某型無(wú)人機(jī)衛(wèi)通天線組合校向故障分析及維修

陸志剛

石家莊海山實(shí)業(yè)發(fā)展總公司 河北 石家莊050208

0 引言

衛(wèi)星中繼超視距鏈路分系統(tǒng)是某型無(wú)人機(jī)測(cè)控與信息傳輸系統(tǒng)的重要組成部分，主要完成對(duì)無(wú)人機(jī)的遙控、遙測(cè)、偵察及任務(wù)載荷信息的超視距傳輸。衛(wèi)通地面數(shù)據(jù)終端和衛(wèi)通機(jī)載數(shù)據(jù)終端以通信衛(wèi)星作為中繼，進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，包括地-星-機(jī)前向鏈路和機(jī)-星-地返向鏈路。衛(wèi)通機(jī)載數(shù)據(jù)終端接收視距機(jī)載數(shù)據(jù)終端送來(lái)的返向鏈路數(shù)據(jù)，進(jìn)行加密后，送調(diào)制器進(jìn)行信道編碼、成型濾波、正交調(diào)制，輸出中頻調(diào)制信號(hào)，經(jīng)上變頻器變?yōu)榈腖波段中頻信號(hào)，由衛(wèi)通功放組合內(nèi)的BUG 模塊變頻為的Ku波段射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大，通過(guò)衛(wèi)星天線組合發(fā)向衛(wèi)星。衛(wèi)通天線無(wú)論是設(shè)計(jì)、制作還是材料的選擇，都應(yīng)予以高度重視。若衛(wèi)通天線發(fā)生故障，無(wú)法對(duì)準(zhǔn)使用衛(wèi)星，天線不能正常工作，換句話說(shuō)，將會(huì)使衛(wèi)通機(jī)載數(shù)據(jù)終端處于癱瘓狀態(tài)[2]。

1 故障現(xiàn)象

某型無(wú)人機(jī)在外場(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)地面聯(lián)試，地面控制站通過(guò)視距鏈路可對(duì)其發(fā)送控制指令，衛(wèi)通天線在校向跟蹤衛(wèi)星時(shí)，起初天線旋轉(zhuǎn)的方位、俯仰以及極化軸向驅(qū)動(dòng)正常，然而在初始對(duì)星過(guò)程中，天線俯仰角度突然增大，并且超過(guò)限位保護(hù)開(kāi)關(guān)的工作極限位置，致使驅(qū)動(dòng)裝置俯仰電機(jī)的輸出軸斷裂，天線轉(zhuǎn)動(dòng)失靈，不能繼續(xù)俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)，事實(shí)上，俯仰角度已經(jīng)超過(guò)命令指向角度，致使天線損壞不能正常工作。

2 組成及原理分析

衛(wèi)星中繼超視距鏈路分系統(tǒng)包括衛(wèi)通地面數(shù)據(jù)終端和衛(wèi)通機(jī)載數(shù)據(jù)終端兩部分。衛(wèi)通機(jī)載數(shù)據(jù)終端由衛(wèi)通天線組合、衛(wèi)通收發(fā)組合、衛(wèi)通功放組合和衛(wèi)通電源轉(zhuǎn)換盒等設(shè)備組成。其中，衛(wèi)通天線組合包括天線主副面、饋源、天線座架、伺服控制、Ku低噪聲放大器、單脈沖跟蹤接收機(jī)，其中伺服控制包含驅(qū)動(dòng)裝置、方位電機(jī)、俯仰電機(jī)、極化電機(jī)、陀螺、角度傳感器等。天線組合主要用于接收衛(wèi)星衛(wèi)通天線根據(jù)監(jiān)控指令、GPS信息及慣導(dǎo)信息進(jìn)行自動(dòng)對(duì)星及跟蹤等，主要能夠通過(guò)初始對(duì)星、自動(dòng)搜索、自動(dòng)跟蹤等流程，驅(qū)動(dòng)天線方位、俯仰、極化軸向自動(dòng)到位，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星，從而建立連接、可靠的衛(wèi)星通信鏈路。

3 故障原因分析

通過(guò)衛(wèi)通天線工作原理可知，天線在校向時(shí)，止動(dòng)失效，俯仰角度超限，導(dǎo)致天線工作不正常，考慮到可能受如下2種因素的制約：遙測(cè)信號(hào)接收異常導(dǎo)致天線故障、伺服控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)失效引起天線故障。

