機載近距導(dǎo)航系統(tǒng)在連接信標(biāo)模仿儀時無指示故障研究

季德雨

（大連長豐實業(yè)總公司，遼寧 大連 116038）

0 引言

無線電近距導(dǎo)航系統(tǒng)簡稱近導(dǎo)系統(tǒng)，用于飛行器的航行、著陸和飛行器間導(dǎo)航以及在地面信標(biāo)臺上顯示空中情況，包括地面導(dǎo)航臺和A 型機載設(shè)備兩部分[1]。A 型機載近導(dǎo)設(shè)備是某型飛行器綜合航行駕駛系統(tǒng)的重要組成部分，包括A-001 接收機、A-002 發(fā)射機、A-003 測量部件、A-010 飛行器間通信接收機以及A-007 飛行器間導(dǎo)航部件等5 個組件。它通過在極坐標(biāo)系內(nèi)的極點內(nèi)配置地面全向無線電信標(biāo)，用來測量相對于該信標(biāo)的極坐標(biāo)即方位和距離，實現(xiàn)對飛行器進(jìn)行空地導(dǎo)航。其還能在地面著陸信標(biāo)群配合下，引導(dǎo)飛行器進(jìn)行儀表著陸。另外，A 機載近距導(dǎo)航設(shè)備還能引導(dǎo)雙機和多機集合，進(jìn)行飛行器間導(dǎo)航[2]。

1 故障現(xiàn)象

某飛行器在大修調(diào)試過程中，通電自檢時，維修人員發(fā)現(xiàn)機載近距導(dǎo)航設(shè)備在導(dǎo)航、著陸、飛行器間導(dǎo)航狀態(tài)下均無良好信號顯示，指示器（航道羅盤）上距離計數(shù)器遮蓋不打開。通過JDM 近導(dǎo)信標(biāo)模仿儀檢查近導(dǎo)系統(tǒng)工作能力時，上述三個狀態(tài)下航道羅盤均無指示。

2 近導(dǎo)系統(tǒng)的三種工作狀態(tài)及工作原理

近導(dǎo)系統(tǒng)工作時，具有導(dǎo)航狀態(tài)、著陸狀態(tài)以及飛行器間導(dǎo)航狀態(tài)。這三種工作狀態(tài)的工作原理分別如下。

2.1 導(dǎo)航狀態(tài)

近導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航狀態(tài)用于飛行器沿航線飛行，并與地面信標(biāo)配合使用。在這種狀態(tài)下，機載近導(dǎo)設(shè)備用于測量相對信標(biāo)的方位和距離。

地面信標(biāo)天線以每分鐘100 轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)動，并對作用在信標(biāo)范圍的飛行器進(jìn)行照射。為了使飛行器上的數(shù)字計數(shù)器與信標(biāo)旋轉(zhuǎn)天線轉(zhuǎn)動同步，利用機載近導(dǎo)設(shè)備接收“ 35 ”“ 36 ”基準(zhǔn)信號在指“北”方向重合時開啟計數(shù)器開始計時，此時刻記為t0，在t1時刻接收到方位信號時，計數(shù)器停止計時。由于信標(biāo)天線轉(zhuǎn)速已知，取：

可計算出方位角：

因此，只要在飛行器上測得其時間間隔，即可轉(zhuǎn)換成方位角。

在導(dǎo)航狀態(tài)下，近距導(dǎo)航系統(tǒng)距離的測量是通過脈沖測距技術(shù)來實現(xiàn)的，即用詢問信號從飛行器向地面臺站和應(yīng)答信號從地面臺站向飛行器傳播的總時間來測定。其測量原理是，A-003 測量部件的距離測量電路發(fā)送重復(fù)頻率約30 Hz 的觸發(fā)脈沖，該脈沖促使A-002 發(fā)射機工作并形成距離詢問代碼脈沖對。在發(fā)射機工作的同時，計數(shù)器開始計時。此距離詢問代碼經(jīng)AOC天線饋電系統(tǒng)發(fā)射出去。地面接收機對所接收到的高頻測距信號進(jìn)行譯碼，然后在地面臺站編碼器內(nèi)編碼，形成應(yīng)答信號。編碼后的信號觸發(fā)地面應(yīng)答發(fā)射機發(fā)射應(yīng)答信號，機上天線饋電系統(tǒng)接收此信號后送到A-001 接收機輸入端并進(jìn)行轉(zhuǎn)換和譯碼，送入A-003 測量部件后觸發(fā)計數(shù)器停止計數(shù)。A-003 將測量的時間間隔處理成距離值，便實現(xiàn)了相對信標(biāo)的距離測量。近導(dǎo)系統(tǒng)在導(dǎo)航狀態(tài)下測量方位與距離的原理如圖1所示。

圖1 導(dǎo)航狀態(tài)方位、距離測量原理框圖

2.2 著陸狀態(tài)

在著陸狀態(tài)下，機載近導(dǎo)設(shè)備與地面著陸信標(biāo)群配合使用，用于測定水平面的航向、垂直面的下滑偏差以及飛行器到著陸信標(biāo)點的距離。

