飛機導航系統接收衛星信號斷續問題分析與排查

韓春永,井 哲

（中國飛行試驗研究院,陜西西安,710089）

0 引言

隨著飛機航電系統綜合化程度的提高，輔助導航的系統或設備需要共用衛導天線接收衛星信號來完成導航信息輸出，某型飛機共用衛導天線的系統有慣性導航系統、航姿系統、加裝機載測試系統、備份GPS 設備，在實際試飛過程中，共用衛導天線的系統同時出現了接收衛星信號同時斷續的問題，影響了飛行試驗的進展。

1 問題現象

圖1 加裝機載測試系統記錄的飛機位置數據時間歷程曲線

某飛機飛行試驗過程中，地面監控發現衛星信號丟失，衛星數據連續不更新。問題現象如圖1 所示，在12：42：03—12：42：16，12：42：21—12：42：31，12：44：55—13：26：04，13：33：24—13：41：28 時間段內，飛機位置數據未更新。由圖可知，衛星信號時斷時續，時間有長有短，嚴重影響飛行安全和任務的執行。獨立。

2 原因分析

2.1 衛導天線接口與信號傳輸拓撲結構

機上衛星信號傳輸拓撲結構見圖2。衛導天線GNSS3+BD1 組合輸出端口給機上慣性導航系統與航姿系統使用，GNSS4 輸出端口給加裝機載測試系統與備份GPS 設備使用，2 路輸出相互

圖2 機上衛星信號傳輸拓撲結構

圖3 慣導系統輸出的衛星數據時間歷程曲線

2.2 數據分析

慣性導航系統輸出的衛星數據時間如圖3 所示。在圖3 中可以看到，慣導系統輸出的衛星數據有效位、高度、北、西、天三向速度等數據均異常，且異常時間段與圖1 吻合，說明在此時間段內，慣導系統和加裝機載測試系統2 路接收衛星信號同時丟失。

2.3 數據分析結果

通過對機載衛導信號傳輸拓撲結構及試飛數據分析，兩路衛星信號均在同一時間段內出現信號丟失現象，而四個系統同時出現問題的幾率幾乎為0，因此，初步判斷導致衛星信號丟失的原因可能有：

a)機載衛導天線故障；

b)機載衛導天線與系統設備之間電纜故障；

c)外界信號干擾衛星信號的接收。

3 故障定位

3.1 機載衛導天線的檢查

首先，在機上進行了衛導天線供電電壓測試。測得衛導天線空載供電電壓為5.0V，系統加電給衛導天線供電時，電壓值為4.95V。

隨后，在實驗室對衛導天線的GNSS3+ BD1 組合輸出和GNSS4 信號輸出分別進行了通電定位測試，通過對試驗過程及記錄的數據分析，衛導天線能夠正常定位并且在長時間通電過程中沒有出現信號丟失現象出現。

3.2 機載衛導天線與系統設備之間電纜檢查

機載衛導天線與系統設備之間電纜兼顧著信號傳輸和給衛導天線供電的作用。首先測量電纜與機殼之間是否短路，其次使用對比法，采用相同長度的外接電纜與GPS 天線連接，分別觀察兩根電纜工作時，系統設備的工作狀態。

通過測量情況得知，電纜中心線與機殼之間絕緣良好，沒有出現短路現象。分別采用相同長度的外接電纜及機載衛導天線與GPS 接收機之間電纜時，系統均能夠正常定位、工作狀態一致。

3.3 外界信號干擾的檢查

以導航系統為敏感設備，機上通信系統、著陸系統、雷達系統、電子戰系統、加裝機載測試系統、加裝遙測系統為干擾源，設置各干擾源工作在不同工作狀態進行一對一排查。當打開加裝遙測系統時，導航系統工作出現異常；關閉加裝遙測系統時，導航系統工作正常。

對加裝遙測系統功率進行了定量測試，測試框圖見圖4。測試過程如下：

a)加裝機載測試設備定位正常后，其他系統不工作，此時，頻譜儀上無大功率信號，打開遙測系統，繼續觀察加裝機載測試設備狀態，當加裝機載測試設備定位異常時，在1567MHz 頻點有一個強度為-30dBm 信號，關閉遙測系統，頻譜儀上1567MHz 頻點信號消失，此時加裝機載測試設備定位正常；

b)加裝機載測試設備定位正常后，機上慣導系統開機正常工作，其他系統不工作。打開遙測系統，觀察加裝機載測試設備狀態和慣導的工作狀態，當加裝機載測試設備定位異常時，機上慣導系統組合狀態燈滅（工作異常），同時在1567MHz 頻點有一個強度為-30dBm 信號；

c)將遙測系統頻點改變，頻譜儀上信號的頻點隨著遙測系統頻點變化而變化。

試驗結果說明，加裝機載測試系統和慣導接收衛星信號斷續問題由遙測系統干擾所致。

圖4 機上GPS 信號電磁干擾測試框圖

4 解決措施及驗證

更換遙測系統功放和遙測發射機與功放之間連接電纜后進行了地面驗證，遙測系統開機工作，加裝機載測試設備和慣導工作正常。

隨后，結合飛機地面滑行試驗和飛行試驗驗證，其中一架次飛行試驗數據如圖5、圖6 所示。由圖可知，加裝機載測試系統數據在整個飛行過程中變化正常，慣導系統輸出衛星數據在飛機執行360 度滾轉動作時出現了丟星現象，其他時刻數據變化趨勢正常，試驗結果說明飛機導航系統接收衛星信號斷續問題得到有效解決。

5 總結

本文對工程應用中出現的對具體問題進行了分析和解決，積累了經驗和方法，隨著綜合航電系統綜合化程度越來越高，飛機電磁環境越來越復雜，對于工程上出現的類似問題的分析排查有一定的借鑒意義。

圖5 慣導系統輸出的衛星數據曲線

圖6 機載測試系統記錄的衛星數據曲線

[1] 海軍裝備部編著.航空工程手冊：航電綜合類.航空工業出版社. 2001.

[2] 成都飛機設計研究所編.某型飛機航電系統培訓手冊. 2010.