某型捷聯(lián)慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)無GNSS信號故障分析

肖維東

【摘 要】某型機在對機場地面導(dǎo)航設(shè)備進行標(biāo)校飛行中，其裝備的HJG-1H2捷聯(lián)慣性/組合導(dǎo)航系統(tǒng)控制顯示器出現(xiàn)故障代碼為“44”的故障代碼。代碼“44”的故障碼對應(yīng)的設(shè)備故障碼是地速超差。飛機返航后，維護人員對報故障系統(tǒng)進行了通電檢查。當(dāng)把系統(tǒng)的狀態(tài)選擇開關(guān)置于“導(dǎo)航”位置，“準(zhǔn)備好”燈兩秒后開始閃爍，但不熄滅;數(shù)據(jù)顯示區(qū)時鐘顯示初始時間“08：00”，而不是北京時間。系統(tǒng)在兩分半鐘后自動進入慣性導(dǎo)航狀態(tài)，數(shù)據(jù)顯示區(qū)右上角“慣性/GNSS”區(qū)域顯示“純慣性”無GNSS信號，經(jīng)度、緯度顯示的是預(yù)存航線數(shù)值。

【關(guān)鍵詞】導(dǎo)航;故障;系統(tǒng)

中圖分類號： V249.328文獻標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）32-0123-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.32.056

1 故障原因分析

1.1 捷聯(lián)慣性/組合導(dǎo)航系統(tǒng)工作原理

HJG-1H2型捷聯(lián)慣性/組合導(dǎo)航系統(tǒng)，由捷聯(lián)慣性測量部件、控制顯示器、磁航向傳感器、GNSS接收天線組成，是一種直接把慣性元件（陀螺和加速度計）固定在機體安裝基座上，用數(shù)字平臺代替機械平臺（也稱無平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)），采用GNSS信息進行校正，給飛行人員提供導(dǎo)航和定位信息的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。

慣性元件敏感并輸出載體相對慣性坐標(biāo)系三個軸向的角速率和加速度，通過陀螺力反饋電路和加速度計采樣電阻得到代表角速率和加速度大小的電壓信號。這些電壓信號經(jīng)過陀螺和加速度計量化器電路后，被轉(zhuǎn)化為可以使計算機接受的數(shù)字脈沖序列。主機板上的導(dǎo)航計算機再接受這些脈沖序列后，進行數(shù)值解算。同時導(dǎo)航計算機還要對陀螺、加速度計誤差和系統(tǒng)誤差等進行補償。解算結(jié)果通過接口板、信號調(diào)理板向機上其他系統(tǒng)和設(shè)備輸出。在組合導(dǎo)航狀態(tài)下，導(dǎo)航計算機在慣性導(dǎo)航的基礎(chǔ)上，把磁航向傳感器、綜合大氣機、GNSS全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等發(fā)出的數(shù)據(jù)進行組合導(dǎo)航計算，不斷修正慣性導(dǎo)航誤差，提高導(dǎo)航精度。GNSS接收機與慣導(dǎo)之間采用RS232總線進行數(shù)據(jù)通訊，慣導(dǎo)每次上電均向GNSS接收機發(fā)送指令，GNSS接收機接收此指令，并將指令進行記憶，之后每一秒向慣導(dǎo)發(fā)送數(shù)據(jù)包。在GNSS導(dǎo)航狀態(tài)，輸出衛(wèi)星導(dǎo)航的經(jīng)度、維度、時間、地速等參數(shù)。

1.2 故障原因分析

飛行中，HJG-1H2捷聯(lián)慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)控制顯示器數(shù)據(jù)顯示區(qū)下邊框出現(xiàn)故障代碼“44”，此故障代碼定義“地速超差”。解決措施：檢查系統(tǒng)參數(shù)，必要時返廠檢修。在地面通電時，因為飛機沒有物理位移，地速也為零，導(dǎo)航計算機感受不到飛機速度的物理變量，所以系統(tǒng)不會出現(xiàn)故障代碼“44”;但數(shù)據(jù)顯示區(qū)域時間顯示系統(tǒng)初始時間“08：00”，導(dǎo)航模式狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示區(qū)右上方出現(xiàn)“純慣性”，無“GNSS”信號。此故障很蹊蹺的是系統(tǒng)盡管沒有“GNSS”信號，但卻沒有出現(xiàn)故障代碼“23”，故障代碼“23”代表“GNSS故障”。在控制顯示器面板上按下“慣性”按鈕，系統(tǒng)顯示純慣性導(dǎo)航模式，并逐個檢查各個按鍵所設(shè)定的功能進入界面，顯示的參數(shù)正常，慣導(dǎo)系統(tǒng)本身沒有報告故障。而捷聯(lián)慣性測量部件內(nèi)部GNSS接口模塊功能是負責(zé)向控制顯示器輸出衛(wèi)星導(dǎo)航的經(jīng)度、維度、時間、地速等參數(shù)。由此可以判定捷聯(lián)慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“GNSS”部分出現(xiàn)問題，經(jīng)過分析可知，引起GNSS部分故障的因素有：

1）GNSS接收天線出現(xiàn)故障，接收不到衛(wèi)星信號;

2）GNSS天線輸出到捷聯(lián)慣性測量部件的饋線電纜發(fā)生斷路或接觸不良，使信號無法傳輸或信號發(fā)生衰減;

3）捷聯(lián)慣性測量部件內(nèi)的GNSS傳輸饋線出現(xiàn)斷路或接觸不良，使信號無法傳輸或信號發(fā)生衰減;

4）GNSS接收機故障;

