一起飛機機間數(shù)據(jù)鏈空中斷網(wǎng)故障分析

張慧杰 寧國虎 李寧

摘要：機間數(shù)據(jù)鏈是通信導航系統(tǒng)中通信功能的重要組成部分。本文針對一起飛機機間數(shù)據(jù)鏈空中斷網(wǎng)故障現(xiàn)象進行了介紹，結合飛機機間數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的設計特點及工作原理，從理論上對該故障的產(chǎn)生展開機理分析，結合理論分析結果進行故障驗證，建立完整的排故流程，最終定位并排除故障，為今后飛機機間數(shù)據(jù)鏈的外場機務維護及內場產(chǎn)品維修工作提供一定的參考。

關鍵詞：機間數(shù)據(jù)鏈；通信導航系統(tǒng)；空中斷網(wǎng)；排故流程

Keywords： intra flight data link；communication navigation system；in-flight disconnection；troubleshooting process

0 引言

飛機上的機載電子設備工作環(huán)境復雜，容易發(fā)生故障。通信導航識別系統(tǒng)是集通信、導航、識別功能于一體的高度綜合化的航空電子系統(tǒng)，是飛機航電系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)通信功能由短波通信、超短波通信、聯(lián)合信息分發(fā)系統(tǒng)、機間數(shù)據(jù)鏈和衛(wèi)星通信五種通信方式組成。機間數(shù)據(jù)鏈具有以下優(yōu)點：

1）方向性好，空間分辨率高，跟蹤精度高；

2）地面雜波和多徑效應影響小，低空跟蹤性能好；

3）由于波束窄，空間傳輸衰減大，因此作用距離有限，被干擾和被截獲概率?。?/p>

4）具有穿透煙霧及灰塵的能力，與激光和紅外線相比，可以全天候工作。

機上航電系統(tǒng)的通信導航識別系統(tǒng)對提升飛機整體的綜合能力和全天候適應性能力意義重大。

1 機間數(shù)據(jù)鏈

機間數(shù)據(jù)鏈是一種新型航空專用數(shù)據(jù)鏈，是一個復雜的通信網(wǎng)絡系統(tǒng)，在編隊內飛機之間組成抗干擾低時延的局域網(wǎng)，以快速交換瞬間態(tài)勢、友機狀態(tài)及各項控制參數(shù)等信息，實現(xiàn)編隊內與編隊外信息的實時共享、同步及互相配合。機間數(shù)據(jù)鏈的功能包括話音通信、數(shù)據(jù)通信、樣本信號傳輸、時間同步、測距測角以及綜合管理等。其應用場景的簡單描述如圖1所示。

針對機間數(shù)據(jù)鏈空中斷網(wǎng)的故障現(xiàn)象，需要對機間數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的功能組成、工作流程、工作原理等進行詳細闡述。

1.1 機間數(shù)據(jù)鏈功能組成

與機間數(shù)據(jù)鏈功能相關的硬件資源有數(shù)據(jù)鏈的天線、嵌入機架內部的協(xié)議處理模塊、信號處理模塊、寬帶接收激勵模塊、激勵交換模塊、開關矩陣模塊等，其示意圖及與功能相關的模塊分別如圖2和表1所示。

1.2 機間數(shù)據(jù)鏈工作流程

機間數(shù)據(jù)鏈工作流程分為接收過程和發(fā)射過程。

接收過程的工作方式是數(shù)據(jù)鏈天線接收射頻信號變頻后，送至激勵模塊進行交換，再送至接收激勵模塊進行濾波、模數(shù)轉換、數(shù)字下變頻，送至信號處理模塊進行解調、譯碼，送至協(xié)議處理模塊進行協(xié)議處理，并將收到的格式化消息拆包后經(jīng)前端控制管理模塊送至處理機，話音則送至音響模塊處理，生成模擬音頻后再送至音響控制單元。協(xié)議處理模塊實時計算波束的指向，根據(jù)計算結果控制天線的指向和選擇天線，完成波束的實時跟蹤。

發(fā)射過程的工作方式是射頻前段控制管理模塊接收處理機需要發(fā)送的信息再送至協(xié)議處理模塊，音頻模塊接收音響控制單元的音頻信息進行編碼后再送至協(xié)議處理模塊。待發(fā)送時機到來時，協(xié)議模塊取出數(shù)據(jù)進行傳輸打包，送至信號處理模塊進行加密、編碼，將基帶信號送至接收激勵模塊，完成調制、數(shù)模轉換、變頻、濾波，送至激勵交換模塊進行信號合路和天線選擇，并送至相應的天線進行變頻、放大、發(fā)射。協(xié)議處理模塊實時計算波束的指向，根據(jù)計算結果控制天線指向和選擇天線，完成波束的實時跟蹤。

