一起非典型DVOR邊帶天線故障現(xiàn)象分析與處理

中國民用航空珠海進(jìn)近管制中心導(dǎo)航動力室 郭 威

多普勒全向信標(biāo)系統(tǒng)是被國際民航組織批準(zhǔn)為國際標(biāo)準(zhǔn)的無線電導(dǎo)航設(shè)備，目前廣泛應(yīng)用于民用航空和通用航空領(lǐng)域，是一種高精度陸基近程測角系統(tǒng)。本文通過對臺站所使用的VRB-52D型DVOR設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)的一起非典型邊帶天線故障現(xiàn)象進(jìn)行分析處理，為邊帶天線系統(tǒng)故障排除提供一些參考。

1 設(shè)備概述及原理

九洲導(dǎo)航臺是航路DVOR-DME合裝臺站，所用設(shè)備為澳大利亞AWA公司（已被西班牙Indra公司收購）生產(chǎn)的DVOR VRB-52D系統(tǒng)。設(shè)備配置為主備雙機(jī)系統(tǒng)，兩臺機(jī)共用一套天線系統(tǒng)，每臺機(jī)分別包括發(fā)射機(jī)模塊、監(jiān)控器模塊、電源模塊。

發(fā)射機(jī)模塊包括載波通道和邊帶通道兩個部分。在載波通道中機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的30HZ信號直接對載頻fo進(jìn)行調(diào)幅得到基準(zhǔn)相位30HZ信號，經(jīng)載波天線輻射出去，該信號各個方位上相位不變。在邊帶通道中機(jī)內(nèi)產(chǎn)生fo+9960HZ和fo-9960HZ兩個頻率，分別由位置相差180°的邊帶天線輻射出去，經(jīng)空間調(diào)制及邊帶天線模擬旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生多普勒頻移，在空間接收點(diǎn)得到一個調(diào)頻調(diào)幅波，即30HZ（天線模擬旋轉(zhuǎn)頻率）信號對9960HZ調(diào)頻，再對載波調(diào)幅，該信號經(jīng)解調(diào)所得到的30HZ信號在各個方位上相位不同，稱其為30HZ可變相位信號。機(jī)載設(shè)備通過比較30HZ基準(zhǔn)相位信號和30HZ的可變相位信號來實現(xiàn)定向。

監(jiān)控器模塊接收來自監(jiān)視天線的復(fù)合信號，通過解調(diào)濾波等對各個參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)視天線接收中央天線和邊帶天線的空間輻射波，再一分二分別輸出信號至兩臺機(jī)的監(jiān)控器模塊。

邊帶通道簡易信號流程如圖1所示，其中雙機(jī)系統(tǒng)通過RLU組件及其上的假負(fù)載、奇偶天線分配開關(guān)共用一套發(fā)射天線，SMA、SCU、ASD分別為各自機(jī)框中的板件。

圖1 邊帶通道信號簡略流程

2 故障現(xiàn)象及分析排查

九洲導(dǎo)航臺月初執(zhí)行切換2#DVOR時切換失敗，2#機(jī)開機(jī)監(jiān)控器模塊顯示“ANTENNA(NOTCH)”和“PRIMARY”告警。1#DVOR發(fā)射機(jī)接天線時，本機(jī)監(jiān)控面板上無告警，CTU讀取各個參數(shù)數(shù)據(jù)正常，但此時2#機(jī)的MBD面板顯示“ANTENNA(NOTCH)”告警。

首先分析副載波缺口告警產(chǎn)生的原理。副載波監(jiān)視器MSC接收MRF送來的信號，通過濾波解調(diào)恢復(fù)出30HZFM信號、30HZAM信號及調(diào)頻副載波，這些信號經(jīng)過整流濾波后變成相應(yīng)的直流信號，然后和預(yù)置的門限電平分別進(jìn)行比較。如果這些直流信號不在預(yù)置門限所在范圍之內(nèi)，就會產(chǎn)生告警。當(dāng)天線損壞導(dǎo)致一對邊帶天線信號缺失，那么空間輻射場的副載波將在一段時間內(nèi)出現(xiàn)空白，這就是副載波缺口。

常見的缺口告警故障一般是由邊帶天線故障引起的雙機(jī)同時產(chǎn)生“ANTENNA(NOTCH)”告警，缺口導(dǎo)致飛機(jī)無法獲得相對DVOR信標(biāo)的準(zhǔn)確方位，從而雙機(jī)告警停機(jī)。本臺站告警現(xiàn)象顯然不同于常見的雙機(jī)缺口告警故障，無法僅憑借設(shè)備狀態(tài)準(zhǔn)確判斷是單機(jī)故障亦或是雙機(jī)故障還是監(jiān)控器板件老化產(chǎn)生告警門限漂移。使用示波器分別測量雙機(jī)復(fù)合波形和MSC板9960HZ濾波波形，發(fā)現(xiàn)1#DVOR復(fù)合波和副載波無明顯缺口，副載波幅度最小值540mV（告警值500mV），2#機(jī)復(fù)合波和副載波濾波有短時間明顯缺口，如圖2所示。由此分析得知，2#機(jī)存在副載波缺口告警，且MSC板件的缺口告警門限略有漂移。更換MSC備件后，1#機(jī)工作時，2#機(jī)監(jiān)控模塊缺口告警消失。此時初步判定為設(shè)備單機(jī)故障。

