通信導航識別系統(tǒng)故障分析

陳天立

隨著我國航空業(yè)的不斷發(fā)展，飛機的飛行里程在不斷升高，持續(xù)適航能力也不斷提升。從現有資料看，飛行時間越久的飛機故障會不斷增加，但由于飛機的機構和整個通信導航識別系統(tǒng)相對復雜。要針對飛機故障進行徹底解決需要花費大量的人力和時間。本文就針對此背景，針對飛機的通信導航識別系統(tǒng)的故障進行分析，以便為飛機通訊導航系統(tǒng)維修人員提供一些借鑒方案。

在飛機航線維護以及飛機檢修過程中，幾乎每天都要面對各種各樣的故障，由于飛機類型較多，且通信導航識別系統(tǒng)復雜，外加故障原因和環(huán)境、設備、人員等多種因素相關，因此對飛機通信導航識別系統(tǒng)故障進行準確診斷并及時排除故障對飛機安全航行有重要意義.以下將從飛機通信導航識別系統(tǒng)概述分析入手，逐步探討了通信導航識別系統(tǒng)故障的分析和診斷方法.

一、飛機通信導航識別系統(tǒng)概述

飛機通信導航識別綜合系統(tǒng)（ i n t e g r a t e d communication， navigation and identification system，ICNI），它是一種多功能的航空電子系統(tǒng)，除了通訊功能外，它還能夠對飛機間進行相對的導航和通過各種方式識別本系統(tǒng)內的飛機成員。隨著國際間電子對抗的不斷升級，飛機無線電通訊的保密、抗干擾、信號隱蔽等各種問題的日益突出，需要一套能夠保證通信、導航、識別綜合系統(tǒng)。通信、導航、識別綜合系統(tǒng)能提供數字化語音、實時數據、精確測距、可靠識別等服務，并有大、中、小三種規(guī)格，可供各種飛機、各種指揮控制中心和移動的部隊使用。

二、飛機通信導航識別系統(tǒng)的現狀

國際上，美國軍隊針對飛機通信導航識別系統(tǒng)ICNI研究計劃包含了JTIDS，Speakeasy、ICNIA等，其中 JTIDS計劃是進行ICNI功能的成功案例。但美中不足的是JTIDS系統(tǒng)的頻段僅限于L波段，并且不能夠兼容原飛機通信導航識別系統(tǒng)CNI的設備。而ICNIA系統(tǒng)的結構是重新設計了一種新型的結構，其按照“一次只設計一個功能設備”的方法，并且保留了CNI的功能設備。通過將飛機的通信、導航和識別功能綜合集成到一個輕重量、小體積的模塊中，ICNIA將使航空電子設備發(fā)生一次革命性的變化。

我國對于CNI系統(tǒng)的研究是非常早的，從70年代末開始，相關部門就開始對CNI進行重要的研究課題進行攻關。航空研究院專門組織了研究小組，以航空電子研究所作為主體單位，針對CNI系統(tǒng)進行總體、系統(tǒng)聯動、以及時分多址擴頻通訊的研究，多個研究單位參與研究。80年代我國已經制定出較為完善的CNI的系統(tǒng)研制方案，并將研究的內容劃分為三大階段進行：研制、測試、量產。在1981年，航空電子研究所研制出時分多址、擴頻通信的樣機。通過多次試驗，各個參與單位分別將研制的分機集中到航空電子研究所，完成了系統(tǒng)聯動和性能測試。證明了各個分機連接測試時正確，而且性能和方案都符合方案的標準。同年8月，CNI系統(tǒng)的原理樣機正式通過技術鑒定，專家們一致認定該樣機滿足了我國航天的主要標準，主要具備了：時分多址、全雙工話音、數據通信和在有源校時基礎上測距功能，具有一定的抗干擾和反截獲能力。至此，我國開始CNI工程樣機的開發(fā)和研制，并通過不斷的加深研制，制定出了具有通訊方式多樣，包含雷達識別等多種CNI系統(tǒng)的軍用標準。也就是當前國軍標GJB 2719-1996。

三、飛機通信導航識別系統(tǒng)故障分析方法和診斷系統(tǒng)

（一）通信導航識別系統(tǒng)故障

通信導航識別系統(tǒng)中最容易出現的是數據鏈路故障，由于數據鏈路狀況主要以不同顏色的框框來進行區(qū)分，紅色表示確定鏈路失效，黑色表示鏈路不明，系統(tǒng)無法準確識別，綠色則表示鏈路正常，例如PFD顯示屏ARINC 429中1號通道狀態(tài)框顯示為紅色，則提示通信導航識別系統(tǒng)故障和LRU GRS77相關，即PFD和航向基準系統(tǒng)間的鏈路失效。

