某型捷联惯性组合导航系统无GNSS信号故障分析

肖维东

【摘 要】某型机在对机场地面导航设备进行标校飞行中，其装备的HJG-1H2捷联惯性/组合导航系统控制显示器出现故障代码为“44”的故障代码。代码“44”的故障码对应的设备故障码是地速超差。飞机返航后，维护人员对报故障系统进行了通电检查。当把系统的状态选择开关置于“导航”位置，“准备好”灯两秒后开始闪烁，但不熄灭;数据显示区时钟显示初始时间“08：00”，而不是北京时间。系统在两分半钟后自动进入惯性导航状态，数据显示区右上角“惯性/GNSS”区域显示“纯惯性”无GNSS信号，经度、纬度显示的是预存航线数值。

【关键词】导航;故障;系统

中图分类号： V249.328文献标识码： A文章编号： 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 捷联惯性/组合导航系统工作原理

HJG-1H2型捷联惯性/组合导航系统，由捷联惯性测量部件、控制显示器、磁航向传感器、GNSS接收天线组成，是一种直接把惯性元件（陀螺和加速度计）固定在机体安装基座上，用数字平台代替机械平台（也称无平台式惯导系统），采用GNSS信息进行校正，给飞行人员提供导航和定位信息的组合导航系统。

惯性元件敏感并输出载体相对惯性坐标系三个轴向的角速率和加速度，通过陀螺力反馈电路和加速度计采样电阻得到代表角速率和加速度大小的电压信号。这些电压信号经过陀螺和加速度计量化器电路后，被转化为可以使计算机接受的数字脉冲序列。主机板上的导航计算机再接受这些脉冲序列后，进行数值解算。同时导航计算机还要对陀螺、加速度计误差和系统误差等进行补偿。解算结果通过接口板、信号调理板向机上其他系统和设备输出。在组合导航状态下，导航计算机在惯性导航的基础上，把磁航向传感器、综合大气机、GNSS全球卫星导航系统等发出的数据进行组合导航计算，不断修正惯性导航误差，提高导航精度。GNSS接收机与惯导之间采用RS232总线进行数据通讯，惯导每次上电均向GNSS接收机发送指令，GNSS接收机接收此指令，并将指令进行记忆，之后每一秒向惯导发送数据包。在GNSS导航状态，输出卫星导航的经度、维度、时间、地速等参数。

1.2 故障原因分析

飞行中，HJG-1H2捷联惯性组合导航系统控制显示器数据显示区下边框出现故障代码“44”，此故障代码定义“地速超差”。解决措施：检查系统参数，必要时返厂检修。在地面通电时，因为飞机没有物理位移，地速也为零，导航计算机感受不到飞机速度的物理变量，所以系统不会出现故障代码“44”;但数据显示区域时间显示系统初始时间“08：00”，导航模式状态数据显示区右上方出现“纯惯性”，无“GNSS”信号。此故障很蹊跷的是系统尽管没有“GNSS”信号，但却没有出现故障代码“23”，故障代码“23”代表“GNSS故障”。在控制显示器面板上按下“惯性”按钮，系统显示纯惯性导航模式，并逐个检查各个按键所设定的功能进入界面，显示的参数正常，惯导系统本身没有报告故障。而捷联惯性测量部件内部GNSS接口模块功能是负责向控制显示器输出卫星导航的经度、维度、时间、地速等参数。由此可以判定捷联惯性组合导航系统的全球卫星导航系统“GNSS”部分出现问题，经过分析可知，引起GNSS部分故障的因素有：

1）GNSS接收天线出现故障，接收不到卫星信号;

2）GNSS天线输出到捷联惯性测量部件的馈线电缆发生断路或接触不良，使信号无法传输或信号发生衰减;

3）捷联惯性测量部件内的GNSS传输馈线出现断路或接触不良，使信号无法传输或信号发生衰减;

4）GNSS接收机故障;

5）GNSS接收处理模块电路板故障。

2 故障排除经过

针对此次故障出现的时机和故障代码进行分析，捷联惯导系统在起飞前经过精对准，并进入导航模式，“准备好”指示灯燃亮后熄灭，数据显示区出现惯性/GNSS模式，说明惯导和GNSS部分组合正常。飞机飞行两个多小时后，领航员发现控制显示器数据显示区下边框出现故障代码“44”，并没有其他代码出现，说明GNSS天线本身出现故障的概率很小，如果是GNSS天线出问题，系统会出现故障代码。这样可以判定故障出现在其他环节。

1）开飞机顶棚盖板，检查GNSS天线安装固定情况：天线馈线与基座连接牢靠，密封没有开裂、脱落迹象;

2）检查从天线到捷联惯性测量部件的馈线，安装固定可靠，外观没有磕磨破损，插针没有缩针;

3）把捷联惯性测量部件从安装座中取出，检查其輸出插头，插针无变形、缩针;

4）测量控制显示器到捷联惯性测量部件的电缆，导通良好，无断线或接触不良，绝缘值符合要求;

做完上述工作，判定系统外围各设备、电缆导通不存在问题，故障应该是出在捷联惯性测量部件上。

为同步观测捷联惯性测量部件CPU运行情况，从捷联惯性测量部件测试接口处连接便地面检测设备，接通惯导系统工作电源，把状态选择开关置于“导航”位置，两分半钟后系统进入导航状态，从地面检测设备桌面程序运行看，显示系统找不到卫星，无法进行组合，没有状态参数显示，只出现“PPS”，如图1所示。控制显示器数据显示区显示纯惯性。出现“PPS”的原因是GNSS接收机处理模块不向导航计算机输出数据包。

至此可以确定故障出现在GNSS接收机或GNSS接收机处理模块两个单元上。把状态选择开关置于断开位置，断开系统工作电源，打开捷联惯性测量部件外壳，检查GNSS接收机处理模块，外观未发现异常，测量GNSS接收机的信号同轴线，导通良好，无缩针。从捷联惯性测量部件上拔出GNSS接收机处理模块，换上相同批次同型号的带GNSS接收机的GNSS接口模块。接通惯导系统工作电源，把状态选择开关置于“对准”位置，从地面检测设备桌面上程序运行看，显示惯性导航与GNSS已经组合上，各种参数输出正常，控制显示器上“准备好”灯闪烁两次后熄灭，数据显示区时钟显示为北京现时，主机进行系统程序自检测，8分半钟后控制显示器上“准备好”灯燃亮，把状态选择开关置于“对准”位置，系统进入导航模式，控制显示器上“准备好”灯熄灭，数据显示区显示“惯性/GNSS”模式，利用功能键检查系统各项参数正常，系统运行40分钟性能稳定。

故障排除后，对捷联惯性组合导航系统进行检飞，科目“航行”，一个架次三个小时，飞行人员反映系统工作正常，与自动驾驶仪系统交联正常，无故障代码出现。

使用和维护建议：

1）捷联惯性/组合导航系统在“对准”模式下，载机必须处于静止状态，机上人员应尽量避免来回移动。

2）在飞机未进入停放位置前，禁止断开正在运行的捷联惯性/组合导航系统，否则系统将不记忆飞机停放位置信息。

3）地面通电时，应保证飞机上安装有蓄电瓶，避免因打开大电流用电设备拉低网络电压，引起系统重启。

4）进入夏天多雨季节时，应加强对GNSS天线的固定和密封性进行检查。

5）进入冬季飞行，在直接机务准备或飞行前，应当对捷联惯性/组合导航系统进行通电预热。

6）每个装备日要检查系统GNSS天线同轴电缆的连接情况，并对系统进行通电检查。