机载近距导航系统在连接信标模仿仪时无指示故障研究

季德雨

（大连长丰实业总公司，辽宁 大连 116038）

0 引言

无线电近距导航系统简称近导系统，用于飞行器的航行、着陆和飞行器间导航以及在地面信标台上显示空中情况，包括地面导航台和A 型机载设备两部分[1]。A 型机载近导设备是某型飞行器综合航行驾驶系统的重要组成部分，包括A-001 接收机、A-002 发射机、A-003 测量部件、A-010 飞行器间通信接收机以及A-007 飞行器间导航部件等5 个组件。它通过在极坐标系内的极点内配置地面全向无线电信标，用来测量相对于该信标的极坐标即方位和距离，实现对飞行器进行空地导航。其还能在地面着陆信标群配合下，引导飞行器进行仪表着陆。另外，A 机载近距导航设备还能引导双机和多机集合，进行飞行器间导航[2]。

1 故障现象

某飞行器在大修调试过程中，通电自检时，维修人员发现机载近距导航设备在导航、着陆、飞行器间导航状态下均无良好信号显示，指示器（航道罗盘）上距离计数器遮盖不打开。通过JDM 近导信标模仿仪检查近导系统工作能力时，上述三个状态下航道罗盘均无指示。

2 近导系统的三种工作状态及工作原理

近导系统工作时，具有导航状态、着陆状态以及飞行器间导航状态。这三种工作状态的工作原理分别如下。

2.1 导航状态

近导系统的导航状态用于飞行器沿航线飞行，并与地面信标配合使用。在这种状态下，机载近导设备用于测量相对信标的方位和距离。

地面信标天线以每分钟100 转的速度转动，并对作用在信标范围的飞行器进行照射。为了使飞行器上的数字计数器与信标旋转天线转动同步，利用机载近导设备接收“ 35 ”“ 36 ”基准信号在指“北”方向重合时开启计数器开始计时，此时刻记为t0，在t1时刻接收到方位信号时，计数器停止计时。由于信标天线转速已知，取：

可计算出方位角：

因此，只要在飞行器上测得其时间间隔，即可转换成方位角。

在导航状态下，近距导航系统距离的测量是通过脉冲测距技术来实现的，即用询问信号从飞行器向地面台站和应答信号从地面台站向飞行器传播的总时间来测定。其测量原理是，A-003 测量部件的距离测量电路发送重复频率约30 Hz 的触发脉冲，该脉冲促使A-002 发射机工作并形成距离询问代码脉冲对。在发射机工作的同时，计数器开始计时。此距离询问代码经AOC天线馈电系统发射出去。地面接收机对所接收到的高频测距信号进行译码，然后在地面台站编码器内编码，形成应答信号。编码后的信号触发地面应答发射机发射应答信号，机上天线馈电系统接收此信号后送到A-001 接收机输入端并进行转换和译码，送入A-003 测量部件后触发计数器停止计数。A-003 将测量的时间间隔处理成距离值，便实现了相对信标的距离测量。近导系统在导航状态下测量方位与距离的原理如图1所示。

图1 导航状态方位、距离测量原理框图

2.2 着陆状态

在着陆状态下，机载近导设备与地面着陆信标群配合使用，用于测定水平面的航向、垂直面的下滑偏差以及飞行器到着陆信标点的距离。

飞行器相对着陆航向，是通过航向无线电信标配合工作进行测定的。航向信标用来形成跑道中心线的预定航线，利用空间两个交叠的方向性图所形成的等强信号来给定航向。当飞行器沿航向下滑时，它接收到的左右波瓣辐射信号相等，航道罗盘[3]指针自然停在黑圈中心；当飞行器偏离着陆航向一侧时，接收到左右波瓣辐射信号不再相等，航道罗盘指针随之产生偏向。飞行器相对下滑线位置测定原理与飞行器相对着陆航向位置测定原理相同，只不过下滑面是利用下滑信标在垂直面上的等强信号区来给定的。

在着陆状态下，地面着陆信标群配合机载近导设备工作，其距离测量原理与导航状态相同，如图1 所示。

2.3 飞行器间导航状态

飞行器间导航状态用于双机会合或多机集合。机载近导设备根据飞行器在此过程中的作用不同，可工作于不同状态。其中，测量状态用于测量本机到长机的距离及本机纵轴零航向，转发状态可为其他飞行器提供距离应答信号，“测量-转发”状态则实现测距和转发两种功能。

在飞行器间导航状态下，距离测量也是根据“询问-应答”原理来实现的。A-003 测量部件产生重复频率为60 Hz 的脉冲，该脉冲触发A-002 发射机工作，并用3 脉冲代码进行询问信号编码，高频脉冲询问信号经A-002 发射机和天线馈电系统辐射出去。A-010 接收机将所接收到的高频信号进行变换、译码、延迟及再变换后，沿应答通道送入A-002 发射机。A-002 发射机采用2 脉冲对应答信号进行编码，将应答信号经天线馈电系统辐射出去。应答信号送到接收机输入端，经变换译码形成飞行器间导航测距回答脉冲。这些脉冲信号通过A-003部件，对时间间隔与询问信号进行运算，便可测量出两飞行器间的距离。

