航空相机补偿板的检测

王智儒，杨成禹，安志勇，刘宝平

(长春理工大学 光电工程学院，长春 130022)

补偿板是航空相机光学系统的重要组成部分，并且直接影响成像质量好坏，成像质量是航空相机的最重要功能指标，并且航空相机工作时恶劣的载机条件和环境条件，会引起相机产生各种故障。故障诊断技术基于专家板的诊断技术、基于人工神经网络的诊断技术、基于故障树分析的诊断技术、基于实例推理的诊断技术等［1］。利用故障树分析法对航空电子设备故障状态进行深入的分析，便于维护人员了解设备的内在联系，清楚航空电子设备内零件、部件、分机的故障关系，以及外部因素与航空电子设备间的故障关系，增加维修保养的针对性，缩短排障时间。

1 补偿板检测原理

图1 航空相机电控系统的工作流程框图Fig.1 The electronic control system of aerocamcra work flow diagram

根据检测的需要，了解航空相机电控系统的工作流程，如图1所示。根据图1所示的航空相机电控系统设计补偿板检测系统，其检测原理，如图2所示。首先基于故障树分析法建立补偿板故障树模型，其次对航空相机补偿板故障树的最小割集施加已知定量的激励信号，测量补偿板的经过处理过的实际信号输出值，最后，将利用补偿原理［2］所计算的理论值与实际信号输出值进行比较，可以精确的判断出补偿板的故障。

2 补偿板故障树模型的建立

图2 补偿板检测原理框图Fig.2 Block diagram of testing for compensation board

故障树分析法［1］的关键是建造故障树，故障树建造的完善程度直接影响定性分析和定量计算结果的准确性。因此它要求分析人员把握板的内在联系，了解各种潜在因素对故障影响的途径和程度，以便在分析过程中发现问题，找出零部件故障与板的逻辑关系，以确定板的薄弱环节［3］。

图3 航空相机补偿板的故障树Fig.3 Aerocamcra compensation board'fault tree

本相机补偿系统采用下行法［1］进行分析，即根据故障树的实际结构，从顶事件开始，逐渐向下寻找，找出割集，这样一直向下寻找，直到找到最小割集为止。最后根据建树的步骤［5］得到的补偿板的故障树如图3所示。

从图中可以分析出相机补偿板的故障模型为：

表1 相机补偿板故障一览表Tab.1 Aerocamcra compensation board fault list

其中各个符号代表意思如1表所示。

从上述关系可知，最小割集为 X11、X12。因此只需对补偿电机驱动电路和与指令系统通信电路进行检测。

3 相机补偿板的检测系统硬件设计

根据相机补偿板的工作环境，补偿板检测系统采用测试激励信号仿真技术［4］对航空相机补偿板的输入信号进行模拟。以PC104工业控制计算机做为检测系统的控制核心，以 PM504板卡做为 PC104总线与RS422总线协议转换的接口板卡，以PM515板卡做为被测的补偿板输出的信号采集板卡，信息输人通过定制键盘输入，定制键盘采用开关矩阵方式构成。按键信息通过KP-2000接口芯片转换为标准键盘接口时序，然后送入检测系统的主控系统供其识别。信息输出采用了标准TFT显示器，由主控系统在TFT显示器上显示各类检测提示信息、检测过程信息及检测结果信息。

3.1 相机补偿板与指令系统通信的检测

针对相机补偿板与指令系统通信的检测，检测系统采用握手信号的方式进行检测。事先约定好握手信号，然后由PC104主控系统模拟指令系统向补偿板发送已知的请求信号如“aa”请求通信，信号被PM504板卡转为RS422协议信号进行传输，补偿板收到“aa”指令后，向主控系统返回指令信号如“55”，主控系统就是通过判断所返回的指令来检测主控系统跟补偿板之间的通讯是否正常，其结果显示在显示器上。其硬件电路部分图如图4所示。

图4 补偿板与指令系统通信的检测电路部分图Fig.4 The part of detection circuit map of compensation board communicated with the instruction system

3.2 补偿电机驱动电路的检测

针对补偿电机驱动电路的检测，检测系统采用理论值与输出实际测量值的比较进行检测。首先通过矩阵键盘向指控系统输入指令和参数，主控系统根据输入的指令和参数信号向补偿板发送指令和参数信号，信号经PC104总线传输到 PM504板卡，PM504板卡将信号转化为 RS422总线协议进行传输，补偿板在接收到信号时，根据所接受的指令和参数驱动步距角为1.2度的步进电机，步进电机的转子上连接一个4.7K（10圈）的电位器，电位器在此充当系统中的反馈环节，它将步进电机的角位移转换为电压值，PM515板卡将电位计产生的模拟电压值转换为计算机所识别的数字信号。该数字信号被送往主控系统，由主控系统对数字量进行处理分析，与理论值比较判断补偿电机驱动电路是否存在故障。如图5所示。

图5 补偿电机驱动电路的检测电路部分图Fig.5 The part of detection circuit map of compensation motor control circuit

图6 补偿板检测流程Fig.6 Compensation board inspection process

4 相机补偿板检测系统软件设计

当检测系统开始检测时，由主控系统控制向补偿板供电，然后通过串行总线接口单元模拟指令系统的通信信令关系与补偿板进行总线通信，以检测其通讯性能；再向补偿板发送控制指令和控制参数，并通过采集电路单元（PM515板卡）对补偿板输出信号进行采集，最后对输入到主控系统（PC104板卡）中进行信号处理，与理论值进行比较，从而精确判断补偿板是否存在故障，检测完毕后，在主控系统控制下关闭检测。补偿板检测流程如图6所示。

用检测系统对补偿板进行检测实验，其检测结果如图7所示。

图7 检测系统实验检测结果Fig.7 Detection system test results

5 结论

基于故障树原理分析法对航空相机补偿板可能出现的故障进行分析，建立故障树，分割出最小割集，采用测试激励信号仿真技术和航空相机像移补偿原理所计算的理论关系式，对最小割集进行诊断和分析。这样不但能对补偿板故障进行检测还能分析出其是否能满足实际需要。实验表明该检测系统能对相机进行快速的故障诊断，同时还能对相机补偿板的性能进行评估。

［1］胡昌华，许华龙.控制系统故障诊断与容错控制的分析和设计［M］.北京：国防工业出版社，2001.

［2］肖姝.航空相机的像移补偿［D］.中国优秀硕士学位论文全文数据库，2008.

［3］Sohn S D.Seong P H.Quantitative Evaluation of Safety Critical Software Testability Based on Fault Tree Analysis and Entropy［J］.Systems and Software，2004，73（2）：351-360.

［4］王恒霖，曹建国.仿真系统的设计与应用［M］.北京：科学出版社，2003.

［5］李丽娟，杨成禹，田成军，等.航空相机主控板故障诊断技术研究［J］.长春理工大学学报：自然科学版，2008，31（9）：28-30.