5）GNSS接收處理模塊電路板故障。

2 故障排除經(jīng)過

針對此次故障出現(xiàn)的時機和故障代碼進行分析，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在起飛前經(jīng)過精對準(zhǔn)，并進入導(dǎo)航模式，“準(zhǔn)備好”指示燈燃亮后熄滅，數(shù)據(jù)顯示區(qū)出現(xiàn)慣性/GNSS模式，說明慣導(dǎo)和GNSS部分組合正常。飛機飛行兩個多小時后，領(lǐng)航員發(fā)現(xiàn)控制顯示器數(shù)據(jù)顯示區(qū)下邊框出現(xiàn)故障代碼“44”，并沒有其他代碼出現(xiàn)，說明GNSS天線本身出現(xiàn)故障的概率很小，如果是GNSS天線出問題，系統(tǒng)會出現(xiàn)故障代碼。這樣可以判定故障出現(xiàn)在其他環(huán)節(jié)。

1）開飛機頂棚蓋板，檢查GNSS天線安裝固定情況：天線饋線與基座連接牢靠，密封沒有開裂、脫落跡象;

2）檢查從天線到捷聯(lián)慣性測量部件的饋線，安裝固定可靠，外觀沒有磕磨破損，插針沒有縮針;

3）把捷聯(lián)慣性測量部件從安裝座中取出，檢查其輸出插頭，插針無變形、縮針;

4）測量控制顯示器到捷聯(lián)慣性測量部件的電纜，導(dǎo)通良好，無斷線或接觸不良，絕緣值符合要求;

做完上述工作，判定系統(tǒng)外圍各設(shè)備、電纜導(dǎo)通不存在問題，故障應(yīng)該是出在捷聯(lián)慣性測量部件上。

為同步觀測捷聯(lián)慣性測量部件CPU運行情況，從捷聯(lián)慣性測量部件測試接口處連接便地面檢測設(shè)備，接通慣導(dǎo)系統(tǒng)工作電源，把狀態(tài)選擇開關(guān)置于“導(dǎo)航”位置，兩分半鐘后系統(tǒng)進入導(dǎo)航狀態(tài)，從地面檢測設(shè)備桌面程序運行看，顯示系統(tǒng)找不到衛(wèi)星，無法進行組合，沒有狀態(tài)參數(shù)顯示，只出現(xiàn)“PPS”，如圖1所示?？刂骑@示器數(shù)據(jù)顯示區(qū)顯示純慣性。出現(xiàn)“PPS”的原因是GNSS接收機處理模塊不向?qū)Ш接嬎銠C輸出數(shù)據(jù)包。

至此可以確定故障出現(xiàn)在GNSS接收機或GNSS接收機處理模塊兩個單元上。把狀態(tài)選擇開關(guān)置于斷開位置，斷開系統(tǒng)工作電源，打開捷聯(lián)慣性測量部件外殼，檢查GNSS接收機處理模塊，外觀未發(fā)現(xiàn)異常，測量GNSS接收機的信號同軸線，導(dǎo)通良好，無縮針。從捷聯(lián)慣性測量部件上拔出GNSS接收機處理模塊，換上相同批次同型號的帶GNSS接收機的GNSS接口模塊。接通慣導(dǎo)系統(tǒng)工作電源，把狀態(tài)選擇開關(guān)置于“對準(zhǔn)”位置，從地面檢測設(shè)備桌面上程序運行看，顯示慣性導(dǎo)航與GNSS已經(jīng)組合上，各種參數(shù)輸出正常，控制顯示器上“準(zhǔn)備好”燈閃爍兩次后熄滅，數(shù)據(jù)顯示區(qū)時鐘顯示為北京現(xiàn)時，主機進行系統(tǒng)程序自檢測，8分半鐘后控制顯示器上“準(zhǔn)備好”燈燃亮，把狀態(tài)選擇開關(guān)置于“對準(zhǔn)”位置，系統(tǒng)進入導(dǎo)航模式，控制顯示器上“準(zhǔn)備好”燈熄滅，數(shù)據(jù)顯示區(qū)顯示“慣性/GNSS”模式，利用功能鍵檢查系統(tǒng)各項參數(shù)正常，系統(tǒng)運行40分鐘性能穩(wěn)定。

故障排除后，對捷聯(lián)慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)進行檢飛，科目“航行”，一個架次三個小時，飛行人員反映系統(tǒng)工作正常，與自動駕駛儀系統(tǒng)交聯(lián)正常，無故障代碼出現(xiàn)。

使用和維護建議：

1）捷聯(lián)慣性/組合導(dǎo)航系統(tǒng)在“對準(zhǔn)”模式下，載機必須處于靜止?fàn)顟B(tài)，機上人員應(yīng)盡量避免來回移動。

2）在飛機未進入停放位置前，禁止斷開正在運行的捷聯(lián)慣性/組合導(dǎo)航系統(tǒng)，否則系統(tǒng)將不記憶飛機停放位置信息。

3）地面通電時，應(yīng)保證飛機上安裝有蓄電瓶，避免因打開大電流用電設(shè)備拉低網(wǎng)絡(luò)電壓，引起系統(tǒng)重啟。

4）進入夏天多雨季節(jié)時，應(yīng)加強對GNSS天線的固定和密封性進行檢查。

5）進入冬季飛行，在直接機務(wù)準(zhǔn)備或飛行前，應(yīng)當(dāng)對捷聯(lián)慣性/組合導(dǎo)航系統(tǒng)進行通電預(yù)熱。

6）每個裝備日要檢查系統(tǒng)GNSS天線同軸電纜的連接情況，并對系統(tǒng)進行通電檢查。