接收過程和發(fā)射過程組成完整的機間數(shù)據(jù)鏈工作流程。

1.3 機間數(shù)據(jù)鏈工作原理

機間數(shù)據(jù)鏈的功能是實現(xiàn)各空中飛機間的信息交流與互動及系統(tǒng)控制。交流與互動的信息內容多種多樣，依據(jù)飛機當時的飛行任務而確定。不同的飛行任務決定了其交互信息的內容、交互速率、更新頻率等，這些因素又對確定采取何種通信體制、信道編碼格式、抗干擾要求程度等具體技術方案起決定作用。機間數(shù)據(jù)鏈的功能原理圖如圖3所示。

結合圖2及圖3，可以清楚地看出機間數(shù)據(jù)鏈的工作原理，其信息來源由機載雷達、遠程攝像、語音、數(shù)據(jù)采集組成。當僅機間數(shù)據(jù)鏈功能不正常時，可首先排查該功能當前使用的資源，再結合圖2中機架內部模塊的工作原理，對機間數(shù)據(jù)鏈空中斷網(wǎng)故障的產(chǎn)生原因進行具體分析。

2 故障分析

2.1 故障現(xiàn)象

飛機在一次飛行任務中出現(xiàn)機間數(shù)據(jù)鏈空中斷網(wǎng)故障，后正常著陸，未對飛行任務造成影響。飛行員反饋飛機是在空中編隊飛行時出現(xiàn)該現(xiàn)象的，未報其他故障。

2.2 故障樹構建

以機間數(shù)據(jù)鏈空中斷網(wǎng)為故障頂事件建立故障樹，如圖4所示。

2.3 故障原因分析

2.3.1 線纜連接故障

數(shù)據(jù)鏈天線工作時由光纖和高頻電纜進行數(shù)據(jù)傳輸，若線纜連接故障，會導致數(shù)據(jù)或供電無法正常進行，天線無法正常工作，并在飛行員故障清單里報故。

查看故障架次的飛參數(shù)據(jù)，結合線纜導通測試結果，線纜連接正常，工作良好，排除線纜連接故障。

2.3.2 天線端故障

機間數(shù)據(jù)鏈工作時，由相應的天線進行變頻、放大、發(fā)射，天線端故障會導致機間數(shù)據(jù)鏈通信功能喪失，無法完成組網(wǎng)工作，直接表現(xiàn)為機間數(shù)據(jù)鏈功能失效。天線端故障分為散熱風扇故障、天線內部故障、天線端插針故障。

1）散熱風扇故障

數(shù)據(jù)鏈天線工作時由天線上安裝的散熱風扇散熱，若故障導致風扇停止工作將無法正常散熱，會造成天線工作溫度過高報故停機，并在飛行員故障清單里報故。

查看故障架次飛參數(shù)據(jù)，對各天線通電檢查，散熱風扇均工作良好，散熱正常，排除散熱風扇故障。

2）天線內部故障

查看故障架次飛參數(shù)據(jù)，對各天線通電檢查，各天線工作良好，排除天線內部故障。

3）天線插針故障

數(shù)據(jù)鏈天線工作時，由光纖和高頻電纜完成數(shù)據(jù)傳輸，若天線端接頭處出現(xiàn)“縮針”或插針受損、被污染，將導致數(shù)據(jù)無法順利傳輸，天線無法正常工作和通信，并在飛行員故障清單里報故。

查看故障架次飛參數(shù)據(jù)，對各天線的接頭處仔細檢查，插針均完好，沒有“縮針”或受損、被污染現(xiàn)象，排除天線插針故障。

2.3.3 管理計算機故障

機間數(shù)據(jù)鏈工作時，機架內的模塊會對信號進行處理，包括濾波、變頻、解調、譯碼等，當模塊出現(xiàn)故障，信號的處理工作會中斷，數(shù)據(jù)鏈將無法正常工作，這類故障在這里統(tǒng)稱為管理計算機故障。由于與機間數(shù)據(jù)鏈功能相關的硬件資源包括機架內的寬帶接收激勵模塊、協(xié)議處理模塊、開關矩陣模塊和信號處理模塊，因此將管理計算機故障細分為開關矩陣模塊故障、寬帶接收激勵模塊故障、信號處理模塊故障、協(xié)議處理模塊故障、射頻前段控制管理模塊故障，當僅機間數(shù)據(jù)鏈功能不正常時，可首先排查數(shù)據(jù)鏈功能當前正在使用的資源。

