飞机微波信号在航姿系统上显示误差问题分析

飞机微波信号在航姿系统上显示误差问题分析

赵博瑞

中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西西安 710089

[内容摘要]针对通电试验中出现的微波着陆系统输出偏差信号在航姿系统上存在显示误差的问题，分析误差产生原因，制订误差修正措施，设计微波偏差信号输出模拟系统，最终验证并实施排故方案解决该问题，消除了偏差信号显示误差引起的着陆过程安全隐患。

关键词 微波信号；航姿；偏差电压；偏差杆

0. 引言

微波着陆系统方位偏差和下滑偏差在航姿系统的航向位置指示器和姿态引导指示器上显示存在误差，会给飞机着陆带来风险，造成飞行安全隐患。据统计，飞机的飞行事故大约有一半是发生在着陆阶段的。因此应对飞机着陆系统给予极大的重视。

飞机的微波着陆系统与航姿系统交联，通过航姿系统的航向位置指示器和姿态引导指示器为飞行员提供方位偏差和下滑偏差指示。在通电试验中出现微波着陆系统输出偏差信号在航姿系统上存在显示误差的问题，为保证飞行安全，对此问题必须予以彻底解决。

0. 微波信号在航姿系统上存在显示误差问题的现象

在飞机进行无线电微波着陆系统和航姿系统交联通电检查时，使微波着陆系统正常工作，用微波模拟器向微波着陆设备提供微波偏差信号，航姿系统的航向位置指示器和姿态引导指示器中显示的方位偏差杆和下滑偏差杆无法准确指向对应的偏差刻度点上。

0. 1. 显示误差问题复现操作

操作微波着陆检查仪模拟微波地面台，给微波着陆设备提供相对于预定飞行航向姿态的微波偏差的数据：调整微波着陆检查仪的摆动速率和输出强度为最大值，初始方位设置为零度，方位显示设置为中心位置，将检查仪置于距微波着陆天线前方9米范围内，排除遮挡物，检查仪喇叭口正对微波着陆天线，防止信号干扰。调整微波着陆设备参数，接收微波着陆检查仪输出的微波偏差数据：选择导航方式为进场方式，设置微波着陆为最终进场定位设备，设置微波着陆设备波道为500。校准航姿系统、航向位置指示器及姿态引导指示器：操作航向位置指示器和姿态引导指示器进行航姿对准，使姿态引导指示器姿态锁定在0°，航向位置指示器航向锁定在90°，将捷联航姿组件进行从左至右转动，俯仰倾斜运动，检查指示器极性，保证指示器偏差杆左到右，下到上移动。检查航向位置指示器及姿态引导指示器偏差杆：操作微波着陆检查仪，调节微波偏差旋钮，观察航向位置指示器和姿态引导指示器，正确的现象应为偏差旋钮调节至满偏档中偏档和零档时，指示器上偏差线能准确指向满偏点中偏点和零点位置，但是进行机上检查时发现此时航向偏差杆和下滑偏差杆无法准确指向对应的偏差刻度点。

0. 2. 显示误差问题具体现象

调节微波着陆检查仪微波偏差旋钮，观察航向位置指示器和姿态引导指示器上的偏差杆，分析检查仪旋钮位置变化对应指示器上的偏差杆的变化趋势。微波偏差旋钮分为七档，各档位与偏差杆的随动关系如表1所示

表 1 机上微波着陆检查仪输出信号和偏差杆压点情况对应关系

由微波着陆检查仪输出信号和偏差杆压点对应关系可以看出，微波偏差旋钮调节到满偏档和零档时，指示器上偏差杆能准确指向对应的偏差点，但是偏差旋钮调节到中偏位置时，偏差杆存在显示误差。

0. 微波信号在航姿系统上显示的原理及产生显示误差的原因分析

   1. 微波信号在航姿系统上显示的原理

微波与航姿交联网络由微波信号激励系统、微波信号处理系统及微波信号显示系统组成，各系统组成及功能如下。（1）微波信号激励系统：微波信号激励系统由微波着陆检查仪组成，用于产生微波偏差信号，该信息由信息变换器转换为低频电信号，然后在调制器内使高频振荡器产生的载波电流的电参量随低频电信号的变化而变化，经过调制的已调高频电流加在喇叭口发射器上，在发射器周围激励出同一频率的交变电磁场，并不断向空间扩散，形成了无线电波。（2）微波信号处理系统：微波信号处理系统由微波着陆天线、微波着陆设备、信号转换盒、模拟信号线路组成。微波着陆天线接收到微波信号激励系统产生的无线电波，在天线上产生感应电动势，从而产生与微波信号激励系统发射的无线电波参量相一致的微弱的高频交流电流，该高频电流经微波着陆设备放大、解调后恢复成低频电信号，再由微波着陆设备解算方位/下滑偏差和方位/下滑告警数据并转化为模拟信号，通过模拟信号线路传输到航姿系统的信号转换盒，由信号转换盒将模拟信号转换为数字信号。（3）微波信号显示系统：微波信号显示系统由HB6096总线、航向位置指示器和姿态引导指示器组成。信号转换盒输出的数字信号通过HB6096总线向航向位置指示器和姿态引导指示器发送，通过指示器的计算机进行计算，实时生成相应的图形画面并在指示器的液晶显示屏上进行显示。

