某型捷聯慣性組合導航系統無GNSS信號故障分析

肖維東

【摘 要】某型機在對機場地面導航設備進行標校飛行中，其裝備的HJG-1H2捷聯慣性/組合導航系統控制顯示器出現故障代碼為“44”的故障代碼。代碼“44”的故障碼對應的設備故障碼是地速超差。飛機返航后，維護人員對報故障系統進行了通電檢查。當把系統的狀態選擇開關置于“導航”位置，“準備好”燈兩秒后開始閃爍，但不熄滅;數據顯示區時鐘顯示初始時間“08：00”，而不是北京時間。系統在兩分半鐘后自動進入慣性導航狀態，數據顯示區右上角“慣性/GNSS”區域顯示“純慣性”無GNSS信號，經度、緯度顯示的是預存航線數值。

【關鍵詞】導航;故障;系統

中圖分類號： V249.328文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）32-0123-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.32.056

1 故障原因分析

1.1 捷聯慣性/組合導航系統工作原理

HJG-1H2型捷聯慣性/組合導航系統，由捷聯慣性測量部件、控制顯示器、磁航向傳感器、GNSS接收天線組成，是一種直接把慣性元件（陀螺和加速度計）固定在機體安裝基座上，用數字平臺代替機械平臺（也稱無平臺式慣導系統），采用GNSS信息進行校正，給飛行人員提供導航和定位信息的組合導航系統。

慣性元件敏感并輸出載體相對慣性坐標系三個軸向的角速率和加速度，通過陀螺力反饋電路和加速度計采樣電阻得到代表角速率和加速度大小的電壓信號。這些電壓信號經過陀螺和加速度計量化器電路后，被轉化為可以使計算機接受的數字脈沖序列。主機板上的導航計算機再接受這些脈沖序列后，進行數值解算。同時導航計算機還要對陀螺、加速度計誤差和系統誤差等進行補償。解算結果通過接口板、信號調理板向機上其他系統和設備輸出。在組合導航狀態下，導航計算機在慣性導航的基礎上，把磁航向傳感器、綜合大氣機、GNSS全球衛星導航系統等發出的數據進行組合導航計算，不斷修正慣性導航誤差，提高導航精度。GNSS接收機與慣導之間采用RS232總線進行數據通訊，慣導每次上電均向GNSS接收機發送指令，GNSS接收機接收此指令，并將指令進行記憶，之后每一秒向慣導發送數據包。在GNSS導航狀態，輸出衛星導航的經度、維度、時間、地速等參數。

1.2 故障原因分析

飛行中，HJG-1H2捷聯慣性組合導航系統控制顯示器數據顯示區下邊框出現故障代碼“44”，此故障代碼定義“地速超差”。解決措施：檢查系統參數，必要時返廠檢修。在地面通電時，因為飛機沒有物理位移，地速也為零，導航計算機感受不到飛機速度的物理變量，所以系統不會出現故障代碼“44”;但數據顯示區域時間顯示系統初始時間“08：00”，導航模式狀態數據顯示區右上方出現“純慣性”，無“GNSS”信號。此故障很蹊蹺的是系統盡管沒有“GNSS”信號，但卻沒有出現故障代碼“23”，故障代碼“23”代表“GNSS故障”。在控制顯示器面板上按下“慣性”按鈕，系統顯示純慣性導航模式，并逐個檢查各個按鍵所設定的功能進入界面，顯示的參數正常，慣導系統本身沒有報告故障。而捷聯慣性測量部件內部GNSS接口模塊功能是負責向控制顯示器輸出衛星導航的經度、維度、時間、地速等參數。由此可以判定捷聯慣性組合導航系統的全球衛星導航系統“GNSS”部分出現問題，經過分析可知，引起GNSS部分故障的因素有：

1）GNSS接收天線出現故障，接收不到衛星信號;

2）GNSS天線輸出到捷聯慣性測量部件的饋線電纜發生斷路或接觸不良，使信號無法傳輸或信號發生衰減;

3）捷聯慣性測量部件內的GNSS傳輸饋線出現斷路或接觸不良，使信號無法傳輸或信號發生衰減;