3.1 遙測(cè)信號(hào)接收異常的角度分析天線故障原因 跟蹤單元輸出的跟蹤電壓可以驗(yàn)證天線能否正常對(duì)星。假如跟蹤單元的輸入信號(hào)異常，那么天線監(jiān)控單元接收的電壓就會(huì)異常，從而引發(fā)誤判，是導(dǎo)致天線機(jī)械故障的誘因。所以，如果從天線接收前向鏈路射頻信號(hào)送低噪聲放大器放大，由下變頻器變?yōu)橹蓄l信號(hào)，對(duì)解擴(kuò)解調(diào)出的下行信號(hào)的每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行故障排除，表明校向故障與遙測(cè)信號(hào)接收無(wú)關(guān)，就可以針對(duì)另外一個(gè)因素排查。衛(wèi)通機(jī)載數(shù)據(jù)終端有監(jiān)控單元，將BIT 檢測(cè)結(jié)果通過(guò)遙測(cè)鏈路傳送到地面指控站，通過(guò)地面站將系統(tǒng)設(shè)置成閉環(huán)自檢的模式，模擬系統(tǒng)正常工作狀態(tài)，從下變頻器輸入頻譜，檢查接收信號(hào)頻譜和電平；同時(shí)在下變頻器輸出頻譜，檢查下變頻器頻率和中頻輸入電平，利用頻譜儀跟蹤輸入和輸出的電平值，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后輸入頻率、輸出頻率，符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。檢查結(jié)果表明，信號(hào)下行的過(guò)程中，從天線到跟蹤單元的每個(gè)環(huán)節(jié)，天線都可以正常工作。

3.2 伺服控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)失效角度分析天線故障的原因 既然遙測(cè)信號(hào)的接收正常，那么就應(yīng)檢查伺服控制系統(tǒng)，分析是否造成天線發(fā)生故障的原因。跟蹤單元輸出跟蹤電壓到天線控制單元，當(dāng)?shù)陀谔炀€正常跟蹤的設(shè)定值時(shí)，天線控制單元發(fā)出指令，并通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置控制方位、俯仰和極化的電機(jī)工作，促使天線尋找遙測(cè)信號(hào)。軸頭上的位置傳感器輸出測(cè)角信號(hào)，軸角編碼單元把測(cè)角信息反饋給天線控制單元，以使天線能夠安全運(yùn)行。在俯仰軸旋轉(zhuǎn)范圍的兩端，分別裝有由行程開(kāi)關(guān)和碰塊組成的限位裝置，當(dāng)天線轉(zhuǎn)至極限角度時(shí)，碰塊觸碰開(kāi)關(guān)，切斷電源，俯仰停止轉(zhuǎn)動(dòng)。初步判斷俯仰電機(jī)故障，為驗(yàn)證是否機(jī)械故障導(dǎo)致天線故障，重新更換俯仰電機(jī)，衛(wèi)通機(jī)載數(shù)據(jù)終端再次通電使天線校向?qū)π牵欢┭鲭姍C(jī)再次損壞。由此可判斷，排除了驅(qū)動(dòng)電機(jī)引起天線故障這一因素。

根據(jù)故障現(xiàn)象分析，確定驅(qū)動(dòng)裝置電路出現(xiàn)故障，只有當(dāng)電機(jī)接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)異常時(shí)才會(huì)引起俯仰電機(jī)失控，從而導(dǎo)致天線損壞。排故人員在地面利用三用表測(cè)量驅(qū)動(dòng)電路無(wú)信號(hào)輸出，電流指針跳動(dòng)，用手按壓與接線柱連接的導(dǎo)線時(shí)，輸出信號(hào)恢復(fù)正常，當(dāng)手松開(kāi)時(shí)設(shè)備無(wú)信號(hào)輸出，目視觀測(cè)管腳焊點(diǎn)存在焊錫過(guò)少的現(xiàn)象，用鑷子輕輕扳動(dòng)導(dǎo)線，導(dǎo)線從焊點(diǎn)處脫落，判斷存在虛焊現(xiàn)象。至此，判斷導(dǎo)致俯仰電機(jī)輸出軸斷裂是由于虛焊造成的，對(duì)發(fā)生脫焊的幾根導(dǎo)線重新焊接，并用放大鏡觀察焊點(diǎn)，確保符合焊接要求。機(jī)載鏈路數(shù)據(jù)終端再次通電，天線校向轉(zhuǎn)動(dòng)正常，上行、下行信號(hào)輸入/輸出正常。

4 結(jié)論及措施

通過(guò)對(duì)本次故障進(jìn)行分析和研究，從遙測(cè)信號(hào)接收異常、伺服控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)失效這兩個(gè)因素入手，研究故障機(jī)理，分析故障原因，最后故障定位，認(rèn)定是虛焊造成的電子電路故障。查詢(xún)相關(guān)數(shù)據(jù)及文獻(xiàn)資料表明近一半的電子電路故障是由于虛焊造成的，且虛焊不易察覺(jué)。針對(duì)虛焊產(chǎn)生的一系列原因，應(yīng)盡量提高焊接質(zhì)量，同時(shí)加強(qiáng)老化篩選試驗(yàn)，盡量將虛焊現(xiàn)象早期暴露或者排除。