教练机综合CNI 系统仪表着陆引导功能噪音问题排查

王顺亮，周志，李晓乐，朱亚萍

(航空工业洪都，江西 南昌，330024)

0 引言

配装教练机的综合CNI 系统在日常地面通电检查过程中，耳机内偶发出现“嘀、嘀”的异常音频。在确认飞机地面未使用无线电测试设备后，通过逐个调整机上各音频通道音量，确定现象为系统中的仪表着陆功能模块输出干扰噪音，工作人员对此开展了相关排查。

1 仪表着陆系统的基本工作原理[1]

仪表着陆系统是一款用于指引飞机沿预定下滑道下滑着陆的无线电系统。 它由地面航向台、下滑台组成（见图1）。 其中航向台装置于顺着着陆方向跑道中心延长线上，它发射两个沿跑道中心线的有一边相互重叠的相同形状的波束（见图2）。 在跑道中心线的左侧波束载频是用90Hz 音频调幅，右侧的波束是用150Hz 音频调幅。 在跑道中心线上，两者调幅度差值为零，随着偏离中心线的角度的增加，调幅度差值逐渐增大。 下滑台的工作机理与航向台类似。

图1 仪表着陆系统地面台示意

图2 仪表着陆系统航向地面台波束覆盖示意

飞机进场时，仪表着陆系统接收到地面台发射的信号， 从中检出90Hz 和150Hz 音频分量进行比较，输出偏差信息。

为了区分台站，用1020Hz 的音频调制到航向地面台发射的载频上，形成导航识别信号，由航向接收机在接收到航向信号的同时，输出一个导航识别信号给音响设备。

2 故障定位

2.1 干扰源排查

根据故障现象，开展机上通电故障定位和排查工作。 经现场测试发现问题如下：

系统稳定上电后，前、后舱耳机内均偶发“嘀”声，每次只出现一声，间断时间不定。 为确定故障现象的具体来源，列出故障树（见图3）进行排查。

图3 异常“嘀”音故障树

按照故障树，在系统CNI 显控盒上分别调整超短波A、超短波B、无线电罗盘、告警、信标、机内通话、塔康、地勤、着陆音量大小，结果发现，仅在将着陆通道音量彻底关死后，耳机内的“嘀”声不再复现，从而确定故障来源于着陆引导系统。由于该型飞机上的着陆通道音量是由微波着陆引导系统和仪表着陆引导系统共用通道，因此在机上现场开展进一步的故障定位。

分别将综合CNI 系统的微波着陆模块和多模导航模块从机架上抽出，进行故障现象监控发现：只有将多模导航模块从机架上抽出后，耳机中偶发的“嘀、嘀”声才消失。 故判断为多模导航模块中的仪表着陆系统功能输出异常的“嘀、嘀”声。 将连接仪表着陆系统天线的射频电缆从设备端断开， 发现故障声音消失，判定系统通过天线接收到外界的电磁干扰。

2.2 外界环境监测

根据系统工作原理，仪表着陆系统在输出导航音频时，必须要接收到工作波道频点上的载波信号。 因此，若仪表着陆系统输出“嘀、嘀”音，则系统模块首先需从天线端采集到108~112MHz 频段范围内的载波信号。

在出现“嘀、嘀”音较频繁的早上，将机上连接模块与天线之间的射频电缆断开。使用频谱仪连接机上天线，同步监控频谱仪上100~120MHz 范围内的外界和机上信号情况和耳机内的声音。经过多次长时间监控发现，断开模块与天线的连接后，耳机内“嘀、嘀”声彻底消失，同时在频谱仪上发现102~106MHz 频段附近存在较强的信号（如图4），整体底噪均存在一定程度的恶化。

图4 100MHz 到120MHz 范围内的频谱

2.3 故障的试验室复现和机理分析

使用试验室搭建仪表着陆系统测试环境，再在数据输出端和天线端分别接入数据监控设备和频谱仪，在故障现象频发的早上，进行干扰模拟复现。 经过拷机测试，试验台耳机内同样出现“嘀、嘀”声，故障现象在试验室得到复现。

1） 误报“嘀、嘀”莫尔斯码的机理分析

监控耳机“嘀、嘀”声时的仪表着陆系统输出数据（见图5），发现多模导航模块向系统传输了一帧有效的航向偏差数据。

图5 系统CAN 总线数据

上述现象符合仪表着陆引导软件设计，即只有在航向数据有效时，莫尔斯码才会识别并输出。 进一步对航向数据和射频幅度进行对比监控，监控数据图谱见图6 及图7。 图6 为航向信号分别经过低通滤波器输出后的幅度值。 可以看出150Hz 分量在一段时间内出现很大幅度起伏。 并且在图7 标记范围内，90Hz信号幅度以及150Hz 信号幅度之和超过调制度门限（射频信号幅度×38%）。 如下所示：

图6 90Hz、150Hz、射频幅度

图7 90Hz、150Hz、射频幅度局部分析

A 点：3365×38%＜1276+162；

B 点：3531×38%＜1404+140；

C 点：3412×38%＜1358+128；

综上可知，A 点到C 点这段范围内，90Hz 信号幅度以及150Hz 信号幅度之和超过调制度门限， 射频航向信号判决有效，莫尔斯码处理程序将干扰误判为有效莫尔斯码信号并通过CAN 总线上传系统，从而导致莫尔斯码误报。

3 故障解决措施与验证情况

航向信号有效通过如下判决条件共同决定：

1） 射频幅度信号大于射频幅度门限；

2） 90Hz 信号幅度与150Hz 信号幅度低于门限；

3） 90Hz 信号幅度以及150Hz 信号幅度之和超过调制度门限。

其中1）条，2）条都是根据航向信号灵敏度状态下，航向信号有效的信号幅度来设定门限的。 通过测试，在航向信号灵敏度状态下，所设置的门限只比灵敏度高6dB，设置的门限不会偏低。

3）条中的门限是根据航向信号的调制度确定的。根据民航附件10，航向信号的90Hz 信号以及150Hz信号调制度之和为40%，因此通过设置调制度门限可以有效抑制低频干扰对数据有效性的影响。 综合CNI 系统的仪表着陆功能由于采用射频直采技术，其接收的信号强度未被衰减， 因此通过进一步测试，当前软件中设置的38%的调制度门限偏低，将调制度门限调整到正常值，提升仪表着陆调制度门限后，经试验室监控验证和机上拷机测试，故障现象消失。

4 结语

受教练机机体体积限制，在新产品首次装机地面测试过程中，由于天线收发引起的干扰问题多有发生。 受机上复杂的电磁环境及恶劣的外界环境影响，无线电系统信号的偏离变化较大，从而造成系统工作异常。这类问题通常难以复现，且不易故障定位，需引起关注，并在出现问题后按故障树逐步分解排查。