基于机载ARINC429 总线输出的纬度差数据异常判定与处理

李波 姚金彪

某型飞机惯导系统（以下简称惯导）与综合显控系统采用ARINC429 总线进行通信，交互数据的准确性直接关系到引导飞行的准确程度，故在飞机修理后的调试阶段，测试和验证在总线上传输的关键参数，是机载设备完好性测试的重要环节。

在某型飞机地面联调时发现综合显示器（以下简称综显）上纬度差数据异常，基于此典型故障，通过分析纬度差信号的产生过程，结合总线数据传输和解算的机理，对异常数据进行逐级判定，最终成功定位并解决故障。

一、ARINC429 总线通信在机载产品上的应用

（一）总线通信概述

随着数字计算的发展和微型计算机的出现，机载航空电子产品的数字化发展迅速，产品由单一化发展为系统化，子系统各产品间的数据交互显得尤为重要，系统之间采用ARINC429 数据总线形式进行通信和数据交互便随之应运而生，并已成为当前机载产品通信应用的主流，既提高了信息传输的可靠性和精度，又降低了模拟传输的高成本。

ARINC429 数据总线通信运用双极性归零制的三态调至码方式，即BNR 码，调制信号由“高”“零”和“低”转态组成的三电平状态。在ARINC429 数据总线的设定中，总线上传输的基本信息单元是由32 位构成一个数据字，其数据字有5 种应用格式。

（二）总线运用的典型代表

ARINC429总线在航空电子各系统产品上得到广泛应用，特别适用于子系统数据间的交互，例如机载惯导系统与综显系统。以某型机装载的惯导为例，其计算输出的航向角、地速、即时经纬度、经度差、纬度差等参数等多种导航信息是辅助飞行和实现自动驾驶时不可或缺的参数，通过ARINC429 总线输出后显示在综显和其他飞行指示仪表上，可有效的指示当前飞行状态，有助于飞行员掌握飞行信息。

二、惯导纬度差

（一）惯导纬度差的定义及误差要求

1.纬度差的定义

纬度差，顾名思义，即纬度的差值，在惯导的数据定义中，纬度差特指惯导计算的当前飞行位置的纬度与该点标准纬度的差值，用于对惯导计算的即时经纬度进行校正，从而保证长航时的导航精度，避免导航数据随使用时间延长而持续发散。

2.误差要求

当飞机在地面或空中处于纯惯性状态时，方可进行校正操作，不满足纯惯状态则无法进行校正操作，纬度差数值应满足惯导的误差指标要求，纬度差的误差要求为不大于20′，大于指标要求则无法进行校正。

（二）纬度差数据的触发

在机上进行校正操作时，待惯导进入纯惯性状态后，通过操作多功能控制板按键进入综合显控计算机的维护界面，按压“校正”按键，惯导计算机收到命令字和航路点号后，将计算惯导与校正点的经度差和纬度差，并向综合显控系统发送，若满足校正要求，经过确认后校正命令执行可完成校正，输出校正后的位置信息；若误差值超过校正要求，不能完成校正操作；若不进行校正，按压“返回”或20s 未进行校正确认，校正取消。

三、纬度差数据异常判定与处理

（一）数据异常案例

某型飞机在地面开展惯导与综合显控系统交联测试时，在综显维护界面纬度差数值显示为140°，且数值在不断跳变中，判定该现象为异常状态，需对此异常现象进行处置。

（二）异常处置

根据上文纬度差的触发原理，结合ARINC429 数据总线的故障模式，逐一对异常点进行排查。本次异常现象的处置中，利用总线监控设备对发送端和中间过程ARINC429 总线数据进行监控和读取，具体处置如下。

1.惯导计算实时位置的误差排查

如果惯导出现性能下降，计算的当前位置经纬度与标准值相差大，将会导致纬度差数据异常。

结合地面测试数据分析，惯导经过30min 静态导航测试，速度和位置信息无跳变，与当前点标准经纬度误差不大于1′，表示惯导工作在正常状态，可以排除惯导性能下降导致的纬度差显示异常故障。

2.惯导总线数据输出的排查

如果惯导通过总线输出的纬度差数据异常，通过显控计算机解码后显示的数据也将异常，将会导致纬度差数据异常。

在惯导ARINC429 数据总线的设定中，纬度差的标号060，发送速率为100Kb/s，码制为BNR。利用总线监控设备对惯导总线输出的纬度差数据进行判读，在无校正命令时，总线监控设备读取的纬度差数据为空值，通过程序命令使惯导开展校正测试时，惯导设定发送的纬度差数值为0.2°，经总线监控设备读取的纬度差数据为0.2°，与设定值一致，故可以排除惯导总线输出异常导致的纬度差显示异常故障。

3.显控计算机硬件解算的排查

如果显控计算机接收总线数据后解算出纬度差总线数据异常，再输出显示到综显时，综显将会显示异常的纬度差数据。

根据显控计算机的工作原理，需将接收的惯ARINC429总线数据进行转换，并输出给各个参数单元，同步进行显示。结合机上通电的情况，更换惯导时，纬度差数据依旧跳变，而将显控计算机互换位置后，数据跳变随某一件显控计算机出现，可初步判定显控计算机是导致数据显示异常的源头。

再通过对显控计算机进行单独测试，着重测试显控计算机数据解算的正确性，再根据硬件排查，由惯导输出给显控计算机的总线数据不存在转换异常现象，故可以排除显控计算机内部ARINC429 总线解码硬件的故障。

4.显控计算机软件逻辑的排查

如果显控计算机内部软件对纬度差的判据设定逻辑异常，未能有效识别惯导是否为有效校正状态，综显将会显示异常的纬度差数据。

通过空中实验和地面实验，空中校正时纬度差显示数据正常，数值输出未超标且不跳变，地面状态纬度差仅在维护界面时显示异常，依据显控计算机内部软件的运行逻辑，发现未有效区分空中状态和地面测试状态，地面仅测试状态时纬度差数据为特定值，不进行测试时为无效数据，需对其进行优化处置，故最终确定显控计算机软件逻辑错误导致纬度差数据异常无法排除。

（三）故障机理分析及改进

综上分析，这一起惯导纬度差数据异常的原因在于综显计算机对ARINC429 总线数据中纬度差数据的优化处理逻辑异常，在校正命令无效时，综合显控计算机未能有效对维护状态和测试状态下纬度差的数据进行区分和优化处理。通过反馈原厂，根据纬度差数据的产生机理对显控计算机内部软件提出以下优化处理流程（见图1），将校正命令的触发作为显控计算机最终输出经度差和纬度差数据的判据，通过修改校正判据后，经度差和纬度差数据在地面测试状态时得到有效优化，解决了数据异常和跳变的问题。

图1：更改后的软件逻辑流程

四、总结

通过分析子系统地面交联测试时发现的纬度差数据异常故障，依据纬度差的计算和触发原理，梳理惯导ARINC429总线传输流向，对数据异常现象进行深入分析，最终确定故障原因并提出有效解决办法。