机载电缆作战损毁后智能化诊断系统

曾雪梅 ， 乔志华 ，刘庭欣 ，胡立夫 ， 王相海 ， 陶 坪

(1.沈阳航空航天大学 电子信息工程学院，辽宁 沈阳 110136;2.沈阳航空航天大学 自动化学院 ，辽宁 沈阳 110136;3.沈阳市质量技术监督信息中心，辽宁 沈阳 110006）

飞机的机载电缆布置错综复杂，起着能量输送、信息传递等重要作用。以某型飞机为例，近四百根机载电缆总长十几公里，重量一吨以上，因此，空战中机载电缆损毁返航后的诊断修复，是比较棘手的工作。目前仍然沿用三用表手工测量的传统方法。据调查，某型飞机维修过程中，仅仅一根电缆的故障排除竞耗时一周。显然，这样的修复速度远远不能满足现代技战术的要求。

建造机载电缆损毁后的智能化诊断系统ECIDS(Electric Cable Intelligent Diagnosing System)，其工作效率是手工诊断修复所远不能比拟的，而且可以将多根电缆的故障一并解决，从而满足技战术的要求。

1 ECIDS系统硬件结构

系统首先必须具备对被诊断电缆连接关系的检测功能，为此，硬件上建造了如图1所示的模拟开关组件，其核心器件是两只16通道的电子模拟开关CD4067，辅以控制逻辑器件。综合考虑结构与效率，这一部分硬件系统由16对模拟开关组件组成。模拟开关的CH0须空闲不用，因此可一次性完成对240根电缆导线的检查。

该型飞机的机载电缆与分布于机体表面的插头插座相连接。具体示意如图2所示。

为了检测图2所示的断口B、C两端的连接关系，需构建图3所示的断口接插器电路。

用图4所示的联结器的刺针(或鳄鱼夹)可以轻易刺透电缆断头的绝缘橡胶（或夹住电缆芯线）而与其中的导线可靠接触，联结器的另一端与智能化诊断系统的数据总线联结，从而方便电缆断口的B、C两端与智能化诊断系统相联结。

整个智能化诊断系统硬件结构示意如图5所示。

2 ECIRS诊断的算法

诊断程序能够对电缆断口实现一揽子故障诊断，具体定义了如下矩阵。

2.1 电缆的连接关系矩阵

分布于飞机表面的各个插座之间的链接关系应为已知，亦可通过设备自身在线学习获得。为方便计算，给出以下定义：

定义1：模拟开关组件第i个开关的通道与第j个开关的通道连接关系矩阵为：

其中,aip,jk表明第i个开关的第p个通道与第j个开关的第k个通道的连接值，具体定义如下:

上述连接关系矩阵是已知的。

定义2：测量关系矩阵是一个测量结果。模拟开关组件第i个开关的通道与第j个开关的通道的一个测量为：

定义3：连接矩阵与测量矩阵的异或运算,即：

当有“当通未通”或“当断未断”的问题存在时，上述运算结果不为零。

2.2 断口的映像矩阵与像源

2.2.1 电缆断口的特征

(1)“剪断式”断口

剪切式断口是由高速锋利的弹片造成的刀切般的电缆断口，这时断口两端的导线数最有可能相同。

(2)“洞穿式”断口

由于电缆导线的中间任何一段都可能根据需要而存在导线分叉，因此，洞穿式断口两端的导线数不一定相同。

应该指出，断口将导致其两侧的导线断开，而弹片切断或炮弹洞穿时的瞬间高温又会导致断口一侧某些导线的熔融而粘接。总之，断口会导致导线“当通不通”和“当断不断”。

2.2.2 断口的映像矩阵

断口的映像矩阵也是一个测量。

设连接关系矩阵A与测量矩阵C的异或运算结果R≠0，例如 ri/α,j/β=1≠0，则表明第 i个模拟开关的第 α个通道与第j个开关的第β个通道的电缆连接存在问题，但确定不了断口处具体对应的是哪一根连接出了问题。为此，需要求出第i个模拟开关的第α个通道与第j个开关的第β个通道连接关系在插座E和插座F上的映像。映像的求取是一个测试过程。

由于机载电缆可能存在的分叉，因此，断口处 E、F两端的导线数不一定相同，如上述的“洞穿式断口”，这时断口在插座E、F上，同一个像源的映象一定不同，因此两端断头的映像矩阵也一定不同。

设断口的E端与F端的映像矩阵分别为q维和y维矩阵:

通过上面的分析，可得以下公理。

公理：不论断口的映像如何不同，只要像源相同，这些电缆可以连接在一起，而与映像矩阵的维数无关。

2.2.3 算例

设组件第i个开关的通道与第j个开关的通道连接

关系矩阵为:

对电缆的一个测量为:

计算表明，结果矩阵中为1的元素表明相应的电缆链接关系出了问题，或当断不断，或当通不通。

为了查找断口处的链接关系，需要找出断口两端的映像矩阵，即E阵和F阵，具体为：

其中 e1,1、e1,2与 f2,2、f2,3、f3,1同像源, 而 e2,1与 f1,1、f3,1同像源。同像源的断口两端连接起来，从而完成修复。

分析和实验都表明，通过三个测量，获取的测量矩阵、断口两端的映像矩阵以及相应的运算，可一起解决断口的故障定位和断口两端的链接关系，从而给出电缆断口的修复决策。计算表明，系统可在20 min内完成一个循环的断头查找并给出故障定位。

2012年3 月10日在空军某部对大修中的飞机进行了实际测试与演练，结果完全正确。

测试单位与用户分别给出的测试报告和用户报告表明，系统完全达到了预期目的。经过对国内外28个数据库及涉密数据库的检索，尚未发现相近的技术报告，通过了国防工办主持的鉴定，填补了国内空白，国际上技术领先。

[2]赵悦，唐毅谦，蔡希彪.数字集成电路故障检测仪[J].仪器仪表学报，2006，27(6)增刊:399-400.

[3]杨占才，王红，朱永波，等.飞机航天设备综合智能故障诊断专家系统研究[J].测控技术，2006，25(4):4-7.

[4]罗孝兵，赵转萍.航空电缆故障自动检测集成系统[J].工业控制计算机，2003，16(3):5-7.

[5]鲁浩，安伟，陈璞，等.便携式飞机电缆智能检测系统[J].微计算机信息，2005，21(6):77-79.

[6]蔡军，张婵.基于工控机的航空电缆通用测试系统[J].工业控制计算机，2007，20(5):46-47.

[7]李洁，沈士团，陈星.航电设备故障诊断专家系统研究与实现[J].计算机工程,2007，33(14):163-165.