某型機(jī)綜合備份儀表俯仰刻度帶抖動(dòng)故障分析

某型機(jī)綜合備份儀表俯仰刻度帶抖動(dòng)故障分析

內(nèi)容Summary：針對(duì)某型機(jī)空中飛行時(shí)，飛行員反映在飛機(jī)平飛及穩(wěn)定爬升過(guò)程中綜合備份儀表顯示的俯仰角有跳變，跳變幅度約為1°，致使該問(wèn)題嚴(yán)重影響飛行安全，通過(guò)對(duì)綜合備份儀表系統(tǒng)工作原理的分析，探究該現(xiàn)象的根本原因和解決方法，保證飛機(jī)飛行安全。Keys：綜合備份儀表

顯示軟件

故障分析1引言綜合備份儀表由綜合備份計(jì)算機(jī)和綜合備份顯示器組成。綜合備份儀表是獨(dú)立的大氣數(shù)據(jù)信息測(cè)量與綜合顯示設(shè)備，能夠通過(guò)大氣傳感器感測(cè)全靜壓系統(tǒng)的全壓、靜壓氣壓管路信息并計(jì)算得到運(yùn)輸機(jī)的氣壓高度、指示空速、升降速度等信息，并在綜合備份顯示器上顯示。飛行過(guò)程中綜合備份儀表俯仰刻度帶抖動(dòng)嚴(yán)重影響飛行安全。2工作原理綜合備份儀表能接收并顯示發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N2、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度、前振動(dòng)、后振動(dòng)、滑油壓力信息；接收并顯示低空無(wú)線電高度信息；接收并顯示航姿組件感測(cè)和解算出來(lái)的飛機(jī)磁航向角、俯仰角和橫滾角信息；接受并顯示組合導(dǎo)航設(shè)備發(fā)送的著陸信息。綜合備份儀表還具有場(chǎng)壓裝訂、顯示亮度調(diào)節(jié)功能。綜合備份計(jì)算機(jī)接收發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)系統(tǒng)、航姿組件、無(wú)線電高度表、組合導(dǎo)航設(shè)備以及無(wú)線電羅盤(pán)的信息；敏感全靜壓系統(tǒng)的全壓和靜壓信息，進(jìn)行獨(dú)立的大氣數(shù)據(jù)解算；并將以上飛行數(shù)據(jù)生成圖形信息后以LVDS格式發(fā)送給綜合備份顯示器進(jìn)行圖形顯示。綜合備份儀表中綜合備份計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)俯仰角、橫滾角及磁航向角數(shù)據(jù)的接收、處理及生成視頻畫(huà)面。綜合備份計(jì)算機(jī)接口板接收芯片接收航姿組件發(fā)送的HB6096數(shù)據(jù)，發(fā)送給接口板。接口板對(duì)組合導(dǎo)航設(shè)備HB6096數(shù)據(jù)有效性進(jìn)行邏輯判斷，并將相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)UART發(fā)送給圖形處理板。綜合備份計(jì)算機(jī)圖形處理板單片機(jī)，將收到的上述組合導(dǎo)航相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)DPROM轉(zhuǎn)發(fā)給圖形處理板。圖形處理板中圖形顯示軟件，根據(jù)收到的組合導(dǎo)航相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。3故障分析及排查對(duì)“顯示的俯仰角有跳變，跳變幅度約為1°”即俯仰刻度帶抖動(dòng)問(wèn)題建立故障樹(shù)，如圖1。

