一起電子戰(zhàn)啟動(dòng)自檢時(shí)偶報(bào)“右紫外接收機(jī)故障”的排除

葉青

摘要：紫外接收機(jī)探測(cè)導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)羽煙中的紫外輻射信號(hào)，信號(hào)經(jīng)處理后實(shí)現(xiàn)對(duì)來襲導(dǎo)彈的威脅告警。通過本例故障的排除，確認(rèn)了紫外接收機(jī)RS422信號(hào)（MAX3488EESA芯片）對(duì)紫外接收機(jī)和控制器通信的影響，確定了MAX3488EESA芯片功能下降的缺陷，為排除飛機(jī)上電子戰(zhàn)系統(tǒng)故障提供一種手段。

關(guān)鍵詞：紫外接收機(jī)；故障；通信；自檢

Keywords：ultraviolet receiver；fault；communication；self-check

某型飛機(jī)在接收時(shí)進(jìn)行電子戰(zhàn)系統(tǒng)通電啟動(dòng)自檢，偶報(bào)“右紫外接收機(jī)故障”，故障代碼為1400。

1 系統(tǒng)原理

紫外接收機(jī)的作用是探測(cè)導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)羽煙中的紫外輻射信號(hào)，在經(jīng)過信號(hào)處理后可實(shí)現(xiàn)對(duì)來襲導(dǎo)彈的威脅告警。

如圖1所示，紫外接收機(jī)通過RS422接口向控制器傳輸告警信號(hào)，控制器將兩路告警信號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和畸變校正后形成告警信息，再通過1553B電子戰(zhàn)總線將其上報(bào)電子戰(zhàn)系統(tǒng)。告警方位信息由電子戰(zhàn)系統(tǒng)送至顯示控制管理分系統(tǒng)綜合顯控器上顯示。

1.1 紫外探測(cè)單元

紫外探測(cè)單元由紫外廣角光學(xué)物鏡、紫外濾光片、高壓電源、低噪聲紫外圖像像增強(qiáng)管、CCD組件等幾部分組成。采用高分辨率成像體制，探測(cè)日盲紫外光譜區(qū)的輻射，其組成如圖2所示。

為了提高系統(tǒng)的接收靈敏度，鏡頭應(yīng)具有大的相對(duì)孔徑，紫外物鏡采用石英等材料及遠(yuǎn)心光路設(shè)計(jì)。

紫外濾光片抑制系統(tǒng)通帶外其他波長(zhǎng)光成分，確保整機(jī)工作于日盲區(qū)。

低噪聲紫外圖像像增強(qiáng)管實(shí)現(xiàn)紫外光子圖像的增強(qiáng)以及圖像的轉(zhuǎn)換，具有較高的內(nèi)增益，對(duì)紫外輻射有很高的靈敏度。低噪聲紫外圖像像增強(qiáng)管可獲得信號(hào)的二維分布，實(shí)現(xiàn)成像方式的紫外探測(cè)，具有高分辨率、高靈敏度優(yōu)點(diǎn)。

中繼光學(xué)部件將低噪聲紫外圖像像增強(qiáng)管輸出耦合到CCD的靶面上，采用光錐耦合，體積小、效率高。

CCD組件完成光信息到電信息的轉(zhuǎn)換功能。驅(qū)動(dòng)器用一定頻率的時(shí)鐘脈沖對(duì)CCD進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在CCD的輸出端獲得二維空間圖像的信號(hào)。預(yù)處理對(duì)CCD輸出信號(hào)進(jìn)行放大處理后，由A/D轉(zhuǎn)換輸出8bit數(shù)字量化信號(hào)，256灰度等級(jí)信號(hào)，輸出信號(hào)中的每一離散電壓信號(hào)的大小對(duì)應(yīng)著該光敏面所接收光強(qiáng)的強(qiáng)弱，而信號(hào)輸出的時(shí)序則對(duì)應(yīng)CCD光敏元位置的順序。以幀頻10fps、像素256×256計(jì)算，CCD組件數(shù)字信號(hào)輸出速率為640Kb/s。CCD組件輸出信號(hào)為數(shù)字視頻輸出信號(hào)。CCD組件工作及預(yù)處理如圖3所示。

高壓電源為低噪聲紫外圖像像增強(qiáng)管提供工作電源，要求高穩(wěn)定度、低紋波。為了減小系統(tǒng)的體積、重量，增強(qiáng)可靠性，高壓電源采用模塊化結(jié)構(gòu)，緊貼低噪聲紫外圖像像增強(qiáng)管安裝。

