某型组合导航系统故障分析及预防

王红，李礼，乔邦江，方涛，邓松，简武真，廖敬骁

（国营长虹机械厂，广西 桂林 541000）

1 故障情况

某型组合导航系统进行修前功能测试时，发现Z轴加速度计极性Az输出脉冲数不合格，输出脉冲数超出标准范围。整机测试纯惯性导航精度不合格，Z轴加速度计极性Az输出脉冲数不合格将会导致纯惯性导航精度不合格，故部件测试与整机测试结果一致。

2 故障分析

针对部件测试出现的故障现象，以加速度计极性Az输出脉冲数不合格为突破口，按照故障树分析方法，以“加速度计极性Az输出脉冲数不合格”为最初事件建立故障网络，如图1所示，并对各种可能的故障网络中的分支逐项进行研究分析。

图1 故障树

2.1 二次电源模块故障

某型组合导航系统的二次电源工作原理图如图2所示，以27V为基源，通过DC/DC变换，输出惯导系统所需的+5V、±15V、±19V、浮15V等特殊直流电源。其中±15V用于给加速度计供电，若该电压输出不正常，会造成加速度计工作异常，最终表现为加速度计极性输出脉冲数。该电压在对该组合导航系统进行部件联调测试时可以测到，测得该电压为14.99V和-15.03V，符合技术要求。因此二次电源模块故障可以排除。

2.2 量化器故障

图2 二次电源工作原理图

某型组合导航系统的量化器工作原理图如图3所示，接收加速度计输出的电压信号，通过特定设计的V/F变换电路，将电压信号转换为脉冲信号，再通过计数器计数输出脉冲数。量化器模块位于A4板上，通过更换备件（整机测试合格）上的A4板，组合导航系统功能正常，由此可排除量化器故障。

图3 量化器工作原理图

2.3 Z轴加速度计故障

某型组合导航系统的Z轴加速度计为惯性器件，采用±15V供电。该组合导航系统进行部件联调时，对该型组合导航系统进行加速度计极性测试，当Z轴输入为g时，加速度计极性Az输出脉冲数为-146147，而标称值约为-30万个脉冲数；Z轴输入为-g时，加速度计极性Az输出脉冲数为146131，标称值约为30万个脉冲数。更换合格的加速度计后，故障排除。因此可以判断Z轴加速度计故障。

3 机理分析

某型组合导航系统组成结构为将惯性敏感器件陀螺仪和加速度计直接安装在台体上，原理图如图4所示：

图4 惯性敏感器件连接图

组合导航系统中，通过加速度计输出的信号经处理后得到组合导航系统的纵向、横向的加速度信息。之后通过使用上面得到的姿态矩阵把坐标系变换导航使用的动参考坐标系轴向，从而得到。把得到的结果经过算法处理就可以得到组合导航系统的位置、姿态、速度等信息。

该型组合导航系统对准的路线是，通过处理加速度计和陀螺仪的输出信号，从而得到正角速度。把得到的数值提供给姿态矩阵，姿态矩阵就会实时更新，之后通过得到的结果以及加速度计的输出信号计算得到脉冲数。

加速度计极性输出的功能为X轴指向地，脉冲数为正，X轴指向天，脉冲数为负；Y、Z轴指向地，脉冲数为负，Y、Z轴指向天，脉冲数为正。加速度计三轴输入为±1g时，脉冲数绝对值在280000～310000之间。加速度计三轴输入为0g时，脉冲数绝对值小于4000。Z轴加速度计如果出现故障，将直接导致Z轴输出给量化器板的信号异常，从而导致量化器的计数器计数的脉冲值超差。加速度计为惯性器件，容易损坏，在经过长时间贮存后，在整机测试、分解及部件转运过程中，可能使加速度计出现故障，使组合导航系统测试出现加速度计Az输出脉冲数不合格。

4 结语

综上所述，更换Z轴加速度计，拧紧相关连接线缆，对该型组合导航系统进行通电测试，测试性能全部合格，故障排除。为保证经过修理后的组合导航系统各项性能合格，运行稳定，排除潜在故障，对更换了Z轴加速度计的组合导航系统进行环境试验，在试验过程中对组合导航系统性能进行各项性能测试，均能够满是技术指标要求。经分析认为，此组合导航系统的故障机理具有一定的参考价值，针对此类问题应采取以下措施。

（1）避免产品长时间超负荷工作。由于产品工作特性所决定了它的工作能力，超负荷工作会导致器件因本身发热而损坏。

（2）在产品维护中要细心对产品内部灰尘的清理。产品从一个地方移动到另一个地方的过程中会吸附空气中的悬浮粒，在产品通电使用过程中这些悬浮物电离并带电，容易造成产品工作不正常。