機載電纜作戰損毀后智能化診斷系統

曾雪梅 ， 喬志華 ，劉庭欣 ，胡立夫 ， 王相海 ， 陶 坪

(1.沈陽航空航天大學 電子信息工程學院，遼寧 沈陽 110136;2.沈陽航空航天大學 自動化學院 ，遼寧 沈陽 110136;3.沈陽市質量技術監督信息中心，遼寧 沈陽 110006）

飛機的機載電纜布置錯綜復雜，起著能量輸送、信息傳遞等重要作用。以某型飛機為例，近四百根機載電纜總長十幾公里，重量一噸以上，因此，空戰中機載電纜損毀返航后的診斷修復，是比較棘手的工作。目前仍然沿用三用表手工測量的傳統方法。據調查，某型飛機維修過程中，僅僅一根電纜的故障排除競耗時一周。顯然，這樣的修復速度遠遠不能滿足現代技戰術的要求。

建造機載電纜損毀后的智能化診斷系統ECIDS(Electric Cable Intelligent Diagnosing System)，其工作效率是手工診斷修復所遠不能比擬的，而且可以將多根電纜的故障一并解決，從而滿足技戰術的要求。

1 ECIDS系統硬件結構

系統首先必須具備對被診斷電纜連接關系的檢測功能，為此，硬件上建造了如圖1所示的模擬開關組件，其核心器件是兩只16通道的電子模擬開關CD4067，輔以控制邏輯器件。綜合考慮結構與效率，這一部分硬件系統由16對模擬開關組件組成。模擬開關的CH0須空閑不用，因此可一次性完成對240根電纜導線的檢查。

該型飛機的機載電纜與分布于機體表面的插頭插座相連接。具體示意如圖2所示。

為了檢測圖2所示的斷口B、C兩端的連接關系，需構建圖3所示的斷口接插器電路。

用圖4所示的聯結器的刺針(或鱷魚夾)可以輕易刺透電纜斷頭的絕緣橡膠（或夾住電纜芯線）而與其中的導線可靠接觸，聯結器的另一端與智能化診斷系統的數據總線聯結，從而方便電纜斷口的B、C兩端與智能化診斷系統相聯結。

整個智能化診斷系統硬件結構示意如圖5所示。

2 ECIRS診斷的算法

診斷程序能夠對電纜斷口實現一攬子故障診斷，具體定義了如下矩陣。

2.1 電纜的連接關系矩陣

分布于飛機表面的各個插座之間的鏈接關系應為已知，亦可通過設備自身在線學習獲得。為方便計算，給出以下定義：

定義1：模擬開關組件第i個開關的通道與第j個開關的通道連接關系矩陣為：

其中,aip,jk表明第i個開關的第p個通道與第j個開關的第k個通道的連接值，具體定義如下:

上述連接關系矩陣是已知的。

定義2：測量關系矩陣是一個測量結果。模擬開關組件第i個開關的通道與第j個開關的通道的一個測量為：

定義3：連接矩陣與測量矩陣的異或運算,即：

當有“當通未通”或“當斷未斷”的問題存在時，上述運算結果不為零。

2.2 斷口的映像矩陣與像源

2.2.1 電纜斷口的特征

(1)“剪斷式”斷口

剪切式斷口是由高速鋒利的彈片造成的刀切般的電纜斷口，這時斷口兩端的導線數最有可能相同。

(2)“洞穿式”斷口

由于電纜導線的中間任何一段都可能根據需要而存在導線分叉，因此，洞穿式斷口兩端的導線數不一定相同。

應該指出，斷口將導致其兩側的導線斷開，而彈片切斷或炮彈洞穿時的瞬間高溫又會導致斷口一側某些導線的熔融而粘接。總之，斷口會導致導線“當通不通”和“當斷不斷”。

2.2.2 斷口的映像矩陣

斷口的映像矩陣也是一個測量。

設連接關系矩陣A與測量矩陣C的異或運算結果R≠0，例如 ri/α,j/β=1≠0，則表明第 i個模擬開關的第 α個通道與第j個開關的第β個通道的電纜連接存在問題，但確定不了斷口處具體對應的是哪一根連接出了問題。為此，需要求出第i個模擬開關的第α個通道與第j個開關的第β個通道連接關系在插座E和插座F上的映像。映像的求取是一個測試過程。

由于機載電纜可能存在的分叉，因此，斷口處 E、F兩端的導線數不一定相同，如上述的“洞穿式斷口”，這時斷口在插座E、F上，同一個像源的映象一定不同，因此兩端斷頭的映像矩陣也一定不同。

設斷口的E端與F端的映像矩陣分別為q維和y維矩陣:

通過上面的分析，可得以下公理。

公理：不論斷口的映像如何不同，只要像源相同，這些電纜可以連接在一起，而與映像矩陣的維數無關。

2.2.3 算例

設組件第i個開關的通道與第j個開關的通道連接

關系矩陣為:

對電纜的一個測量為:

計算表明，結果矩陣中為1的元素表明相應的電纜鏈接關系出了問題，或當斷不斷，或當通不通。

為了查找斷口處的鏈接關系，需要找出斷口兩端的映像矩陣，即E陣和F陣，具體為：

其中 e1,1、e1,2與 f2,2、f2,3、f3,1同像源, 而 e2,1與 f1,1、f3,1同像源。同像源的斷口兩端連接起來，從而完成修復。

分析和實驗都表明，通過三個測量，獲取的測量矩陣、斷口兩端的映像矩陣以及相應的運算，可一起解決斷口的故障定位和斷口兩端的鏈接關系，從而給出電纜斷口的修復決策。計算表明，系統可在20 min內完成一個循環的斷頭查找并給出故障定位。

2012年3 月10日在空軍某部對大修中的飛機進行了實際測試與演練，結果完全正確。

測試單位與用戶分別給出的測試報告和用戶報告表明，系統完全達到了預期目的。經過對國內外28個數據庫及涉密數據庫的檢索，尚未發現相近的技術報告，通過了國防工辦主持的鑒定，填補了國內空白，國際上技術領先。

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