飛機飛參系統記錄數據跳變問題故障分析

海軍裝備部 廉 佳

針對飛機飛參系統數據卡存儲的數據跳變技術問題，本文從系統工作原理入手，詳細分析數據記錄工作機理，通過故障隔離方案設計及排查，找到了故障原因，最終排除了故障。

飛行參數和音頻記錄系統能連續(xù)采集和記錄整個飛行過程中飛行狀態(tài)、發(fā)動機工作狀態(tài)、其它重要系統工作狀態(tài)、飛行員操縱動作等信息，真實記錄機組人員間通話和駕駛艙的環(huán)境聲音。地面維護或飛行結束后，可通過飛行參數記錄器、拋放記錄器卸載飛行數據和音頻數據，通過快取記錄器快速卸載飛行數據，輔助地勤開展視情維護；當飛機失事且拋放條件滿足時，拋放記錄器自動拋放與機體分離，落地或漂浮在水面上，通過內置的北斗定位和無線電信標發(fā)射信號，供搜索人員定位，可有效縮短搜尋記錄器的時間。本文針對飛參系統數據卡存儲的數據跳變故障原因進行了深入分析，提出了切實可行的解決辦法，并在實踐中得以驗證使用。

1 故障分析

在飛參系統工作過程中，采集數據由數據采集器中主控模塊進行數據整理后，一份由數據管理模塊發(fā)送給防護記錄器記錄，一份由主控模塊寫入數據卡，其中防護記錄器與數據卡記錄的飛行數據來源一致，由于故障時刻防護記錄器記錄數據正常，所以可排除信號采集模塊、主控模塊的數據整理、數據管理模塊、防護記錄器的影響因素，將導致問題發(fā)生的影響范圍限制在主控模塊的數據寫入、數據卡、數據卡卸載器三者之間。原理見圖1。

通過對問題數據判讀，發(fā)現該數據中某一秒數據多個參數發(fā)生跳變，一個履歷通常只有一秒鐘出現異常，且跳變的數值無規(guī)律（部分參數超過ICD規(guī)定的最大值、部分數據超過ICD規(guī)定的最小值），跳變的數據有模擬量、429總線等數據。

對問題數據進行分析，發(fā)現在出現異常時刻，該數據幀內部部分數據發(fā)生錯位現象，導致解析出的數據無法表示真實值。異常時刻數據信息：在出現問題的數據幀(1s)內出現多寫入1個0，導致后續(xù)數據發(fā)生錯位。

出現錯位時異常情況（5eb0～5EB2出現多1個0）見圖2。

正常時數據情況見圖3。

數據采集器的采集數據打包方式為固定式，即每個參數在每幀數據內的位置固定，且每一幀數據長度固定；同時數據采集器向數據卡寫入數據時，按照數據存儲芯片要求進行頁操作（2048B/次）。

圖1 數據記錄原理圖

在數據采集器向數據卡存儲芯片中進行數據寫入頁操作時，由于多寫入1個00后，將導致本次寫入部分數據（2048B中00后數據）后移一位，由于后續(xù)數據寫入的頁操作正常，該異常情況僅影響當前數據頁，沒有改變當前數據幀的長度（10908B，遠大于頁長度），見圖4。

圖2 異常情況

圖3 正常情況

圖4 數據幀長度

在地面進行數據處理時相關參數按照原數據幀內固定位置進行處理顯示，所以該數據幀內這些被移位數據（不大于2048B）涉及參數將顯示異常，導致問題發(fā)生。據此分析，數據采集器主控模塊的數據寫入環(huán)節(jié)存在問題可以導致故障出現。

