飞行器试验中遥测数据丢帧故障分析

摘 要：针对一次飞行试验中地面站接收遥测数据出现大量丢帧的故障情况，对可能的故障原因进行列举形成故障树，在此基础上进行排查，将故障准确定位于因高频组合内部放大器自激产生频带内干扰。根据高频组合的组成与工作原理对故障产生机理进行了分析，并通过验证性实验复现了故障现象，最后为避免故障的再次发生提出了解决办法及相关建议。

关键词：5遥测 丢帧 故障分析

中图分类号：TP20 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（c）-0071-04

飞行器遥测是指通过其搭载的遥测设备对飞行器内部工作参数进行测量，并将测量结果通过下行无线电链路传送至地面接收站，经处理后，按要求送至用户的一种远距离测量手段[1]，为技术人员掌握飞行器工作状态及工作环境情况，分析和排除故障提供重要依据。

海上飞行试验的环境条件比较恶劣，针对一次飞行器飞行试验中，遥测传输电缆插头松动造成放大器自激，从而引起遥测数据大量丢帧的故障情况加以阐述，为相关问题的解决提供可以借鉴的经验。

1 数据丢帧现象

在一次飞行试验中，采用舰载遥测站1（以下简称A站）和舰载遥测站2（以下简称B站）记录遥测数据，设备连接情况见图1。

两套遥测站中，B站全程录取遥测信号，遥测数据无丢帧；A站在飞行器发射后不久开始出现丢帧，随后丟帧现象严重，且B站遥测信号消失后，A站仍显示接收信号强度较强。图2为两套地面站接收的某遥测参数曲线对比图，表1为A、B两站接收信号强度对比情况。

2 故障分析与定位

以遥测数据丢帧为顶事件，建立故障树如下（见图3）。

进行飞行试验时，两套遥测站同时接收数据，其中B站接收遥测数据正常，可排除弹上遥测设备出现故障的情况；另外，两套遥测站共用同一接收天线，基于同样原因，也可以排除接收天线故障的情况。排查的重点逐步定位于因A站接收灵敏度下降而导致出现严重数据丢帧。其中，因为两套遥测站共用同一接收天线，且高频组合、连接电缆和遥测站放置位置相近，所处环境条件类似，因此可以排除电磁环境干扰因素。飞行试验后，在其他条件不变的情况下，对A站进行加电自检，A站又恢复正常，而因硬件电路故障引起的增益下降，重新加电后应是可复现的，所以可基本排除此原因。

经过分析认为，由于同轴连接电缆连接处不紧固，反射信号引起高频组合内部放大器自激，产生较强频带内干扰，从而造成A站遥测数据丢帧故障现象。

3 机理分析与故障复现

3.1 机理分析

自激振荡是指高频或微波放大器在仅有直流偏置而无输入信号情况下，也有信号输出的一种异常功能现象。造成自激振荡的原因有很多，如电源的不稳定、接地不良、电路失配、反馈回路不合理等。对电缆接头进行检查，去除金属尾罩外部热缩套管后，发现连接电缆金属尾罩部出现松动。连接电缆屏蔽层作为遥测站给高频组合供电回路的回线，在出现松动情况下，无法可靠接地，当接头金属尾罩与电缆屏蔽层接触不良时，就会出现瞬间断续供电，同时电缆阻抗发生变化，高频组合输出端电压驻波比有很大起伏，引起高频组合内放大器自激。

遥测高频组合组成如图4所示，主要完成遥测信号由射频到中频的放大、滤波和降频处理。

由图4可以看出，高频组合中与连接电缆相连的是预中放电路，预中放采用宽带低噪声动态放大器，其内部为硅三极管共基极放大电路，如图5所示。

在应用系统中，放大器输入端级联低通滤波器（混频器部分），输出端通过传输电缆级联带通滤波器（地面站部分），电缆增益损耗大约3dB，其前后所接电路可看作输入输出网络结构。由于传输电缆为匹配良好的特性阻抗50Ω传输线，在连接紧固的情况下，输出端反射能量较小，不足以对遥测信号产生强烈干扰。故障状态时，放大器输出端传输电缆接头松动，特性阻抗发生变化，不再构成标准50Ω传输线路，放大器和输入输出网络阻抗失配，在放大器与电缆连接处会产生较强的反射现象。根据文献[2]和文献[3]，在这种情况下，放大器稳定性会明显恶化，造成放大器的传输函数和反馈传输函数的乘积大于1，形成正反馈，从而导致放大器产生自激。同时，连接电缆金属尾罩与传输电缆屏蔽层相连，为高频组合电路提供共地回路，当其接触不良时，会造成“浮空”，引入噪声干扰，从而引起此次故障现象。

3.2 故障复现

为复现故障现象，将高频组合与A站按照飞行试验状态连接，并反复加电，通过地面站校验台检验，A站工作正常。在A站不进行断电条件下，采用人工方法模拟同轴电缆在舰船振动和风力作用下抖动情况，此时地面站实时接收数据出现大量丢帧，接收信号强度出现变化，见表2。同时，通过采用频谱仪对高频组合输出的中频信号进行观察，频谱杂散情况随机出现，见图6，复现了飞行试验时，A站遥测数据大量丢帧，而有较强接收功率显示的故障现象，充分验证了分析的正确性。

4 处理措施及验证

由机理分析及复现实验可知，要使预中放电路HE386A不出现自激震荡现象，就必须要保持连接电缆连接的紧固性与可靠性。由于海上试验条件恶劣，舰船摇摆、震动及海风等因素都可能使设备连接的可靠性降低，特别是在发射架调转及飞行器发射时，距发射架较近的设备所受到的震动与冲击较大，这就对设备工作的稳定性和适应性提出了更高的要求。在工作环境无法改变的情况下，只有通过提高线缆连接的强度和增加相应的保护措施来防止类似情况再次发生。

根据上述情况，采取以下措施：

（1）更换连接电缆，对高频组合与遥测站之间的连接电缆进行更换，防止因多次插拔造成接頭磨损后降低连接的可靠性。

（2）采取电缆固定措施，电缆连接后，对其采取固定措施，如在连接处加装保护套管，确保电缆连接处不因震动、冲击、海风等因素受力发生松动，影响连接性能。

（3）连接电缆的连接和拆卸必须使用专用定力扭矩扳手，使电缆连接可靠。

采取上述措施后，为验证实际效果，在与故障复现实验相同状态下，反复抖动电缆，自激现象不再出现；将替换下的故障电缆对其金属尾罩进行紧固后，连接高频组合和地面站，并将接头紧固连接，即使反复抖动电缆，自激现象也不再出现，说明采取的处理措施有效。同时，为保证万无一失，对高频组合加装减震胶垫。采取上述措施并经测试后，两台遥测站工作正常。

5 结语

遥测作为一种重要的获取试验数据的手段，其信号质量的优劣直接影响到对试验结果的分析。针对此次出现的故障，可以通过以上介绍的方法加以解决，但恶劣的工作环境给设备带来的影响是一个需要注意的问题，这就对设备工作的稳定性和适应性提出了更高的要求。在任务计划初期，应对舰面工作环境进行详细考察，并有针对性地进行相关设备适应性改造；同时，也要求技术人员在任务期间更加耐心细致地工作，以确保试验任务的顺利进行。

参考文献

[1]李邦复.遥测系统[M].北京：宇航出版社，1994.

[2]张俊科.电子线路[M].北京：国防科技大学出版社，1998.

[3]华成英，童诗白.模拟电子基础[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.

[4]曲宝忠，孙晓峰.海军战术飞行器试验与鉴定[M].北京：国防工业出版社，2005.