1）開關矩陣模塊故障

開關矩陣模塊故障會導致機間數(shù)據(jù)鏈功能無法正常工作，結合系統(tǒng)機內自檢測結果與更換模塊后的通電檢查情況，故障未消除，模塊工作正常，排除開關矩陣模塊故障。

2）協(xié)議處理模塊故障

協(xié)議處理模塊在機間數(shù)據(jù)鏈功能的工作流程中完成協(xié)議處理，并對信息進行傳輸及拆包、打包，結合系統(tǒng)機內自檢測結果與更換模塊后的通電檢查情況，故障仍然存在，模塊工作正常，排除協(xié)議處理模塊故障。

3）射頻前段控制管理模塊故障

在機間數(shù)據(jù)鏈功能的接收過程中，射頻前段控制管理模塊負責將收到的格式化信息拆包后送至處理機，在發(fā)射過程中該模塊接收處理機需要發(fā)送的數(shù)字信息進行編碼后發(fā)至協(xié)議處理模塊。結合系統(tǒng)機內自檢測結果與更換模塊后的通電檢查情況，故障未消除，模塊工作正常，排除射頻前段控制管理模塊故障。

4）寬帶接收激勵模塊故障

在機間數(shù)據(jù)鏈功能的接收過程中，寬帶接收激勵模塊負責對接收到的信號進行濾波、模數(shù)轉換、數(shù)字下變頻等，結合系統(tǒng)機內自檢測結果和通電檢查情況，發(fā)現(xiàn)寬帶接收激勵模塊存在故障，更換模塊后通電檢查，故障仍然存在，推斷不只寬帶接收激勵模塊故障，還有其他故障存在。

5）信號處理模塊故障

在機間數(shù)據(jù)鏈功能的接收過程中，信號處理模塊負責對接收到的信號進行解調、譯碼，在發(fā)射過程中負責對數(shù)據(jù)進行加密、編碼，結合系統(tǒng)機內自檢測結果和通電檢查情況，發(fā)現(xiàn)信號處理模塊存在故障，在更換寬帶接收激勵模塊的基礎上，再對該模塊進行更換，通電檢查后發(fā)現(xiàn)故障消除，機上機間數(shù)據(jù)鏈功能恢復正常，再次與其他飛機進行組網(wǎng)檢查，機上通話聲音清晰，通信良好。因此，判定造成此次故障的原因是寬帶接收激勵模塊與信號處理模塊故障。

2.4 維修設備及注意事項

本次排故中，使用通用工具及設備便可滿足排故需求。工具設備及作用部位如表2所示。

排故過程中需要注意以下幾點：

1）機架采用的是液冷、風冷相結合的降溫模式，因此從設備拆下來的模塊要及時泄壓，放出模塊卡槽內的冷卻液，防止因環(huán)境溫度變化造成模塊內部冷卻液膨脹損壞模塊；

2）機架上的兩根液冷管路拆裝空間極為狹小，徒手難以觸及液冷管路自封接頭，在拆裝時需一人在前輪艙內用力向前按壓自封接頭尾端，另一人使用魚口鉗鉗住自封接頭并沿著自封接頭安裝槽擰動，擰動過程中應用力適當，避免鉗壞自封接頭。

3 總結

本次排故過程中，采取循序漸進的方式，通過查閱資料深入學習，結合相關數(shù)據(jù)和資料，分析故障現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，建立了完整的排故流程。

1）分析故障原因時，先從物理因素方面考慮，如是否為線纜連接或天線端問題。結合飛參數(shù)據(jù)對線纜及天線端進行檢查，情況良好，排除故障。

2）查看故障架次的飛參數(shù)據(jù)，結合飛參數(shù)據(jù)及系統(tǒng)機內自檢測結果，檢查模塊是否故障，檢查寬帶接收激勵模塊與信號處理模塊無信號輸出，配合廠家更換模塊，進行機上通電檢查和與他機組網(wǎng)檢查，最終確定機架內的寬帶接收激勵模塊與信號處理模塊故障。

3）對后續(xù)產(chǎn)品提出相關改進建議，希望廠家在后續(xù)軟件升級中陸續(xù)開放機上維護清單對模塊工作狀態(tài)的監(jiān)控權限，以確保更精準地監(jiān)控每個模塊的工作狀態(tài)，有助于機務更快速地確認故障原因，排除故障。

參考文獻

[1]孫利剛.機間數(shù)據(jù)鏈設計與仿真[D].西安：西安電子科技大學，2010.