綜合航空電子系統故障管理研究

田宇飛

石家莊海山實業發展總公司 河北石家莊 050000

1 航空電子系統的概念

航空電子系統指安裝在飛機上或懸掛在飛機上的所有電子和機電系統及子系統（含硬件和軟件）。包括完成任務所需的傳感器、信號與數據處理與管理、顯示器等一系列子系統的綜合，子系統諸如：通信導航識別、慣性導航、顯示與控制、任務管理、雷達、電子戰、大氣數據系統等。航空電子系統涉及到通信、導航、識別、飛行管理、大氣數據、雷達與光電探測、電子戰、火力控制、任務管理、顯示控制和系統軟件等功能設備或功能模塊，其成本通常占飛機成本的40%-70%。

航空電子系統可分為通用航空電子系統和任務航空電子系統兩部分。前者是飛機為完成正常飛行任務所必須裝備的電子系統。包括無線電通信系統、導航系統、飛行控制系統。后者是飛機為完成某種特定任務而裝備的電子系統，包括火力控制系統、偵察監視系統、電子戰系統、數傳系統。

2 航空電子系統故障管理研究分析

2.1 綜合航電BIT設計

合理選擇BIT測試項，同時從元器件選取、完善生產工藝等角度提高BIT電路設計的可靠性，減少BIT電路自身故障帶來的虛警。一般要求模塊BIT電路的可靠性比功能電路的可靠性高一個數量級。合理選取測試容差。由于機內測試的局限性，BIT的測試精度不可能達到檢測儀器的精度水平。

此外，還需要考慮使用過程中產品面臨的惡劣環境因素影響，如高溫、高濕、氣壓變化、振動沖擊、電磁干擾和電源波動等。以上因素在容差設計時必須考慮，避免或減少虛警。采取必要的防虛警手段，針對環境干擾造成的瞬態故障或間歇故障，在BIT設計時一般采用多次判決或延時判定的方法。在研制階段，模塊承制方需要開展BIT設計驗證，通過模擬注入電路故障測試模塊BIT的容差/門限以及防虛警措施是否合理有效。在生產及使用階段，對外場反饋回來的模塊BIT設計缺陷，需要及時定位原因，并進行設計改進。系統內部信號交聯和故障相關性導致的I類虛警主要在系統層次解決。同樣采用基于模型的方法，利用測試性建模輸出的相關性矩陣（D矩陣），結合系統先驗故障概率計算系統中各元件的后驗故障概率，以后驗故障概率最大為故障定位的準則，并利用拉格朗日松弛算法進行求解，最終識別真實的故障原因，達到消除級聯虛警的目的。雖然在模塊層次可采取一些技術手段減少II類虛警的產生，從工程實踐來看，由于綜合模塊化航電系統的模塊配套廠家眾多，且技術水平參差不齊，航電系統內部模塊上報到系統的BIT虛假故障指示很多，模塊BIT虛警已經成為飛機外場虛警頻發的主要原因和機載電子系統故障診斷的難點[1]。

2.2 FTA綜合分析方法的應用

故障樹分析（FTA）是一種演繹性的失效分析方法，廣泛應用于系統安全性評估工程領域，以揭示系統失效的原因。故障樹分析中分析人員從某一特定的不希望事件（頂事件）開始，在低一級的下一個層次上，系統地確定系統功能模塊中可能導致該事件發生的、全部可信的單一故障及失效組合，并逐級向下展開分析，最終相繼通過更細化（即低一層）的設計層次揭示出所有的初級事件或滿足該頂層危險事件的要求為止。

ECU是由兩臺名為通道A與通道B的電子計算機組成，其主要功能是實現發動機控制計算以及監控發動機狀態。通道A和通道B完全相同并且同時工作，但各自獨立運行。通道A和通道B接收輸入信號并分別進行信號處理，但是只有一個通道實施控制，輸出指令稱為主用通道；另一個通道稱為備用通道。為提高ECU的可靠性，通道A與通道B通過交叉通道數據鏈（CCDL）連接，這使得兩個通道內的輸入信息互通，即使一個通道的重要輸入信息輸入失效時，也能保證ECU正常運行[2]。

航空發動機的控制與調節功能主要由FMV來完成，其通過ECU由力矩馬達控制并借助解析儀將FMV位置信號反饋給ECU。因此FMV本身故障、FMV力矩馬達故障以及ECU控制邏輯輸出信號喪失都可能導致LOTC事件，ECU控制邏輯輸出信號喪失又分為兩種信號喪失情況。

2.3 DIMA動態重構技術

DIMA動態重構技術可以使飛行器充分利用功能冗余來進行系統重構，使其快速適應故障或特殊任務環境，因此動態重構技術可以降低航電系統對硬件資源余度的要求，允許飛行器在出現大規模故障或戰斗損傷的情況下，仍能保證一定的飛行能力，使飛行員繼續完成任務或安全返航。因此，當PHM系統檢測到航電系統資源退化或功能變異時，依據系統硬件資源的有效性，面向任務需求進行資源重組，可使航電系統以最優方式為任務的完成提供服務。

DIMA通過分布式實時通信網絡在分布式處理單元和各個功能模塊間傳輸數據，同時應用程序間通信和I/O處理技術使得系統中能夠集成多個應用程序，并且在應用程序間保持強大的時空分區。因此DIMA實現了I/O處理模塊與應用處理模塊在物理層次上的嚴格隔離，形成了天然的故障傳播壁壘，此外，遠程數據集中單元可用于與下一個通信系統處理單元交換I/O數據，層次化的體系架構降低了布線及系統的復雜度，處理單元間的數據共享降低了所需的總體系統處理功耗及所需硬件[3]。

3 結語

航空電子系統分層故障處理模式便于系統的集成，新技術及新方法的導入及運用，能解決傳統方式下故障不分級、不可自動恢復等高耦合問題，實現綜合航電系統故障的自動收集、過濾和分層接管等，降低了飛機的維護成本并提升了整機的系統安全性，這一設計已在大量實踐中得到了充分認證和應用。