圖2 2#DVOR缺口復(fù)合波波形

圖3 1#DVOR副載波缺口波形

由于是單機(jī)邊帶通道副載波故障，故著重排查單機(jī)邊帶信號發(fā)射的非共用部分組件，主要包括SGN、SMA、SCU、ASD組件。SGN組件主要用于邊帶上下邊帶信號的產(chǎn)生，如果此部分故障，就不會形成副載波，不只是僅僅產(chǎn)生一個缺口，因此排除該組件。SMA組件主要對SGN產(chǎn)生的邊帶信號進(jìn)行放大，然后接收TSD組件的混合函數(shù)對放大了的上下邊帶進(jìn)行調(diào)幅，同樣，也不可能該組件出現(xiàn)故障。SCU按一定的周期交替地將SMA產(chǎn)生的上、下邊帶信號切換到奇偶天線分配開關(guān)，如果此部分故障，將會產(chǎn)生一段時間的缺口，而不只是短時間缺口。天線開關(guān)驅(qū)動ASD組件產(chǎn)生持續(xù)時間1／720s的驅(qū)動信號，該驅(qū)動使天線分配開關(guān)ADS相應(yīng)兩個開關(guān)接通，此時一對圓心對稱的邊帶天線被選通輻射信號。故ASD板件以及其與ADS連接的電纜出現(xiàn)故障的概率較大。示波器測量ASD板件輸出的方波信號，均無異常，更換ASD備件，故障依舊存在。用萬用表測連接電纜，亦無斷點(diǎn)。

隨著排障的逐步進(jìn)行，1#DVOR也突然出現(xiàn)了缺口告警，測量其9960HZ副載波波形，有了明顯的缺口，如圖3所示。分析此時基本可以確定為雙機(jī)副載波缺口告警，故障部位應(yīng)為雙機(jī)公共部分。邊帶發(fā)射通道的公共部分主要包括RLU繼電器組件、ADS邊帶切換開關(guān)、連接電纜及邊帶天線。

3 故障定位

確定了故障是由雙機(jī)公共部分故障引起的短時缺口告警，需要定位具體的故障點(diǎn)。由于前期DVOR一號機(jī)缺口故障現(xiàn)象不明顯，且與DVOR二號機(jī)告警現(xiàn)象不一致，我們錯誤的懷疑RLU繼電器切換組件異常，并對其進(jìn)行了更換。后期再次測量兩臺機(jī)的復(fù)合波信號，一號機(jī)缺口清晰，與二號機(jī)故障現(xiàn)象一致，缺口現(xiàn)象符合單根天線故障現(xiàn)象，于是我們決定對邊帶天線逐個進(jìn)行測試。首先TSD板塊天線測試模式發(fā)現(xiàn)3號天線對輻射信號幅度遠(yuǎn)低于正常值。初步判斷出三號天線對通道異常，但此時仍然無法判斷具體是3號或者27號天線通路故障。將設(shè)備打到告警抑制狀態(tài)，關(guān)閉30HZAM信號和1020HZ識別碼信號，使用數(shù)字示波器，一個通道測量MRF板COMP VOR孔，另一個通道接奇ASD板3號天線孔，測量顯示3號孔信號脈沖和副載波信號缺口重合，進(jìn)一步驗證3號天線對通道故障。確定3#、27#天線對通路故障后，抽出CGD板、兩塊SMA板、SGN板，用網(wǎng)分儀S11（射頻信號1#口收1#口發(fā)，中心頻率設(shè)臺站頻率，帶寬10MHz）模式，連接至SCU后面上邊帶奇通路，接口在上邊帶SMA ODD至SCU XFC口T型連接頭至odd 線連接處。通過TSD板天線測試模式，單根天線選通，最后確認(rèn)27#號天線匹配值異常為-2dB，而正常值是-20dB～-50dB之間。

為進(jìn)一步確認(rèn)故障點(diǎn)，在ADS上將27#與25#天線饋線接口位置對調(diào)，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象變?yōu)?5#通路，故故障點(diǎn)應(yīng)在27#天線或饋線故障。查看27#饋線ADS斷連接頭及同軸電纜外觀均無斷裂。前往天線平臺檢查27#天線，拆下天線罩，發(fā)現(xiàn)天線焊點(diǎn)緊固，無脫焊也無明顯氧化現(xiàn)象，拆開底座發(fā)現(xiàn)饋線與天線連接處接頭螺紋完全松脫，重新緊固后測量副載波信號和復(fù)合波信號均恢復(fù)正常，缺口告警消失。

4 總結(jié)

此次九洲導(dǎo)航臺DVOR非常見的副載波缺口故障現(xiàn)象主要是由于設(shè)備告警門限漂移以及饋線線纜接觸不良引起，迷惑性強(qiáng)，使故障排查難度增大。設(shè)備故障中兩臺機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)由于門限不一致導(dǎo)致告警現(xiàn)象不同，以及電纜接觸不良導(dǎo)致的一號機(jī)缺口不明顯，在初期將我們的排障思路局限在了監(jiān)控系統(tǒng)故障以及單機(jī)缺口告警，導(dǎo)致在排障過程中走了不少彎路。通過這次故障排查也獲得了一些設(shè)備維護(hù)經(jīng)驗：首先要重視維護(hù)時對告警門限的驗證，對各個測試孔的信號特征熟練掌握；其次排查設(shè)備故障時要根據(jù)設(shè)備故障現(xiàn)象結(jié)合設(shè)備近期的運(yùn)行環(huán)境，依據(jù)經(jīng)驗對故障概率較大的部件首先進(jìn)行驗證。沿海地區(qū)導(dǎo)航臺站注意防臺風(fēng)及天線保護(hù)，對天線進(jìn)行定期檢查；最后要熟練運(yùn)用設(shè)備測試開關(guān)及各種儀器儀表，提高排障效率。