結語

遙測作為一種重要的獲取試驗數據的手段，其信號質量的優(yōu)劣直接影響到對試驗結果的分析。針對此次出現的故障，可以通過以上介紹的方法加以解決，但惡劣的工作環(huán)境給設備帶來的影響是一個需要注意的問題，這就對設備工作的穩(wěn)定性和適應性提出了更高的要求。在任務計劃初期，應對艦面工作環(huán)境進行詳細考察，并有針對性地進行相關設備適應性改造；同時，也要求技術人員在任務期間更加耐心細致地工作，以確保試驗任務的順利進行。

參考文獻

[1] 李邦復.遙測系統(tǒng)[M].北京：宇航出版社，1994.

[2] 張俊科.電子線路[M].北京：國防科技大學出版社，1998.

[3] 華成英，童詩白.模擬電子基礎[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.

[4] 曲寶忠，孫曉峰.海軍戰(zhàn)術飛行器試驗與鑒定[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.