零航向指本机的纵轴延长线方向。在飞行器间导航状态下测定协同状态飞行器的零航向，保证双机在空中汇合和多机集合。每架飞行器都装有方向性图相同的左、右天线，两天线在空中形成与飞行器纵轴相重合的等信号区。测定纵轴零航向时，机上右天线和左天线依次用天线转换器接到A-010 接收机输入端上，信号从接收机送到A-007部件，并将其转换成与振幅差值成比例的直流电压，通过航道罗盘的航向指针便可确定偏离零航向的角度大小。如果长机接收左、右天线信号强度不相等，则说明长机不在零航向。根据航向指针的指示可以判定偏左或偏右及偏离零航向角度的大小。飞行器上同样设有前后两天线，用于判定飞行器的前方还是后方，测定原理同零航向测定相同。图2所示为近导系统在飞行器间导航状态下测量两机间距离的原理。

图2 飞行器间导航状态距离测量原理框图

3 故障分析与定位

3.1 故障诊断分析

JDM 近导信标模仿仪是检查A 型机载近导设备各种性能指标的专用仪器[4]。其在“导航”与“着陆”状态工作时相当于地面无线电信标台，在“测量”与“转发”状态工作时，可模拟编队飞行中另一架飞行器的机载近导设备的全部功能[5]。

机载近导设备在“导航”状态工作时，发射机A-002 发射高频测距编码信号，接收机A-001 接收地面信标台站信号，测量部件A-003 测量信标台方位和距信标台的斜距。上述三个组件中任一组件发生故障，均可导致信标模仿仪检测近导系统的“导航”状态工作时航道罗盘不显示方位与距离。具体故障组件可根据A-33 检测台的指示灯的显示情况进行定位。此外，如果A-001、A-002 的辐射功率过低或天线馈线系统故障，导致测距信号无法正常收发，也会造成航道罗盘无指示的故障。

由于机载近导设备在“着陆”状态时的距离测量原理与导航状态相同，且测量航向和下滑偏差时参与工作的组件也为A-001、A-002 及A-003，所以造成“着陆”状态航道罗盘无显示的可能原因有：发射机A-002 故障或功率下降，接收机A-001 故障或灵敏度下降，测量部件A-003 故障以及天线馈线系统线路故障。具体故障件的排除可根据A-33检测台和A-005 控制盒的指示情况进行分析。

在“飞行器间导航”状态时，无线电信号由组件A-002 和A-010 进行发射和接收，由组件A-003测量两机间的距离，而飞行器间导航部件A-007 专门测定飞行器间协同动作的零航向。上述组件故障或天线馈线系统线路故障，均可能造成机载近导设备连接近导信标模仿仪时在“相互坐标测定”（机上“飞行器间导航”）状态下的工作异常。

另外，查阅该飞行器无线电导航电路图册得知，机上无线电静默开关可以通过A-33 发出+27 V的“信号隐蔽”指令，其工作时发射机A-002 也将不能发射信号，导致JDM 近导模仿仪无法检测机载近导设备在“导航”和“着陆”状态的工作能力。

3.2 故障点定位与排除

综合上述诊断分析，结合机载近导设备的外部交联情况，可将产生此现象的故障点的最大可能性定位至AOC 天线馈线系统和发射机A-002。由此，在机上接通近导系统和天线馈线系统开关，按下天线馈线系统的检查控制盒A-005 上的“灯检”按钮，检查系统供电和6 个信号灯指示情况，发现信号盘上的1～7 号灯亮，信号灯良好；而后按下检查控制盒上的“自检”按钮，信号盘4，5，6 号灯亮，其余信号灯灭。因飞行器天线馈线系统改装后4，5，6 通道无输入，自检时灯亮是合理现象[6]，故天线馈线系统工作正常，排除该系统故障的可能性。拆下测距询问发射机A-002，将插头清洗后喷涂防氧化保护剂，待10 min 后将组件重新装机，检查机载近导设备工作性能时发现故障依旧。换装另一套A-002 组件继续测试近导系统的工作性能，系统上电后自检良好，连接模仿仪时一切显示正常。

进一步测试故障件，将拆下的测距询问发射机A-002分解后深度检测，通过功率计测试发射功率，发现数值小于100 W，远小于性能数据规定的发射功率P（0.5～1.5 kW），因此故障定位至发射机内高频功放电子管G-41。更换该电子管后，通过产品测试仪检测原测距询问发射机A-002，各性能指标均良好。至此，故障排除。

4 结语

作为飞行器航行驾驶综合系统的重要组成部分，A 型机载近距导航系统自身包含的部件较多，外部又要与AOC 天线馈线电系统、A-31 导航计算机及A-72 航道罗盘仪表进行通信，各状态工作过程较为复杂。在使用和维护过程中遇到产品性能故障时，维修人员要认真分析各组件的工作原理以及系统间的交联情况，在此基础上通过串换组件或测量电路等方法逐一排除故障。

建议在飞行器维修过程中进行近距导航系统工作性能检查时，一线操作者要严格遵守机载近导设备技术使用手册的规定，在高温、高湿环境下通电时做好通风、除潮工作，避免通电时间过长；定期检修需要更换组件时，要遵守静电保护规则；同时还要注意JDM 近导模仿仪操作说明的条款，避免因设备使用不当而造成飞行器故障。