某型无人机卫通天线组合校向故障分析及维修

陆志刚

石家庄海山实业发展总公司 河北 石家庄050208

0 引言

卫星中继超视距链路分系统是某型无人机测控与信息传输系统的重要组成部分，主要完成对无人机的遥控、遥测、侦察及任务载荷信息的超视距传输。卫通地面数据终端和卫通机载数据终端以通信卫星作为中继，进行点对点通信，包括地-星-机前向链路和机-星-地返向链路。卫通机载数据终端接收视距机载数据终端送来的返向链路数据，进行加密后，送调制器进行信道编码、成型滤波、正交调制，输出中频调制信号，经上变频器变为的L波段中频信号，由卫通功放组合内的BUG 模块变频为的Ku波段射频信号，经过功率放大，通过卫星天线组合发向卫星。卫通天线无论是设计、制作还是材料的选择，都应予以高度重视。若卫通天线发生故障，无法对准使用卫星，天线不能正常工作，换句话说，将会使卫通机载数据终端处于瘫痪状态[2]。

1 故障现象

某型无人机在外场进行系统地面联试，地面控制站通过视距链路可对其发送控制指令，卫通天线在校向跟踪卫星时，起初天线旋转的方位、俯仰以及极化轴向驱动正常，然而在初始对星过程中，天线俯仰角度突然增大，并且超过限位保护开关的工作极限位置，致使驱动装置俯仰电机的输出轴断裂，天线转动失灵，不能继续俯仰转动，事实上，俯仰角度已经超过命令指向角度，致使天线损坏不能正常工作。

2 组成及原理分析

卫星中继超视距链路分系统包括卫通地面数据终端和卫通机载数据终端两部分。卫通机载数据终端由卫通天线组合、卫通收发组合、卫通功放组合和卫通电源转换盒等设备组成。其中，卫通天线组合包括天线主副面、馈源、天线座架、伺服控制、Ku低噪声放大器、单脉冲跟踪接收机，其中伺服控制包含驱动装置、方位电机、俯仰电机、极化电机、陀螺、角度传感器等。天线组合主要用于接收卫星卫通天线根据监控指令、GPS信息及惯导信息进行自动对星及跟踪等，主要能够通过初始对星、自动搜索、自动跟踪等流程，驱动天线方位、俯仰、极化轴向自动到位，实现快速、准确、稳定地对准目标卫星，从而建立连接、可靠的卫星通信链路。

3 故障原因分析

通过卫通天线工作原理可知，天线在校向时，止动失效，俯仰角度超限，导致天线工作不正常，考虑到可能受如下2种因素的制约：遥测信号接收异常导致天线故障、伺服控制驱动电机失效引起天线故障。

3.1 遥测信号接收异常的角度分析天线故障原因 跟踪单元输出的跟踪电压可以验证天线能否正常对星。假如跟踪单元的输入信号异常，那么天线监控单元接收的电压就会异常，从而引发误判，是导致天线机械故障的诱因。所以，如果从天线接收前向链路射频信号送低噪声放大器放大，由下变频器变为中频信号，对解扩解调出的下行信号的每个环节进行故障排除，表明校向故障与遥测信号接收无关，就可以针对另外一个因素排查。卫通机载数据终端有监控单元，将BIT 检测结果通过遥测链路传送到地面指控站，通过地面站将系统设置成闭环自检的模式，模拟系统正常工作状态，从下变频器输入频谱，检查接收信号频谱和电平；同时在下变频器输出频谱，检查下变频器频率和中频输入电平，利用频谱仪跟踪输入和输出的电平值，经过验证后输入频率、输出频率，符合系统的设计指标。检查结果表明，信号下行的过程中，从天线到跟踪单元的每个环节，天线都可以正常工作。

3.2 伺服控制驱动电机失效角度分析天线故障的原因 既然遥测信号的接收正常，那么就应检查伺服控制系统，分析是否造成天线发生故障的原因。跟踪单元输出跟踪电压到天线控制单元，当低于天线正常跟踪的设定值时，天线控制单元发出指令，并通过电机驱动装置控制方位、俯仰和极化的电机工作，促使天线寻找遥测信号。轴头上的位置传感器输出测角信号，轴角编码单元把测角信息反馈给天线控制单元，以使天线能够安全运行。在俯仰轴旋转范围的两端，分别装有由行程开关和碰块组成的限位装置，当天线转至极限角度时，碰块触碰开关，切断电源，俯仰停止转动。初步判断俯仰电机故障，为验证是否机械故障导致天线故障，重新更换俯仰电机，卫通机载数据终端再次通电使天线校向对星，然而俯仰电机再次损坏。由此可判断，排除了驱动电机引起天线故障这一因素。

根据故障现象分析，确定驱动装置电路出现故障，只有当电机接收驱动信号异常时才会引起俯仰电机失控，从而导致天线损坏。排故人员在地面利用三用表测量驱动电路无信号输出，电流指针跳动，用手按压与接线柱连接的导线时，输出信号恢复正常，当手松开时设备无信号输出，目视观测管脚焊点存在焊锡过少的现象，用镊子轻轻扳动导线，导线从焊点处脱落，判断存在虚焊现象。至此，判断导致俯仰电机输出轴断裂是由于虚焊造成的，对发生脱焊的几根导线重新焊接，并用放大镜观察焊点，确保符合焊接要求。机载链路数据终端再次通电，天线校向转动正常，上行、下行信号输入/输出正常。

4 结论及措施

通过对本次故障进行分析和研究，从遥测信号接收异常、伺服控制驱动电机失效这两个因素入手，研究故障机理，分析故障原因，最后故障定位，认定是虚焊造成的电子电路故障。查询相关数据及文献资料表明近一半的电子电路故障是由于虚焊造成的，且虚焊不易察觉。针对虚焊产生的一系列原因，应尽量提高焊接质量，同时加强老化筛选试验，尽量将虚焊现象早期暴露或者排除。