浅析机载DME测距设备距离无效故障

宇 峰，韩 冰，黄平安

（航空工业西飞，西安 710089）

1 问题描述

某飞机在进行试飞中空勤反映DME作用距离不达标。通过视频回放，发现两部DME均在360km～385km时出现距离数据无效现象；查看飞参数据，发现两部DME在320km～385km时距离数据有不连续的现象。

2 问题排查

2.1 机理分析

DME测距采用应答式双程脉冲测距原理，DME机载设备发射询问脉冲，地面信标台用做应答器，地面信标台收到询问后延迟t0再发射回答脉冲，机载设备测量询问脉冲与收到回答脉冲的时间间隔，并把此差值转变成距离读数。

通过机上和试验室试验测试发现存在故障的两部DME收发讯机在信噪比比合格DME收发讯机低，飞机在距离地面台320km～385km时，信号电平小于-84dBm，当设备的信噪比低时，正常的测距信号受噪声干扰，信号发生变形导致回答信号捕捉困难，进而影响距离工作不稳定，出现距离不连续的现象。

2.2 影响作用距离的原因分析

DME系统工作于L波段，电波传播特性为直线传播，影响其作用距离的因素有：

（1）地面台的发射功率、接收灵敏度。

（2）机上安装不符合要求。

（3）机载设备发射功率、接收灵敏度、发射频率准确度、天线性能、射频电缆等因素。

（4）设备之间的个体差异会影响作用距离的稳定性。

（5）空中电磁环境干扰。

2.3 设备技术状态检查

通过与其他合格的DME收发讯机和两部故障DME收发讯机技术状态对比。

（1）硬件版本V2.01和V2.00的差异：在低频数据线增加防雷二极管和滤波连接器。

（2）在低频数据线上增加防雷二极管和滤波连接器只是增加设备对外界极端环境下的抗干扰性不会影响设备的测距性能，可以排除DME收发讯机增加防雷和滤波器件带来的影响。

2.4 地面台影响因素核查

根据飞行任务和飞行数据分析，多架次飞行中使用阎良和咸阳地面台，其作用距离均满足技术指标要求，阎良和咸阳地面台发射功率约为1000W（60dBm），在370km时信号衰减计算如下：

Lfs=32.44+20lg370（km）+20lg1000（MHz）=144dB

计算可得出在距离地面台370km处信号强度大约为60dBm-144dB=-84dBm。所以从理论上分析，由于DME收发讯机灵敏度均不小于-90dBm，可以初步排除地面台因素。

2.5 机上检查与试验

对存在问题的2部DME收发讯机安装情况进行了检查，用外场模拟器对相关功能进行了检查。

检查结果：经机上安装检查和试验室对DME收发讯机发射功率、接收灵敏度、发射频率准确度、天线性能、射频电缆进行测试，未发现安装问题和技术指标存在不合格情况。

2.6 试验室测试

在试验室使用内场模拟器对合格DME收发讯机和不合格的2部DME收发讯机按技术要求进行性能对比测试。

从测试结果可以看出，几部DME设备在-75dBm电平时信号质量相差不大，在-90dBm电平时DME1、DME2的信噪比只能达到3:1，而DME3、DME4和合格DME信噪比均可达到5:1，DME3、DME4信噪比虽然达到5:1，但机器本身的噪音电平较合格DME噪音电平高。

当模拟器输出信号电平小于-90dBm时，通过示波器观测信息处理分机对70MHz中频信号在采样检波后存在噪音信号的情况，经测量最大噪音信号半幅脉冲宽度达到1.2μs。而测距软件为了提高抗干扰性能，在对接收信号处理过程中采取的窄脉冲抑制条件为1.0μs，抑制条件过窄导致软件将噪音信号识别为正常信号，造成回答信号译码错误，导致距离出现跳变和丢失。

除此以外，目前软件中AGC控制周期为10ms。在实际飞行过程中，由于飞机姿态变化、空间信号场强变化，设备接收到的信号幅度变化大，如果AGC控制周期过快会造成AGC频繁抖动，影响接收信号幅度变化，最终影响距离测量。

针对出现的距离数据存在闪烁（无效）现象，在试验室对收发讯机进行了进一步测试，发现设备数据闪烁（无效）时间约为0.3s，闪烁后显示的距离数据正确。根据测距设备工作原理分析，造成距离数据无效有两种因素：一是设备在正常工作中无法收发信号造成的距离解算失效，上传距离数据为非计算数据；二是在数据上传给RIU过程中ARINC429总线数据传输错误造成系统显示非计算数据。

按照测距设备详细设计要求，设备周期数据更新速率不超过50ms±5ms。RIU在对设备上传周期数据接收过程中有超时处理，若设备未在150ms内上传ARINC429周期数据，RIU会自动将其ARINC429数据中的状态位置为非计算数据。因此造成设备距离数据闪烁（无效）的原因是由于故障件DME存在ARINC429周期数据丢包超过150ms的现象，不满足测距设备详细设计要求中对周期数据更新速率的要求。

对设备ARINC429总线数据发送逻辑进行排查，设备429数据收发由FPGA控制，其中DSP以50ms周期向FPGA写入发送数据，FPGA收发逻辑在空闲状态循环检测DSP发送据标志以及429接收数据标志，当检测到DSP发送数据标志或429接收数据标志后，转入相应发送或接收操作，发送或接收结束返回空闲状态。当FPGA收发逻辑返回空闲状态时，发送数据标志已被DSP清除，导致需上传的周期数据未发送。

2.7 空中电磁环境干扰

DME测距性能与空中电磁环境有关，当电磁环境恶劣时也会影响DME设备接收的信号，也会造成距离数据不稳定的现象。

3 解决措施

3.1 空中距离数据跳变及丢数据解决措施

通过以上分析，后续对测距设备信号处理软件进行优化，软件更改的措施有以下两条：

（1）对窄脉冲抑制条件进行调整：更改窄脉冲抑制条件，对噪音信号进行抑制。

（2）优化AGC控制：采用压栈策略，更改AGC控制条件，减小AGC变化频率，改善信号幅度跳变。

3.2 DME距离数据闪烁解决措施

4 结束语

通过以上分析，信噪比低是影响DME远距离数据不稳定的原因之一。软件改进后经过试验室测试验证和试飞验证，证明提高DME收发讯机信噪比理论上可以改善DME远距离抗干扰性，进而提高远距离数据的稳定性。