0. 2. 系统存在显示误差的原因排查

2.2.1总体分析

微波偏差信号在航姿系统上显示，是由微波着陆检查仪产生并发射无线电高频信号，微波着陆设备接收高频信号调制解算成模拟信号，再传输到信号转换盒转换为数字信号，最后通过HB6096总线发送到航向位置指示器和姿态引导指示器进行计算后生成实时图像,在此过程中，可能导致指示器出现显示误差的因素很多，但是可以总结为以下三种。（1）微波和航姿系统交联通电检查电磁环境复杂，微波着陆设备收发天线被工装包围，可能导致检查仪输出的无线电波信号受电磁干扰和环境干涉，造成微波着陆设备接收到的往返脉冲之间的时间差出错，经计算得到的方位和下滑偏差出现误差。为避免无线电波受到电磁干扰和环境干涉等因素造成偏差误差，用带有屏蔽层的射频电缆连接微波着陆设备测试插头和微波着陆检查仪射频输出插座，用射频电缆代替无线电波进行通电检查，显示误差依然存在。（2）由于微波着陆系统采取信标应答的工作方式，所以受到主要电磁干扰问题是线路传导过程中的干扰，在毫伏级的线路中，一个小的外部干扰就可能引起线路电压误差，而电缆导线中的瞬态也可能造成偏差测量结果不精确。针对此类因素，解决办法在于应用电缆屏蔽接地技术。为了将线路内部干扰、辐射传导干扰和对外界场的敏感性减至最小，机上微波着陆设备、信号转换盒及指示器的信号交联电缆都有屏蔽接地措施，方位偏差高电平、方位偏差地，下滑偏差高电平、下滑偏差地及指示器接收高、低电平线路都以双绞屏蔽的方式接地。对上述导线线芯至屏蔽层的绝缘性和屏蔽层至机体的导通性进行检查，均符合屏蔽接地要求。（3）微波着陆检查仪、微波着陆设备、信号转换盒、航向位置指示器、姿态引导指示器在产生信号、解算信号、转换信号、生成图像的过程中出现错误。

针对此类因素进行机上排查，由于微波偏差信号是通过航姿系统的信号转换盒转换到指示器上显示的，所以要排查相关系统产生信号和处理信号过程中的问题，需要先检查微波系统发送信号和航姿系统接收信号是否正确。对微波着陆设备输出的偏差电压进行测量，微波航姿系统线路馈电图如图1所示。

图1 微波航姿系统线路馈电图

用微波着陆检查仪给微波着陆设备提供微波偏差信号，断开信号转换盒电缆插头，将电源分析仪正线接入电缆插头9孔，地线接入10孔，检查微波着陆设备向信号转换盒发送的方位偏差电压，然后将电源分析仪正线接入电缆插头12孔，地线接入11孔，检查微波着陆设备向信号转换盒发送的下滑偏差电压，可以得到机上微波输出电压和偏差杆压点情况的对应关系见表2。

表 2 机上微波着陆设备输出电压和偏差杆压点情况的对应关系

分析表3中机上微波着陆设备输出电压和偏差杆压点情况的对应关系，可以看出，当微波着陆检查仪的微波偏差旋钮调到中偏位置，航向位置指示器和姿态引导指示器的方位偏差杆和下滑偏差杆只能靠近偏差点，不能精确压点。所以产生显示误差的因素为分以下两种：其一是：微波着陆设备输出的偏差电压符合要求，航姿系统处理偏差电压时产生显示误差；其二是：航姿系统能正确处理偏差电压并使偏差杆准确压点，显示误差由微波着陆设备输出的偏差电压错误导致。