對涉及的數據卡進行檢查以及反復測試，結果正常；同時檢查該數據卡中記錄數據確實存在異常，與數據卡卸載器無關，故可以排除數據卡、數據卡卸載器影響因素。

據此問題定位：數據采集器主控模塊的數據寫入環(huán)節(jié)存在問題。

對數據寫入環(huán)節(jié)進行分析，寫數據卡的功能由主控模塊完成。

2 故障分析

依據對故障樹的分析，可得出故障集為：

T=X1+X2+ X3+X4。

下面針對可能存在的故障進行逐一排查、定位：

X1：查看防護記錄器記錄數據以及主控模塊保護區(qū)信息，沒有報出故障；對主控模塊進行檢查及測試結果正常，排除主控模塊硬件故障影響；

X2：對主控模塊軟件進行走查，未發(fā)現異常；該軟件基于公司其它產品應用成熟的適應性改進設計，其中數據卡操作程序屬于借用公司應用成熟快取記錄器軟件，軟件成熟度高，可以排除軟件影響因素；

X3：主控模塊使用+5V電源供電，若其+5V供電電壓（電源模塊輸出）不穩(wěn)定，該模塊的CPU也將出現工作不正常，造成采集數據的整理及數據寫入功能異常；數據卡使用+3.3V供電（電源模塊輸出）若+3.3V供電不穩(wěn)定，會導致數據卡寫入數據出現異常。由于數據采集器中其它功能模塊也在同時使用這兩個電源供電，如其存在異常，這些功能模塊將會出現工作異常，導致數據采集器報故。查看防護記錄器記錄數據以及主控模塊保護區(qū)信息，沒有報出故障，據此可排除供電異常影響因素；

X4：主控模塊負責將整理后的數據寫入數據卡，當主控模塊寫卡信號線上存在干擾（干擾與寫操作信號疊加）時，會影響主控模塊寫操作，使寫入數據發(fā)生變化，從而出現數據寫入時異常，導致數據卡記錄數據異常。

針對信號線存在干擾影響因素開展進一步分析，在實驗室搭建環(huán)境，對數據采集器對外通訊電纜（六矩形連接器對外接線）施加脈沖干擾，當施加脈沖電流增大到6.5A時（CS115規(guī)定最大值為5A），數據卡記錄4h數據檢查出現1次（1幀數據）多個數據跳變，防護記錄器數據正常，該現象與故障現象一致。進一步定位，當干擾施加到數據采集器使用六矩形連接器的F腔（供電）對應電纜上時問題出現，施加到其它腔體未出現數據異常。通過示波器測量，該干擾通過電纜進入數據采集器機箱內部，在主控模塊寫卡操作的寫信號上異常疊加。當主控模塊進行數據卡寫操作（頁操作，每次2048B）時，受到干擾信號影響，造成寫信號異常有效，導致寫入數據中間多插入一個異常值。由于數據采集器內部其它數據操作與數據卡頁操作（2048B/每次讀寫）不同，屬于單字節(jié)或單字操作，對干擾不敏感；且其數據發(fā)送等傳輸具備校驗等保護措施，不受干擾影響。

由于干擾信號強度較大且具體頻段和幅值不易確定，實驗室測試觸發(fā)信號與真實環(huán)境中的情況肯定存在偏差，干擾信號特性無法確認及濾除。考慮該問題出現概率較低（偶發(fā)出現且每次僅影響1幀數據），且防護記錄器記錄數據正常，故可以通過地面數據處理軟件進行濾波處理（剔除異常數據幀）以解決問題。

在地面數據處理軟件中增加濾波處理，并對設備升級后在試驗室對異常數據重新處理，查看數據顯示結果正常，數據跳變問題的到解決，同時比對防護記錄器數據處理顯示情況，證明故障處理措施有效。

結束語：通過對此次故障的分析及排除，總結以下幾點經驗以供后續(xù)排故參考：（1）機上故障出現后，應第一時間詳細記清楚故障的現象及特征以利于排故。（2）排故前應詳細了解系統工作原理，信號格式及信號通路。（3）根據原理認真分析故障，形成故障樹，按照故障樹制定排故方案，利用排除法將故障定位并排除。