飛行器相對著陸航向，是通過航向無線電信標(biāo)配合工作進(jìn)行測定的。航向信標(biāo)用來形成跑道中心線的預(yù)定航線，利用空間兩個交疊的方向性圖所形成的等強信號來給定航向。當(dāng)飛行器沿航向下滑時，它接收到的左右波瓣輻射信號相等，航道羅盤[3]指針自然停在黑圈中心；當(dāng)飛行器偏離著陸航向一側(cè)時，接收到左右波瓣輻射信號不再相等，航道羅盤指針隨之產(chǎn)生偏向。飛行器相對下滑線位置測定原理與飛行器相對著陸航向位置測定原理相同，只不過下滑面是利用下滑信標(biāo)在垂直面上的等強信號區(qū)來給定的。

在著陸狀態(tài)下，地面著陸信標(biāo)群配合機載近導(dǎo)設(shè)備工作，其距離測量原理與導(dǎo)航狀態(tài)相同，如圖1 所示。

2.3 飛行器間導(dǎo)航狀態(tài)

飛行器間導(dǎo)航狀態(tài)用于雙機會合或多機集合。機載近導(dǎo)設(shè)備根據(jù)飛行器在此過程中的作用不同，可工作于不同狀態(tài)。其中，測量狀態(tài)用于測量本機到長機的距離及本機縱軸零航向，轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)可為其他飛行器提供距離應(yīng)答信號，“測量-轉(zhuǎn)發(fā)”狀態(tài)則實現(xiàn)測距和轉(zhuǎn)發(fā)兩種功能。

在飛行器間導(dǎo)航狀態(tài)下，距離測量也是根據(jù)“詢問-應(yīng)答”原理來實現(xiàn)的。A-003 測量部件產(chǎn)生重復(fù)頻率為60 Hz 的脈沖，該脈沖觸發(fā)A-002 發(fā)射機工作，并用3 脈沖代碼進(jìn)行詢問信號編碼，高頻脈沖詢問信號經(jīng)A-002 發(fā)射機和天線饋電系統(tǒng)輻射出去。A-010 接收機將所接收到的高頻信號進(jìn)行變換、譯碼、延遲及再變換后，沿應(yīng)答通道送入A-002 發(fā)射機。A-002 發(fā)射機采用2 脈沖對應(yīng)答信號進(jìn)行編碼，將應(yīng)答信號經(jīng)天線饋電系統(tǒng)輻射出去。應(yīng)答信號送到接收機輸入端，經(jīng)變換譯碼形成飛行器間導(dǎo)航測距回答脈沖。這些脈沖信號通過A-003部件，對時間間隔與詢問信號進(jìn)行運算，便可測量出兩飛行器間的距離。

零航向指本機的縱軸延長線方向。在飛行器間導(dǎo)航狀態(tài)下測定協(xié)同狀態(tài)飛行器的零航向，保證雙機在空中匯合和多機集合。每架飛行器都裝有方向性圖相同的左、右天線，兩天線在空中形成與飛行器縱軸相重合的等信號區(qū)。測定縱軸零航向時，機上右天線和左天線依次用天線轉(zhuǎn)換器接到A-010 接收機輸入端上，信號從接收機送到A-007部件，并將其轉(zhuǎn)換成與振幅差值成比例的直流電壓，通過航道羅盤的航向指針便可確定偏離零航向的角度大小。如果長機接收左、右天線信號強度不相等，則說明長機不在零航向。根據(jù)航向指針的指示可以判定偏左或偏右及偏離零航向角度的大小。飛行器上同樣設(shè)有前后兩天線，用于判定飛行器的前方還是后方，測定原理同零航向測定相同。圖2所示為近導(dǎo)系統(tǒng)在飛行器間導(dǎo)航狀態(tài)下測量兩機間距離的原理。

圖2 飛行器間導(dǎo)航狀態(tài)距離測量原理框圖

3 故障分析與定位

3.1 故障診斷分析

JDM 近導(dǎo)信標(biāo)模仿儀是檢查A 型機載近導(dǎo)設(shè)備各種性能指標(biāo)的專用儀器[4]。其在“導(dǎo)航”與“著陸”狀態(tài)工作時相當(dāng)于地面無線電信標(biāo)臺，在“測量”與“轉(zhuǎn)發(fā)”狀態(tài)工作時，可模擬編隊飛行中另一架飛行器的機載近導(dǎo)設(shè)備的全部功能[5]。

機載近導(dǎo)設(shè)備在“導(dǎo)航”狀態(tài)工作時，發(fā)射機A-002 發(fā)射高頻測距編碼信號，接收機A-001 接收地面信標(biāo)臺站信號，測量部件A-003 測量信標(biāo)臺方位和距信標(biāo)臺的斜距。上述三個組件中任一組件發(fā)生故障，均可導(dǎo)致信標(biāo)模仿儀檢測近導(dǎo)系統(tǒng)的“導(dǎo)航”狀態(tài)工作時航道羅盤不顯示方位與距離。具體故障組件可根據(jù)A-33 檢測臺的指示燈的顯示情況進(jìn)行定位。此外，如果A-001、A-002 的輻射功率過低或天線饋線系統(tǒng)故障，導(dǎo)致測距信號無法正常收發(fā)，也會造成航道羅盤無指示的故障。