2.2.2详细分析

针对以上两种因素进行以下排查，确定产生显示误差的原因。（1）将机上信号转换盒、航向位置指示器和姿态引导指示器进行校验检查，技术参数和特性符合标准，但是由于机上设备运行环境复杂，不能排除成品受外界电磁干扰导致处理偏差电压时产生误差的可能，故先对输出的偏差电压进行检查，若微波着陆设备输出的偏差电压正确，则产生显示误差的原因可以定位为航姿系统处理偏差电压不正确导致的。（2）在实验室的成品联试环境下复现机上线路，然后用测试件测量航向位置指示器、姿态引导指示器上的偏差杆准确压点时信号转换盒接收到的偏差电压：采用调节注入电压的方法使指示器偏差杆准确压点，从而得到正确的压点电压，由于信号转换盒通过同一个接插件的线路接收偏差电压及向指示器输出数字信号，若要从信号转换盒的接插件处注入电压，需要接入转接电缆才能实现偏差电压的注入和数字信号输出同步进行，而机上微波和航姿系统线路存在交联关系，选择从微波着陆设备接插件处注入电压，即易于实现，又与偏差电压的真实注入线路吻合，避免接入转接电缆影响毫伏级注入电压的精度。

断开微波着陆设备电缆插头，将电源分析仪输出端正线接入电缆插头1孔，输出端地线接入2孔，在7孔方位有效线路、8孔下滑有效线路注入27V电压，使航向位置指示器和姿态引导指示器中显示方位、下滑偏差杆和偏差点，接线完成后调节电源分析仪输出电压，观察指示器方位偏差杆压点情况，记录压点时电源分析仪的输出电压。然后将电源分析仪输出端正线接入电缆插头5孔，输出端地线接入4孔，在7孔方位有效线路、8孔下滑有效线路注入27V电压，接线完成后调节电源分析仪输出电压，观察指示器下滑偏差杆压点情况，记录压点时电源分析仪的输出电压。由偏差杆准确压点时电源分析仪向信号转换盒发送的偏差电压可以看出，方位、下滑偏差杆在中偏位置时，信号转换盒接收到的偏差电压为±75mv，但是微波着陆检查仪调节到中偏二档和中偏一档时，微波着陆设备都无法向信号转换盒输出±75mv偏差电压，导致指示器偏差杆无法指向中偏点上。产生显示误差的原因是微波着陆设备输出的偏差电压错误导致的，将机上微波着陆设备进行校验检查，技术参数和特性符合要求，排除微波着陆设备故障。综上所述，微波着陆检查仪无法产生对应的微波偏差信号，所以无法使航向位置指示器和姿态引导指示器偏差杆指向中偏偏差点上。

0. 消除显示误差的改进方案

要避免航向位置指示器和姿态引导指示器偏差杆在中偏点压点时出现显示误差，就必须给信号转换盒输出精确的±75mv偏差电压。将微波航姿系统通电检查分为极性检查和压点检查两部分进行。（1）用微波着陆检查仪向微波着陆设备输出上、下、左、右满偏信号和零位信号，检查航向位置指示器和姿态引导指示器偏差杆运动极性和压点位置正确性。（2）用稳压电源向微波着陆设备输出上、下、左、右中偏信号，检查航向位置指示器和姿态引导指示器偏差杆压点位置正确性：设计偏差电压注入转接电缆，连接到稳压电源和微波着陆设备的偏差电压输出插头之间，为了避免转接电缆受到通电环境的电磁干扰和导线中的瞬态造成偏差测量结果不精确，偏差信号导线采用双绞屏蔽线，并将屏蔽层在插头端头处用焊锡环压接屏蔽线引入到插头孔内，保证插头对接后转接电缆的屏蔽层和机上电缆屏蔽层不间断连接。

按上述方案进行微波航姿系统通电检查，先检查满偏信号和零位信号时航向位置指示器和姿态引导指示器偏差杆运动极性和压点位置。然后断开微波着陆接收机插头，将插头用转接电缆连接到稳压电源上。用稳压电源给信号转换盒注入+27V的方位、下滑有效信号，使指示器显示偏差杆和偏差点，将±75MV偏差电压注入信号转换盒，检查中偏信号时航向位置指示器和姿态引导指示器偏差杆压点位置，上述通电检查极性和压点情况都符合要求。综上所述，按此方法进行微波航姿系统交联通电检查能消除航向位置指示器和姿态引导指示器偏差杆显示误差。

0. 结束语

通过对微波信号在航姿系统上显示存在误差问题的分析，拟定改进方法，并在机上验证，最终提出解决方案，解决了因微波着陆检查仪无法产生对应的偏差信号，导致航向位置指示器和姿态引导指示器偏差杆不能准确指向中偏偏差点上的问题，提高飞机着陆安全性，避免因微波偏差信号存在显示误差引发的安全隐患。

参考文献

[1]喻显荣，李玉兰 . 航空和航天系统的电磁干扰控制[M].北京：宇航出版社，1989.

1 / 1