教練機(jī)綜合CNI 系統(tǒng)儀表著陸引導(dǎo)功能噪音問(wèn)題排查

王順亮，周志，李曉樂(lè)，朱亞萍

(航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330024)

0 引言

配裝教練機(jī)的綜合CNI 系統(tǒng)在日常地面通電檢查過(guò)程中，耳機(jī)內(nèi)偶發(fā)出現(xiàn)“嘀、嘀”的異常音頻。在確認(rèn)飛機(jī)地面未使用無(wú)線電測(cè)試設(shè)備后，通過(guò)逐個(gè)調(diào)整機(jī)上各音頻通道音量，確定現(xiàn)象為系統(tǒng)中的儀表著陸功能模塊輸出干擾噪音，工作人員對(duì)此開(kāi)展了相關(guān)排查。

1 儀表著陸系統(tǒng)的基本工作原理[1]

儀表著陸系統(tǒng)是一款用于指引飛機(jī)沿預(yù)定下滑道下滑著陸的無(wú)線電系統(tǒng)。 它由地面航向臺(tái)、下滑臺(tái)組成（見(jiàn)圖1）。 其中航向臺(tái)裝置于順著著陸方向跑道中心延長(zhǎng)線上，它發(fā)射兩個(gè)沿跑道中心線的有一邊相互重疊的相同形狀的波束（見(jiàn)圖2）。 在跑道中心線的左側(cè)波束載頻是用90Hz 音頻調(diào)幅，右側(cè)的波束是用150Hz 音頻調(diào)幅。 在跑道中心線上，兩者調(diào)幅度差值為零，隨著偏離中心線的角度的增加，調(diào)幅度差值逐漸增大。 下滑臺(tái)的工作機(jī)理與航向臺(tái)類似。

圖1 儀表著陸系統(tǒng)地面臺(tái)示意

圖2 儀表著陸系統(tǒng)航向地面臺(tái)波束覆蓋示意

飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)時(shí)，儀表著陸系統(tǒng)接收到地面臺(tái)發(fā)射的信號(hào)， 從中檢出90Hz 和150Hz 音頻分量進(jìn)行比較，輸出偏差信息。

為了區(qū)分臺(tái)站，用1020Hz 的音頻調(diào)制到航向地面臺(tái)發(fā)射的載頻上，形成導(dǎo)航識(shí)別信號(hào)，由航向接收機(jī)在接收到航向信號(hào)的同時(shí)，輸出一個(gè)導(dǎo)航識(shí)別信號(hào)給音響設(shè)備。

2 故障定位

2.1 干擾源排查

根據(jù)故障現(xiàn)象，開(kāi)展機(jī)上通電故障定位和排查工作。 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)問(wèn)題如下：

系統(tǒng)穩(wěn)定上電后，前、后艙耳機(jī)內(nèi)均偶發(fā)“嘀”聲，每次只出現(xiàn)一聲，間斷時(shí)間不定。 為確定故障現(xiàn)象的具體來(lái)源，列出故障樹(shù)（見(jiàn)圖3）進(jìn)行排查。

圖3 異常“嘀”音故障樹(shù)

按照故障樹(shù)，在系統(tǒng)CNI 顯控盒上分別調(diào)整超短波A、超短波B、無(wú)線電羅盤(pán)、告警、信標(biāo)、機(jī)內(nèi)通話、塔康、地勤、著陸音量大小，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，僅在將著陸通道音量徹底關(guān)死后，耳機(jī)內(nèi)的“嘀”聲不再?gòu)?fù)現(xiàn)，從而確定故障來(lái)源于著陸引導(dǎo)系統(tǒng)。由于該型飛機(jī)上的著陸通道音量是由微波著陸引導(dǎo)系統(tǒng)和儀表著陸引導(dǎo)系統(tǒng)共用通道，因此在機(jī)上現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展進(jìn)一步的故障定位。

分別將綜合CNI 系統(tǒng)的微波著陸模塊和多模導(dǎo)航模塊從機(jī)架上抽出，進(jìn)行故障現(xiàn)象監(jiān)控發(fā)現(xiàn)：只有將多模導(dǎo)航模塊從機(jī)架上抽出后，耳機(jī)中偶發(fā)的“嘀、嘀”聲才消失。 故判斷為多模導(dǎo)航模塊中的儀表著陸系統(tǒng)功能輸出異常的“嘀、嘀”聲。 將連接儀表著陸系統(tǒng)天線的射頻電纜從設(shè)備端斷開(kāi)， 發(fā)現(xiàn)故障聲音消失，判定系統(tǒng)通過(guò)天線接收到外界的電磁干擾。

2.2 外界環(huán)境監(jiān)測(cè)

根據(jù)系統(tǒng)工作原理，儀表著陸系統(tǒng)在輸出導(dǎo)航音頻時(shí)，必須要接收到工作波道頻點(diǎn)上的載波信號(hào)。 因此，若儀表著陸系統(tǒng)輸出“嘀、嘀”音，則系統(tǒng)模塊首先需從天線端采集到108~112MHz 頻段范圍內(nèi)的載波信號(hào)。

在出現(xiàn)“嘀、嘀”音較頻繁的早上，將機(jī)上連接模塊與天線之間的射頻電纜斷開(kāi)。使用頻譜儀連接機(jī)上天線，同步監(jiān)控頻譜儀上100~120MHz 范圍內(nèi)的外界和機(jī)上信號(hào)情況和耳機(jī)內(nèi)的聲音。經(jīng)過(guò)多次長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，斷開(kāi)模塊與天線的連接后，耳機(jī)內(nèi)“嘀、嘀”聲徹底消失，同時(shí)在頻譜儀上發(fā)現(xiàn)102~106MHz 頻段附近存在較強(qiáng)的信號(hào)（如圖4），整體底噪均存在一定程度的惡化。