由于機載近導(dǎo)設(shè)備在“著陸”狀態(tài)時的距離測量原理與導(dǎo)航狀態(tài)相同，且測量航向和下滑偏差時參與工作的組件也為A-001、A-002 及A-003，所以造成“著陸”狀態(tài)航道羅盤無顯示的可能原因有：發(fā)射機A-002 故障或功率下降，接收機A-001 故障或靈敏度下降，測量部件A-003 故障以及天線饋線系統(tǒng)線路故障。具體故障件的排除可根據(jù)A-33檢測臺和A-005 控制盒的指示情況進(jìn)行分析。

在“飛行器間導(dǎo)航”狀態(tài)時，無線電信號由組件A-002 和A-010 進(jìn)行發(fā)射和接收，由組件A-003測量兩機間的距離，而飛行器間導(dǎo)航部件A-007 專門測定飛行器間協(xié)同動作的零航向。上述組件故障或天線饋線系統(tǒng)線路故障，均可能造成機載近導(dǎo)設(shè)備連接近導(dǎo)信標(biāo)模仿儀時在“相互坐標(biāo)測定”（機上“飛行器間導(dǎo)航”）狀態(tài)下的工作異常。

另外，查閱該飛行器無線電導(dǎo)航電路圖冊得知，機上無線電靜默開關(guān)可以通過A-33 發(fā)出+27 V的“信號隱蔽”指令，其工作時發(fā)射機A-002 也將不能發(fā)射信號，導(dǎo)致JDM 近導(dǎo)模仿儀無法檢測機載近導(dǎo)設(shè)備在“導(dǎo)航”和“著陸”狀態(tài)的工作能力。

3.2 故障點定位與排除

綜合上述診斷分析，結(jié)合機載近導(dǎo)設(shè)備的外部交聯(lián)情況，可將產(chǎn)生此現(xiàn)象的故障點的最大可能性定位至AOC 天線饋線系統(tǒng)和發(fā)射機A-002。由此，在機上接通近導(dǎo)系統(tǒng)和天線饋線系統(tǒng)開關(guān)，按下天線饋線系統(tǒng)的檢查控制盒A-005 上的“燈檢”按鈕，檢查系統(tǒng)供電和6 個信號燈指示情況，發(fā)現(xiàn)信號盤上的1～7 號燈亮，信號燈良好；而后按下檢查控制盒上的“自檢”按鈕，信號盤4，5，6 號燈亮，其余信號燈滅。因飛行器天線饋線系統(tǒng)改裝后4，5，6 通道無輸入，自檢時燈亮是合理現(xiàn)象[6]，故天線饋線系統(tǒng)工作正常，排除該系統(tǒng)故障的可能性。拆下測距詢問發(fā)射機A-002，將插頭清洗后噴涂防氧化保護劑，待10 min 后將組件重新裝機，檢查機載近導(dǎo)設(shè)備工作性能時發(fā)現(xiàn)故障依舊。換裝另一套A-002 組件繼續(xù)測試近導(dǎo)系統(tǒng)的工作性能，系統(tǒng)上電后自檢良好，連接模仿儀時一切顯示正常。

進(jìn)一步測試故障件，將拆下的測距詢問發(fā)射機A-002分解后深度檢測，通過功率計測試發(fā)射功率，發(fā)現(xiàn)數(shù)值小于100 W，遠(yuǎn)小于性能數(shù)據(jù)規(guī)定的發(fā)射功率P（0.5～1.5 kW），因此故障定位至發(fā)射機內(nèi)高頻功放電子管G-41。更換該電子管后，通過產(chǎn)品測試儀檢測原測距詢問發(fā)射機A-002，各性能指標(biāo)均良好。至此，故障排除。

4 結(jié)語

作為飛行器航行駕駛綜合系統(tǒng)的重要組成部分，A 型機載近距導(dǎo)航系統(tǒng)自身包含的部件較多，外部又要與AOC 天線饋線電系統(tǒng)、A-31 導(dǎo)航計算機及A-72 航道羅盤儀表進(jìn)行通信，各狀態(tài)工作過程較為復(fù)雜。在使用和維護過程中遇到產(chǎn)品性能故障時，維修人員要認(rèn)真分析各組件的工作原理以及系統(tǒng)間的交聯(lián)情況，在此基礎(chǔ)上通過串換組件或測量電路等方法逐一排除故障。

建議在飛行器維修過程中進(jìn)行近距導(dǎo)航系統(tǒng)工作性能檢查時，一線操作者要嚴(yán)格遵守機載近導(dǎo)設(shè)備技術(shù)使用手冊的規(guī)定，在高溫、高濕環(huán)境下通電時做好通風(fēng)、除潮工作，避免通電時間過長；定期檢修需要更換組件時，要遵守靜電保護規(guī)則；同時還要注意JDM 近導(dǎo)模仿儀操作說明的條款，避免因設(shè)備使用不當(dāng)而造成飛行器故障。