（二）通訊導航系統(tǒng)故障

在通訊導航系統(tǒng)中最常見的的故障表現形式如下：（1）COM信號接收發(fā)送故障；（2）GPS信號不正常，無法獲取到衛(wèi)星數據；（3）N 信號收發(fā)異常以及G/S信號接收不到等等。其中，COM信號故障又可分為COM信號干擾、弱信號、無通信音等等。在正常情況下，通信導航識別系統(tǒng)均能對各類故障提供預警信息，實際操作中按下ALERT鍵即可看到顯示屏中顯示的故障預警信息，相關警告包括COM、N 以及G/S等，在進行故障分析和排除過程中可借助相關信息對故障發(fā)生緣由進行查找，或進一步確認故障是否發(fā)生。

（三）儀表系統(tǒng)故障

在通信導航識別系統(tǒng)姿態(tài)信息傳遞到各子系統(tǒng)的過程中，需要和多種類型的傳感器共同作用，如傾斜傳感器、加速度傳感器等，儀表系統(tǒng)組間則主要負責對姿態(tài)參數信息進行采集，并將其傳入姿態(tài)航向系統(tǒng)中，在該系統(tǒng)中，信息傳遞或者顯示任何環(huán)節(jié)有誤或者收到外界干擾均會導致姿態(tài)信息顯示異常，從以往的故障數據調查以及飛行手冊中可總結出儀表系統(tǒng)故障的主要原因，具體如下：發(fā)動機振動導致儀表斷線；顯示屏或者GRS構型文件和軟件失效；各模塊間數據通道失效；儀表插頭脫落或接觸不良。

從故障類型來看，主要包括人為因素故障、系統(tǒng)自身元件故障、組間配置故障、參數錯誤等。

（四）飛機電源故障診斷系統(tǒng)結構

機載電源主要有飛機發(fā)電機供電，若發(fā)電機故障則由機載蓄電池續(xù)電，通常情況下，飛機電源需維持三種狀態(tài)，有地面電源供電時，即使發(fā)電機運行正常，也不能向飛機上的設備供電；斷開地面電源后，飛機發(fā)電機恢復正常供電，同時蓄電池自動充電；發(fā)電機故障無法供電時，蓄電池自動供電保證安全運行。

當電源供電關系不符合上述三種邏輯時，則提示飛機電源系統(tǒng)出現故障，需進行及時處理。電源故障診斷系統(tǒng)結構按電源類型可分為地面電源、發(fā)電機以及蓄電池三種，具體可通過發(fā)電機故障燈來對電源故障進行診斷：地面電源電壓超過28.5V，機內大功率用電設備正常工作，發(fā)電機故障燈燃亮；發(fā)電機電壓超過28.5V，機內大功率用電設備正常工作，發(fā)電機故障燈不亮；蓄電池電壓低于24V，機內大功率用電設備不工作，發(fā)電機故障燈燃亮。檢修人員可根據正確邏輯和故障分析系統(tǒng)結構予以判定。

（五）專家系統(tǒng)知識庫構成和診斷分析方法

在飛機通信導航識別系統(tǒng)故障診斷領域專家系統(tǒng)應用極為廣泛常見的有三種結構——基于規(guī)則、框架以及模型的專家系統(tǒng)結構。本文主要對基于規(guī)則的專家故障診斷系統(tǒng)結構進行探討。在該系統(tǒng)中分別包括長期存儲模型和短期存儲模型，主要存儲由規(guī)則激發(fā)而推斷出的新的故障事實，存儲器和推理機相互作用，并以規(guī)則知識庫為主要數據支持，通過對故障模式進行匹配從而得出準確的故障診斷信息.知識庫主要通過規(guī)則進行表示，例如常見的CLIPS是常見方法，每條規(guī)則代表一組因果關系，此外框架也是知識表示的一種形式，和高級語種對象類似，可提供一種更為方便的結構來準確表示常識性知識.創(chuàng)建知識庫時，需對現有知識按照特定邏輯進行編程，利用規(guī)則和框架表示將故障知識加入到知識庫體系當中，從而為故障推理提供依據。

三、結語

綜上所述，針對飛機的通信導航識別系統(tǒng)的日常檢查是保證飛機安全航行的關鍵，在具體的監(jiān)測和診斷過程中，需要針對系統(tǒng)以及相關輔助子系統(tǒng)進行較為嚴格的故障檢定。例如：導航的穩(wěn)定性、電源電壓電流、儀表系統(tǒng)顯示是否都正常穩(wěn)定的工作等。這為后續(xù)的專家系統(tǒng)進行故障的判斷、故障的處理提升了準確性，也讓工作人員的排除問題提供更有效率，進而為飛行安全提供有力的保障。

作者單位：北京衛(wèi)星導航中心