圖4 100MHz 到120MHz 范圍內(nèi)的頻譜

2.3 故障的試驗(yàn)室復(fù)現(xiàn)和機(jī)理分析

使用試驗(yàn)室搭建儀表著陸系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境，再在數(shù)據(jù)輸出端和天線端分別接入數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備和頻譜儀，在故障現(xiàn)象頻發(fā)的早上，進(jìn)行干擾模擬復(fù)現(xiàn)。 經(jīng)過(guò)拷機(jī)測(cè)試，試驗(yàn)臺(tái)耳機(jī)內(nèi)同樣出現(xiàn)“嘀、嘀”聲，故障現(xiàn)象在試驗(yàn)室得到復(fù)現(xiàn)。

1） 誤報(bào)“嘀、嘀”莫爾斯碼的機(jī)理分析

監(jiān)控耳機(jī)“嘀、嘀”聲時(shí)的儀表著陸系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖5），發(fā)現(xiàn)多模導(dǎo)航模塊向系統(tǒng)傳輸了一幀有效的航向偏差數(shù)據(jù)。

圖5 系統(tǒng)CAN 總線數(shù)據(jù)

上述現(xiàn)象符合儀表著陸引導(dǎo)軟件設(shè)計(jì)，即只有在航向數(shù)據(jù)有效時(shí)，莫爾斯碼才會(huì)識(shí)別并輸出。 進(jìn)一步對(duì)航向數(shù)據(jù)和射頻幅度進(jìn)行對(duì)比監(jiān)控，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)圖譜見(jiàn)圖6 及圖7。 圖6 為航向信號(hào)分別經(jīng)過(guò)低通濾波器輸出后的幅度值。 可以看出150Hz 分量在一段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)很大幅度起伏。 并且在圖7 標(biāo)記范圍內(nèi)，90Hz信號(hào)幅度以及150Hz 信號(hào)幅度之和超過(guò)調(diào)制度門限（射頻信號(hào)幅度×38%）。 如下所示：

圖6 90Hz、150Hz、射頻幅度

圖7 90Hz、150Hz、射頻幅度局部分析

A 點(diǎn)：3365×38%＜1276+162；

B 點(diǎn)：3531×38%＜1404+140；

C 點(diǎn)：3412×38%＜1358+128；

綜上可知，A 點(diǎn)到C 點(diǎn)這段范圍內(nèi)，90Hz 信號(hào)幅度以及150Hz 信號(hào)幅度之和超過(guò)調(diào)制度門限， 射頻航向信號(hào)判決有效，莫爾斯碼處理程序?qū)⒏蓴_誤判為有效莫爾斯碼信號(hào)并通過(guò)CAN 總線上傳系統(tǒng)，從而導(dǎo)致莫爾斯碼誤報(bào)。

3 故障解決措施與驗(yàn)證情況

航向信號(hào)有效通過(guò)如下判決條件共同決定：

1） 射頻幅度信號(hào)大于射頻幅度門限；

2） 90Hz 信號(hào)幅度與150Hz 信號(hào)幅度低于門限；

3） 90Hz 信號(hào)幅度以及150Hz 信號(hào)幅度之和超過(guò)調(diào)制度門限。

其中1）條，2）條都是根據(jù)航向信號(hào)靈敏度狀態(tài)下，航向信號(hào)有效的信號(hào)幅度來(lái)設(shè)定門限的。 通過(guò)測(cè)試，在航向信號(hào)靈敏度狀態(tài)下，所設(shè)置的門限只比靈敏度高6dB，設(shè)置的門限不會(huì)偏低。

3）條中的門限是根據(jù)航向信號(hào)的調(diào)制度確定的。根據(jù)民航附件10，航向信號(hào)的90Hz 信號(hào)以及150Hz信號(hào)調(diào)制度之和為40%，因此通過(guò)設(shè)置調(diào)制度門限可以有效抑制低頻干擾對(duì)數(shù)據(jù)有效性的影響。 綜合CNI 系統(tǒng)的儀表著陸功能由于采用射頻直采技術(shù)，其接收的信號(hào)強(qiáng)度未被衰減， 因此通過(guò)進(jìn)一步測(cè)試，當(dāng)前軟件中設(shè)置的38%的調(diào)制度門限偏低，將調(diào)制度門限調(diào)整到正常值，提升儀表著陸調(diào)制度門限后，經(jīng)試驗(yàn)室監(jiān)控驗(yàn)證和機(jī)上拷機(jī)測(cè)試，故障現(xiàn)象消失。

4 結(jié)語(yǔ)

受教練機(jī)機(jī)體體積限制，在新產(chǎn)品首次裝機(jī)地面測(cè)試過(guò)程中，由于天線收發(fā)引起的干擾問(wèn)題多有發(fā)生。 受機(jī)上復(fù)雜的電磁環(huán)境及惡劣的外界環(huán)境影響，無(wú)線電系統(tǒng)信號(hào)的偏離變化較大，從而造成系統(tǒng)工作異常。這類問(wèn)題通常難以復(fù)現(xiàn)，且不易故障定位，需引起關(guān)注，并在出現(xiàn)問(wèn)題后按故障樹(shù)逐步分解排查。