淺析機載DME測距設備距離無效故障

宇 峰，韓 冰，黃平安

（航空工業(yè)西飛，西安 710089）

1 問題描述

某飛機在進行試飛中空勤反映DME作用距離不達標。通過視頻回放，發(fā)現兩部DME均在360km～385km時出現距離數據無效現象；查看飛參數據，發(fā)現兩部DME在320km～385km時距離數據有不連續(xù)的現象。

2 問題排查

2.1 機理分析

DME測距采用應答式雙程脈沖測距原理，DME機載設備發(fā)射詢問脈沖，地面信標臺用做應答器，地面信標臺收到詢問后延遲t0再發(fā)射回答脈沖，機載設備測量詢問脈沖與收到回答脈沖的時間間隔，并把此差值轉變成距離讀數。

通過機上和試驗室試驗測試發(fā)現存在故障的兩部DME收發(fā)訊機在信噪比比合格DME收發(fā)訊機低，飛機在距離地面臺320km～385km時，信號電平小于-84dBm，當設備的信噪比低時，正常的測距信號受噪聲干擾，信號發(fā)生變形導致回答信號捕捉困難，進而影響距離工作不穩(wěn)定，出現距離不連續(xù)的現象。

2.2 影響作用距離的原因分析

DME系統(tǒng)工作于L波段，電波傳播特性為直線傳播，影響其作用距離的因素有：

（1）地面臺的發(fā)射功率、接收靈敏度。

（2）機上安裝不符合要求。

（3）機載設備發(fā)射功率、接收靈敏度、發(fā)射頻率準確度、天線性能、射頻電纜等因素。

（4）設備之間的個體差異會影響作用距離的穩(wěn)定性。

（5）空中電磁環(huán)境干擾。

2.3 設備技術狀態(tài)檢查

通過與其他合格的DME收發(fā)訊機和兩部故障DME收發(fā)訊機技術狀態(tài)對比。

（1）硬件版本V2.01和V2.00的差異：在低頻數據線增加防雷二極管和濾波連接器。

（2）在低頻數據線上增加防雷二極管和濾波連接器只是增加設備對外界極端環(huán)境下的抗干擾性不會影響設備的測距性能，可以排除DME收發(fā)訊機增加防雷和濾波器件帶來的影響。

2.4 地面臺影響因素核查

根據飛行任務和飛行數據分析，多架次飛行中使用閻良和咸陽地面臺，其作用距離均滿足技術指標要求，閻良和咸陽地面臺發(fā)射功率約為1000W（60dBm），在370km時信號衰減計算如下：

Lfs=32.44+20lg370（km）+20lg1000（MHz）=144dB

計算可得出在距離地面臺370km處信號強度大約為60dBm-144dB=-84dBm。所以從理論上分析，由于DME收發(fā)訊機靈敏度均不小于-90dBm，可以初步排除地面臺因素。

2.5 機上檢查與試驗

對存在問題的2部DME收發(fā)訊機安裝情況進行了檢查，用外場模擬器對相關功能進行了檢查。

檢查結果：經機上安裝檢查和試驗室對DME收發(fā)訊機發(fā)射功率、接收靈敏度、發(fā)射頻率準確度、天線性能、射頻電纜進行測試，未發(fā)現安裝問題和技術指標存在不合格情況。

2.6 試驗室測試

在試驗室使用內場模擬器對合格DME收發(fā)訊機和不合格的2部DME收發(fā)訊機按技術要求進行性能對比測試。

從測試結果可以看出，幾部DME設備在-75dBm電平時信號質量相差不大，在-90dBm電平時DME1、DME2的信噪比只能達到3:1，而DME3、DME4和合格DME信噪比均可達到5:1，DME3、DME4信噪比雖然達到5:1，但機器本身的噪音電平較合格DME噪音電平高。

當模擬器輸出信號電平小于-90dBm時，通過示波器觀測信息處理分機對70MHz中頻信號在采樣檢波后存在噪音信號的情況，經測量最大噪音信號半幅脈沖寬度達到1.2μs。而測距軟件為了提高抗干擾性能，在對接收信號處理過程中采取的窄脈沖抑制條件為1.0μs，抑制條件過窄導致軟件將噪音信號識別為正常信號，造成回答信號譯碼錯誤，導致距離出現跳變和丟失。

除此以外，目前軟件中AGC控制周期為10ms。在實際飛行過程中，由于飛機姿態(tài)變化、空間信號場強變化，設備接收到的信號幅度變化大，如果AGC控制周期過快會造成AGC頻繁抖動，影響接收信號幅度變化，最終影響距離測量。

針對出現的距離數據存在閃爍（無效）現象，在試驗室對收發(fā)訊機進行了進一步測試，發(fā)現設備數據閃爍（無效）時間約為0.3s，閃爍后顯示的距離數據正確。根據測距設備工作原理分析，造成距離數據無效有兩種因素：一是設備在正常工作中無法收發(fā)信號造成的距離解算失效，上傳距離數據為非計算數據；二是在數據上傳給RIU過程中ARINC429總線數據傳輸錯誤造成系統(tǒng)顯示非計算數據。

按照測距設備詳細設計要求，設備周期數據更新速率不超過50ms±5ms。RIU在對設備上傳周期數據接收過程中有超時處理，若設備未在150ms內上傳ARINC429周期數據，RIU會自動將其ARINC429數據中的狀態(tài)位置為非計算數據。因此造成設備距離數據閃爍（無效）的原因是由于故障件DME存在ARINC429周期數據丟包超過150ms的現象，不滿足測距設備詳細設計要求中對周期數據更新速率的要求。

對設備ARINC429總線數據發(fā)送邏輯進行排查，設備429數據收發(fā)由FPGA控制，其中DSP以50ms周期向FPGA寫入發(fā)送數據，FPGA收發(fā)邏輯在空閑狀態(tài)循環(huán)檢測DSP發(fā)送據標志以及429接收數據標志，當檢測到DSP發(fā)送數據標志或429接收數據標志后，轉入相應發(fā)送或接收操作，發(fā)送或接收結束返回空閑狀態(tài)。當FPGA收發(fā)邏輯返回空閑狀態(tài)時，發(fā)送數據標志已被DSP清除，導致需上傳的周期數據未發(fā)送。

2.7 空中電磁環(huán)境干擾

DME測距性能與空中電磁環(huán)境有關，當電磁環(huán)境惡劣時也會影響DME設備接收的信號，也會造成距離數據不穩(wěn)定的現象。

3 解決措施

3.1 空中距離數據跳變及丟數據解決措施

通過以上分析，后續(xù)對測距設備信號處理軟件進行優(yōu)化，軟件更改的措施有以下兩條：

（1）對窄脈沖抑制條件進行調整：更改窄脈沖抑制條件，對噪音信號進行抑制。

（2）優(yōu)化AGC控制：采用壓棧策略，更改AGC控制條件，減小AGC變化頻率，改善信號幅度跳變。

3.2 DME距離數據閃爍解決措施

4 結束語

通過以上分析，信噪比低是影響DME遠距離數據不穩(wěn)定的原因之一。軟件改進后經過試驗室測試驗證和試飛驗證，證明提高DME收發(fā)訊機信噪比理論上可以改善DME遠距離抗干擾性，進而提高遠距離數據的穩(wěn)定性。