4）GNSS接收機故障;

5）GNSS接收處理模塊電路板故障。

2 故障排除經過

針對此次故障出現的時機和故障代碼進行分析，捷聯慣導系統在起飛前經過精對準，并進入導航模式，“準備好”指示燈燃亮后熄滅，數據顯示區出現慣性/GNSS模式，說明慣導和GNSS部分組合正常。飛機飛行兩個多小時后，領航員發現控制顯示器數據顯示區下邊框出現故障代碼“44”，并沒有其他代碼出現，說明GNSS天線本身出現故障的概率很小，如果是GNSS天線出問題，系統會出現故障代碼。這樣可以判定故障出現在其他環節。

1）開飛機頂棚蓋板，檢查GNSS天線安裝固定情況：天線饋線與基座連接牢靠，密封沒有開裂、脫落跡象;

2）檢查從天線到捷聯慣性測量部件的饋線，安裝固定可靠，外觀沒有磕磨破損，插針沒有縮針;

3）把捷聯慣性測量部件從安裝座中取出，檢查其輸出插頭，插針無變形、縮針;

4）測量控制顯示器到捷聯慣性測量部件的電纜，導通良好，無斷線或接觸不良，絕緣值符合要求;

做完上述工作，判定系統外圍各設備、電纜導通不存在問題，故障應該是出在捷聯慣性測量部件上。

為同步觀測捷聯慣性測量部件CPU運行情況，從捷聯慣性測量部件測試接口處連接便地面檢測設備，接通慣導系統工作電源，把狀態選擇開關置于“導航”位置，兩分半鐘后系統進入導航狀態，從地面檢測設備桌面程序運行看，顯示系統找不到衛星，無法進行組合，沒有狀態參數顯示，只出現“PPS”，如圖1所示。控制顯示器數據顯示區顯示純慣性。出現“PPS”的原因是GNSS接收機處理模塊不向導航計算機輸出數據包。

至此可以確定故障出現在GNSS接收機或GNSS接收機處理模塊兩個單元上。把狀態選擇開關置于斷開位置，斷開系統工作電源，打開捷聯慣性測量部件外殼，檢查GNSS接收機處理模塊，外觀未發現異常，測量GNSS接收機的信號同軸線，導通良好，無縮針。從捷聯慣性測量部件上拔出GNSS接收機處理模塊，換上相同批次同型號的帶GNSS接收機的GNSS接口模塊。接通慣導系統工作電源，把狀態選擇開關置于“對準”位置，從地面檢測設備桌面上程序運行看，顯示慣性導航與GNSS已經組合上，各種參數輸出正常，控制顯示器上“準備好”燈閃爍兩次后熄滅，數據顯示區時鐘顯示為北京現時，主機進行系統程序自檢測，8分半鐘后控制顯示器上“準備好”燈燃亮，把狀態選擇開關置于“對準”位置，系統進入導航模式，控制顯示器上“準備好”燈熄滅，數據顯示區顯示“慣性/GNSS”模式，利用功能鍵檢查系統各項參數正常，系統運行40分鐘性能穩定。

故障排除后，對捷聯慣性組合導航系統進行檢飛，科目“航行”，一個架次三個小時，飛行人員反映系統工作正常，與自動駕駛儀系統交聯正常，無故障代碼出現。

使用和維護建議：

1）捷聯慣性/組合導航系統在“對準”模式下，載機必須處于靜止狀態，機上人員應盡量避免來回移動。

2）在飛機未進入停放位置前，禁止斷開正在運行的捷聯慣性/組合導航系統，否則系統將不記憶飛機停放位置信息。

3）地面通電時，應保證飛機上安裝有蓄電瓶，避免因打開大電流用電設備拉低網絡電壓，引起系統重啟。

4）進入夏天多雨季節時，應加強對GNSS天線的固定和密封性進行檢查。

5）進入冬季飛行，在直接機務準備或飛行前，應當對捷聯慣性/組合導航系統進行通電預熱。

6）每個裝備日要檢查系統GNSS天線同軸電纜的連接情況，并對系統進行通電檢查。