综合航空电子系统故障管理研究

田宇飞

石家庄海山实业发展总公司 河北石家庄 050000

1 航空电子系统的概念

航空电子系统指安装在飞机上或悬挂在飞机上的所有电子和机电系统及子系统（含硬件和软件）。包括完成任务所需的传感器、信号与数据处理与管理、显示器等一系列子系统的综合，子系统诸如：通信导航识别、惯性导航、显示与控制、任务管理、雷达、电子战、大气数据系统等。航空电子系统涉及到通信、导航、识别、飞行管理、大气数据、雷达与光电探测、电子战、火力控制、任务管理、显示控制和系统软件等功能设备或功能模块，其成本通常占飞机成本的40%-70%。

航空电子系统可分为通用航空电子系统和任务航空电子系统两部分。前者是飞机为完成正常飞行任务所必须装备的电子系统。包括无线电通信系统、导航系统、飞行控制系统。后者是飞机为完成某种特定任务而装备的电子系统，包括火力控制系统、侦察监视系统、电子战系统、数传系统。

2 航空电子系统故障管理研究分析

2.1 综合航电BIT设计

合理选择BIT测试项，同时从元器件选取、完善生产工艺等角度提高BIT电路设计的可靠性，减少BIT电路自身故障带来的虚警。一般要求模块BIT电路的可靠性比功能电路的可靠性高一个数量级。合理选取测试容差。由于机内测试的局限性，BIT的测试精度不可能达到检测仪器的精度水平。

此外，还需要考虑使用过程中产品面临的恶劣环境因素影响，如高温、高湿、气压变化、振动冲击、电磁干扰和电源波动等。以上因素在容差设计时必须考虑，避免或减少虚警。采取必要的防虚警手段，针对环境干扰造成的瞬态故障或间歇故障，在BIT设计时一般采用多次判决或延时判定的方法。在研制阶段，模块承制方需要开展BIT设计验证，通过模拟注入电路故障测试模块BIT的容差/门限以及防虚警措施是否合理有效。在生产及使用阶段，对外场反馈回来的模块BIT设计缺陷，需要及时定位原因，并进行设计改进。系统内部信号交联和故障相关性导致的I类虚警主要在系统层次解决。同样采用基于模型的方法，利用测试性建模输出的相关性矩阵（D矩阵），结合系统先验故障概率计算系统中各元件的后验故障概率，以后验故障概率最大为故障定位的准则，并利用拉格朗日松弛算法进行求解，最终识别真实的故障原因，达到消除级联虚警的目的。虽然在模块层次可采取一些技术手段减少II类虚警的产生，从工程实践来看，由于综合模块化航电系统的模块配套厂家众多，且技术水平参差不齐，航电系统内部模块上报到系统的BIT虚假故障指示很多，模块BIT虚警已经成为飞机外场虚警频发的主要原因和机载电子系统故障诊断的难点[1]。

2.2 FTA综合分析方法的应用

故障树分析（FTA）是一种演绎性的失效分析方法，广泛应用于系统安全性评估工程领域，以揭示系统失效的原因。故障树分析中分析人员从某一特定的不希望事件（顶事件）开始，在低一级的下一个层次上，系统地确定系统功能模块中可能导致该事件发生的、全部可信的单一故障及失效组合，并逐级向下展开分析，最终相继通过更细化（即低一层）的设计层次揭示出所有的初级事件或满足该顶层危险事件的要求为止。

ECU是由两台名为通道A与通道B的电子计算机组成，其主要功能是实现发动机控制计算以及监控发动机状态。通道A和通道B完全相同并且同时工作，但各自独立运行。通道A和通道B接收输入信号并分别进行信号处理，但是只有一个通道实施控制，输出指令称为主用通道；另一个通道称为备用通道。为提高ECU的可靠性，通道A与通道B通过交叉通道数据链（CCDL）连接，这使得两个通道内的输入信息互通，即使一个通道的重要输入信息输入失效时，也能保证ECU正常运行[2]。

航空发动机的控制与调节功能主要由FMV来完成，其通过ECU由力矩马达控制并借助解析仪将FMV位置信号反馈给ECU。因此FMV本身故障、FMV力矩马达故障以及ECU控制逻辑输出信号丧失都可能导致LOTC事件，ECU控制逻辑输出信号丧失又分为两种信号丧失情况。

2.3 DIMA动态重构技术

DIMA动态重构技术可以使飞行器充分利用功能冗余来进行系统重构，使其快速适应故障或特殊任务环境，因此动态重构技术可以降低航电系统对硬件资源余度的要求，允许飞行器在出现大规模故障或战斗损伤的情况下，仍能保证一定的飞行能力，使飞行员继续完成任务或安全返航。因此，当PHM系统检测到航电系统资源退化或功能变异时，依据系统硬件资源的有效性，面向任务需求进行资源重组，可使航电系统以最优方式为任务的完成提供服务。

DIMA通过分布式实时通信网络在分布式处理单元和各个功能模块间传输数据，同时应用程序间通信和I/O处理技术使得系统中能够集成多个应用程序，并且在应用程序间保持强大的时空分区。因此DIMA实现了I/O处理模块与应用处理模块在物理层次上的严格隔离，形成了天然的故障传播壁垒，此外，远程数据集中单元可用于与下一个通信系统处理单元交换I/O数据，层次化的体系架构降低了布线及系统的复杂度，处理单元间的数据共享降低了所需的总体系统处理功耗及所需硬件[3]。

3 结语

航空电子系统分层故障处理模式便于系统的集成，新技术及新方法的导入及运用，能解决传统方式下故障不分级、不可自动恢复等高耦合问题，实现综合航电系统故障的自动收集、过滤和分层接管等，降低了飞机的维护成本并提升了整机的系统安全性，这一设计已在大量实践中得到了充分认证和应用。