1.2 信號(hào)處理單元

信號(hào)處理單元的主要功能是處理來自紫外探測(cè)單元的數(shù)字圖像信息，利用導(dǎo)彈逼近特征算法在復(fù)雜的背景圖像中識(shí)別來襲導(dǎo)彈，并向載機(jī)提供告警信息。

信號(hào)處理單元信號(hào)處理板以數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）芯片為核心，DSP芯片的作用是實(shí)現(xiàn)圖像處理算法。CCD圖像數(shù)據(jù)通過CPLD傳入DSP，數(shù)據(jù)處理量為640Kb/s。CPLD芯片作為圖像數(shù)據(jù)的緩沖，從圖像接口接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)，再把圖像數(shù)據(jù)傳輸給DSP芯片。單片機(jī)MSP430芯片從422串口接收航姿信號(hào)，經(jīng)過處理后再輸出給DSP芯片。DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從雜波背景中檢出可能目標(biāo)，并作進(jìn)一步分析處理，保證在探測(cè)概率一定的前提下虛警率最小。DSP芯片通過圖像處理算法計(jì)算后，如果發(fā)現(xiàn)有導(dǎo)彈威脅，首先送給單片機(jī)MSP430芯片，再由單片機(jī)MSP430芯片通過422串口傳送給控制器，控制器通過航電總線將告警信息上報(bào)，綜合顯控器進(jìn)行告警信息的顯示。信號(hào)處理單元組成框圖如圖4所示。

2 故障分析

2.1 問題定位

對(duì)上述故障進(jìn)行分析，列出如圖5所示的故障樹。根據(jù)故障樹可知“右紫外接收機(jī)故障”可能的原因是：機(jī)上線路故障、右紫外接收機(jī)故障、控制器故障、任務(wù)機(jī)故障等。

按照先易后難的方法，先串裝右紫外接收機(jī)，多次通電故障未復(fù)現(xiàn)，初步定位是右紫外接收機(jī)故障。

右紫外接收機(jī)返回航電部檢查，產(chǎn)品無故障?？刂破鞣祷睾诫姴颗c右紫外接收機(jī)進(jìn)行聯(lián)試，故障不復(fù)現(xiàn)。對(duì)這兩件產(chǎn)品進(jìn)行航電系統(tǒng)聯(lián)試，故障仍未復(fù)現(xiàn)。

2.2 機(jī)理分析

按下自檢按鍵后，控制器內(nèi)部產(chǎn)生的自檢信號(hào)通過紫外處理板上D7（DS9638J/883Q雙差分驅(qū)動(dòng)器）發(fā)送422信號(hào)到紫外接收機(jī)內(nèi)部信號(hào)處理板上U6（MAX3488EESA RS485/422收發(fā)器），U6接收信號(hào)后送入U(xiǎn)5（MSP-430F1491PM）進(jìn)行處理，自檢信號(hào)在紫外接收機(jī)中處理后再?gòu)腢5傳入U(xiǎn)6，發(fā)送422信號(hào)到控制器紫外處理板，紫外處理板上D6（DS9637AMJ/883Q雙差分接收器）接收到信號(hào)對(duì)之進(jìn)行處理，確認(rèn)信號(hào)正確后向電子戰(zhàn)上報(bào)右紫外機(jī)自檢正常。左紫外接收機(jī)自檢情況相同。自檢原理如圖6所示。

3 故障定位

從故障現(xiàn)象看，該故障應(yīng)該是右紫外接收機(jī)和控制器之間的自檢通信出現(xiàn)了問題。為了判斷故障是右紫外接收機(jī)還是控制器，從控制器和右紫外接收機(jī)連接電纜測(cè)試兩個(gè)產(chǎn)品的通信信號(hào)。查看電路圖，發(fā)現(xiàn)X1/G為紫外接收機(jī)發(fā)送信號(hào)的正，X1/H為紫外接收機(jī)發(fā)送信號(hào)的負(fù)；X1/K為紫外接收機(jī)接收信號(hào)的正，X1/L為紫外接收機(jī)接收信號(hào)的負(fù)。

