波音787-9飞机GPS周期翻转故障现象及处理

■ 陈岷/北京飞机维修工程有限公司

0 引言

相比之前的客机，波音787-9型飞机采用了很多先进的技术，在导航系统方面，该机型将传统的甚高频全向信标（VOR）、仪表着陆系统（ILS）、指点信标（MARKER BEACON）、GPS着陆系统（GLS）和GNSS（GPS）系统集合在一起，称为综合导航无线电系统（Integrated Navigation Radio System，INR），主要功能是为飞机提供导航信号和时间/日期基准。下面简要介绍INR系统工作的基础知识，以及对GPS系统周期翻转故障现象的处理过程。

1 INR系统基础知识

1.1 INR系统的简单描述

图1 波音787-9飞机综合导航无线电系统原理图

图2 综合导航无线电接收机安装位置及实物图

根据图1、图2可以简单描述INR系统。图1是787-9型飞机综合导航无线电系统原理图，图2给出了INR接收机的部件外观。INR接收机安装位置在E2 RACK设备架、E8 RACK设备架，天线主要安装在机身外上部。INR系统通过机身上的天线截获VOR、ILS、MARKER BEACON、GPS等导航无线电信号，由INR接收机处理后，发送给综合监控系统处理器（ISSPU）、地球基准系统（ERS）、飞行内话系统（FIS）、飞行控制系统（FCE）等，这些系统利用导航信号、GPS时间和位置信号，为飞机提供导航。INR接收机的28VDC电源来自飞行控制电子组件（FCE）。

1.2 GPS系统时间周期及787-9飞机获取时间和日期方式

全球导航定位系统（GPS）的时间是通过“周数”+“周内秒”的方式编码的，GPS系统设计之初分配给“周数”的字长为10比特位，即GPS系统只能表示0～1023周，GPS系统运行时间超出1023周后，“周数”会发生溢出翻转，即从0开始计数，从而导致接收机直接解算出来的时间回退到1024周之前。这一问题是由GPS系统本身的设计决定的，在GPS系统整体升级之前，每经过约19.7年便会发生一次周期翻转事件，历史上GPS系统第一次发生翻转的日期为1999年8月22日，第二次周期翻转日期为2019年4月7日零时。

波音787-9型飞机通过INR内的GNSS功能，在飞机通电后开始搜索GPS卫星信号，当信号被截获后，自动更新飞机时间和日期。该时间和日期显示在飞机主显示器上，并作为飞机其他系统的时间和日期基准。

2 787-9飞机GPS周期翻转故障现象及处理

2.1 故障现象

2019年4月7日，北京时间上午8：00（UTC时间零点）后，某航空公司787-9机队共6架飞机通电遇到GPS“周期翻转”问题，如图3a）所示，飞机主显示器上显示当前日期为1999年8月22日，即第一次GPS周期翻转的日期，而在8：00前已完成通电的其他飞机则显示正常。初步分析认为，飞机在GPS周期翻转后通电，INR内的GPS模块接收错误的日期信号并提供给飞机系统作为日期基准，导致飞机时钟系统显示日期错误。8：00点前完成通电的飞机由于在通电时尚未发生周期翻转，系统日期显示正确，当到达周期翻转时刻时，飞机时钟系统使用自身的计时功能，不再与卫星信号同步，因而没有接收错误的日期，可以正确显示日期。

根据波音公司发布的多运营商信息（Multi Operator Message），当飞机系统使用错误的日期时，将有以下安全隐患：

1）飞机的导航数据库显示超期。

2）飞机数据记录器和话音记录器记录的日期出现错误。

3）飞机的故障历史记录出现错误。

4）飞机健康管理（AHM）出现错误。

5）飞机发动机监控数据无法获取。

6）飞机气象雷达在80海里范围时可能显示过强或过弱。

7）地面管制员和飞行员数据链通信（CPDLC）在欧洲区域使用航空通信网络（ATN）时出现连接困难。

8）飞机的机上数据装载功能（ODLF）不可用，无法进行软件装载。

2.2 排故方法

1）根据图4的材料信息制作跨接线，制作好的跨接线如图5所示。

2）如图6所示，从飞机的前货舱接近，拆下前壁板后可见插头D4375PA（见图7）和接线桩TB00025-1Q01（见图8）。

图3 787-9驾驶舱主显示器

3）通过电路断路开关（Circuit Breaker）断开左右INR电源，将插头D4375PA从D4375JA插座上脱开，将跨线的插头端（BACC65AN2FAB）插入D4375JA插座。

4）将跨线的红线端插入TB00025-1Q01接线桩的“A”口，将跨线的蓝线端插入TB00025-1Q01接线桩的“B”口。

5）通过CDU进入MAINT页，手动在日期栏输入当前日期，在时间栏输入00/00/00，由于此时INR电源已被隔离，不会自动搜索GPS信号，飞机系统时间和日期以手动输入的为准（即显示为当前日期和0时0分0秒）。

图4 跨接线制作材料及原理图

图5 制作好的跨接线

图6 前货舱接近壁板位置图

图7 D4375PA插头实物图

图8 接线桩TB00025-1Q01实物图

6）闭合左INR的电源，左INR供电，开始自动搜索GPS信号，大约5min后左INR接收到GPS信号，自动更新飞机时钟，显示正确日期和时间，完成GPS周期翻转错误的故障排除。

7）修正右INR的日期时，只需将右INR拆下，装到左INR的位置，重复以上步骤即可完成修正。

3 结束语

尽管在GPS周期翻转前数月，波音公司已经发布通告称所有型号的飞机已经完成系统升级，不会受到GPS周期翻转的影响，但在实际运行中仍然出现787-9型飞机的日期显示错误问题。本文介绍的故障处理方法可帮助航空公司解决787-9型飞机此类问题并对库存航材进行在翼修正，既能解决飞机运行的问题也可缩短航材送修时间，提高飞机可用率和航材的周转率。