用示波器的正端接X1/G，負(fù)端接X1/H，測(cè)試結(jié)果見圖7。另選一件正常機(jī)的紫外接收機(jī)和控制器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖8。用示波器的正端接X1/K，負(fù)端接X1/L，測(cè)試結(jié)果見圖9。另選一件正常機(jī)的紫外接收機(jī)和控制器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖10。

從圖7看出，故障機(jī)紫外接收機(jī)發(fā)送給控制器的RS422信號(hào)正邏輯電壓為2.3V左右，負(fù)邏輯電壓為-0.4V左右。從圖8看出，正常機(jī)紫外接收機(jī)發(fā)送給控制器的RS422信號(hào)正邏輯電壓為2.1V左右，負(fù)邏輯電壓為-1.8V左右。

從圖9看出，故障機(jī)控制器發(fā)送給紫外接收機(jī)的RS422信號(hào)正邏輯電壓為2.9V左右，負(fù)邏輯電壓為-3.0V左右。從圖10看出，正常機(jī)控制器發(fā)送給紫外接收機(jī)的RS422信號(hào)正邏輯電壓為3.0V左右，負(fù)邏輯電壓為-3.1V左右。

故障機(jī)紫外接收機(jī)輸出的RS422信號(hào)-0.4V明顯小于正常機(jī)的-1.8V。由此得出是紫外接收機(jī)故障。

紫外接收機(jī)的RS422信號(hào)由MAX3488EESA輸出。紫外接收機(jī)通信芯片在選型時(shí)采用MAX3488EESA（發(fā)送、接收雙向），控制器通信芯片采用DS9638J/883Q（發(fā)送）和DS9637AMJ/883Q（接收）。

RS422協(xié)議規(guī)定在A（正邏輯）、B（負(fù)邏輯）之間發(fā)送電壓為正電平+（2.0～6）V，負(fù)電平-（2.0～6）V。

MAX3488EESA標(biāo)準(zhǔn)輸出偏小，差分輸入、輸出信號(hào)最小為±（2.0±0.2）V，DS9637AMJ/883Q、DS9638J/883Q差分輸入、輸出信號(hào)最低為±（2.5±0.5）V，兩者存在不匹配。

RS422協(xié)議規(guī)定接收信號(hào)大于0.2V為正邏輯，小于-0.2V為負(fù)邏輯，所以MAX3488EESA標(biāo)準(zhǔn)輸出偏小的信號(hào)，只要不低于±0.2V，就不影響通信。

隨著使用時(shí)間變長(zhǎng)，芯片性能下降，MAX3488EESA輸出變小（該件降到了-0.4V），DS9637AMJ/883Q接收能力變差，通信出現(xiàn)問題，因此報(bào)自檢故障。本次機(jī)上報(bào)偶發(fā)故障，返回內(nèi)場(chǎng)故障不復(fù)現(xiàn)，是因?yàn)镸AX3488EESA芯片輸出已降低到-0.4V，處于DS9637AMJ/883Q芯片接收范圍的邊緣值，在內(nèi)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備上能夠通信，但是在機(jī)上受外界干擾和機(jī)上電纜（比內(nèi)場(chǎng)測(cè)試電纜長(zhǎng)）衰減影響，導(dǎo)致報(bào)偶發(fā)故障。

4 總結(jié)及改進(jìn)措施

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，多架次飛機(jī)報(bào)“左紫外接收機(jī)故障”“右紫外接收機(jī)故障”，工廠和制造廠所也接到多件故障件、返修件，目前在手的紫外接收機(jī)輸出負(fù)邏輯電平有一件為-1.5V，一件為-1.3V，一件無輸出。

綜上，機(jī)上報(bào)“右紫外接收機(jī)故障”的主要原因是：MAX3488EESA或控制器內(nèi)DS9637AMJ/883Q芯片性能下降，通信功能變差，導(dǎo)致自檢時(shí)偶發(fā)故障。

就采取的措施：改裝紫外接收機(jī)與控制器連接電纜，引出測(cè)試通信信號(hào)端。用示波器檢查RS422信號(hào)波形，判斷輸出電壓是否符合標(biāo)準(zhǔn)，如果低于要求，則更換紫外接收機(jī)內(nèi)部MAX3488EESA。上述改進(jìn)措施目前已落實(shí)到工藝文件中。

參考文獻(xiàn)

[1] 許強(qiáng). 軍用紫外探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[2] 某型導(dǎo)彈逼近告警設(shè)備技術(shù)說明書[Z].