圖1俯仰刻度帶抖動(dòng)故障樹(shù)3.1底事件排查和故障定位導(dǎo)致俯仰刻度帶抖動(dòng)問(wèn)題共5個(gè)底事件：航姿組件輸出的俯仰角有跳變；HB6096芯片輸出的俯仰角有跳變；接口板FPGA輸出的俯仰角有跳變；大氣接口軟件輸出的俯仰角有跳變；圖形顯示軟件繪制畫(huà)面時(shí)產(chǎn)生跳變。對(duì)底事件進(jìn)行逐一分析：事件1，航姿組件輸出的俯仰角有跳變：若航姿組件感測(cè)到的俯仰角發(fā)生抖動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致綜合備份儀表顯示的俯仰角發(fā)生抖動(dòng)。故障發(fā)生后對(duì)航姿部件進(jìn)行了測(cè)試，通過(guò)測(cè)試設(shè)備記錄了飛行中的航姿組件輸出的HB6096數(shù)據(jù)，并同步觀察飛行中綜合備份儀表顯示畫(huà)面。發(fā)現(xiàn)綜合備份儀表俯仰刻度帶抖動(dòng)時(shí)，俯仰刻度帶抖動(dòng)幅度為1°，航姿組件輸出的俯仰角變化幅度在0.1°以下，典型數(shù)據(jù)如表1所示。表1故障發(fā)生時(shí)航姿組件數(shù)據(jù)采集點(diǎn)航向角橫滾角俯仰角15377.58-0.154.4715387.56-0.154.4815397.55-0.154.4915407.55-0.154.4915417.54-0.164.515427.53-0.184.515437.51-0.194.515447.51-0.214.5115457.5-0.224.5215467.49-0.234.52飛機(jī)在平飛時(shí)，由于振動(dòng)及外部氣流，俯仰角出現(xiàn)0.1°以下的波動(dòng)屬于正?，F(xiàn)象，可排除航姿組件故障底事件。事件2，HB6096芯片輸出的俯仰角有跳變：故障發(fā)生時(shí)，綜合備份儀表可正常顯示橫滾角、磁航向角，僅俯仰角發(fā)生抖動(dòng)，說(shuō)明綜合備份儀表接收到了航姿組件的HB6096數(shù)據(jù)，因此可排除HB6096接口芯片底事件。事件3，接口板FPGA輸出的俯仰角有跳變：對(duì)綜合備份儀表測(cè)試，利用綜合備份儀表綜合測(cè)試系統(tǒng)模擬航姿組件向綜合備份計(jì)算機(jī)發(fā)送如表1所示的飛行數(shù)據(jù)，綜合備份顯示器上出現(xiàn)俯仰刻度帶抖動(dòng)現(xiàn)象。同時(shí)通過(guò)測(cè)試軟件監(jiān)控接口板發(fā)送給圖形板的UART數(shù)據(jù)，其中俯仰角、橫滾角、磁航向角均與HB6096輸入數(shù)據(jù)一致，不存在跳變情況。因此可排除接口板FPGA故障。事件4，大氣接口軟件輸出的俯仰角有跳變：在進(jìn)行模擬故障復(fù)現(xiàn)時(shí)，同時(shí)通過(guò)在線運(yùn)行圖形顯示軟件，實(shí)時(shí)查看大氣接口軟件寫(xiě)入DPROM的俯仰角、橫滾角、磁航向角數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)同HB6096輸入數(shù)據(jù)一致，不存在跳變情況。因此可排除大氣接口軟件故障。事件5，圖形顯示軟件繪制畫(huà)面時(shí)產(chǎn)生跳變：將綜合備份儀表加載優(yōu)化后的圖形顯示軟件，在進(jìn)行模擬故障復(fù)現(xiàn)，使用同一組飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)此時(shí)俯仰刻度帶仍發(fā)生輕微抖動(dòng)，但抖動(dòng)幅度在0.1°左右，同時(shí)俯仰刻度帶旁字符發(fā)生不同步抖動(dòng)情況。由于更改圖形顯示軟件后，俯仰角刻度帶抖動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生變化，因此不能排除圖形顯示軟件設(shè)計(jì)問(wèn)題。通過(guò)上述排查分析，俯仰刻度帶抖動(dòng)時(shí)，航姿組件發(fā)送的俯仰角數(shù)據(jù)正常，綜合備份計(jì)算機(jī)內(nèi)部可將該數(shù)據(jù)正常發(fā)送至圖形顯示軟件，而圖形顯示軟件生成的顯示畫(huà)面中，俯仰刻度帶發(fā)生抖動(dòng)現(xiàn)象。因此將故障定位在圖形顯示軟件繪制俯仰刻度帶設(shè)計(jì)不合理。3.2機(jī)理分析圖形顯示軟件在生成圖形畫(huà)面時(shí)，根據(jù)接收到的俯仰角和橫滾角計(jì)算天地球、俯仰、橫滾刻度帶及俯仰、橫滾數(shù)值指示。首先計(jì)算刻度帶中心坐標(biāo)，再計(jì)算各長(zhǎng)、短刻線及字符中心坐標(biāo)，而后根據(jù)各圖形元素中心坐標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)繪制。在圖形顯示軟件中，將繪制俯仰刻度帶時(shí)，取消四舍五入元整處理，可將姿態(tài)角顯示分辨率提高，但由于繪制畫(huà)面時(shí)需將浮點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)到單個(gè)像素點(diǎn)，仍會(huì)存在小幅抖動(dòng)的情況。參考同類(lèi)經(jīng)過(guò)了試驗(yàn)、試飛驗(yàn)證的產(chǎn)品圖形軟件設(shè)計(jì)，可增加利用灰度等級(jí)模擬亞像素移動(dòng)的方法，在計(jì)算圖元的的像素點(diǎn)坐標(biāo)后，并通過(guò)對(duì)圖元像素坐標(biāo)的小數(shù)部分進(jìn)行線性插值，利用像素32級(jí)灰度變化優(yōu)化圖元的移動(dòng)效果，實(shí)現(xiàn)圖元的亞像素移動(dòng)（在一個(gè)像素范圍內(nèi)的近似連續(xù)移動(dòng)），如圖2所示（采用5級(jí)灰度變化模擬單條刻度線向下移動(dòng)一個(gè)像素）。

圖2利用灰度等級(jí)模擬亞像素移動(dòng)示意通過(guò)該方法，可進(jìn)一步提高姿態(tài)角顯示分辨率，經(jīng)測(cè)試在640*480分辨率下顯示效果可響應(yīng)0.02°的姿態(tài)角變化；同時(shí)在姿態(tài)角微小變化時(shí)，由于模擬亞像素移動(dòng)，在數(shù)據(jù)小范圍變化（小于0.1°）時(shí)，刻度帶、字符位置偏移較為平滑，使用者不會(huì)觀察到抖動(dòng)現(xiàn)象。在綜合備份儀表中，將圖形顯示軟件進(jìn)行修改，不使用圖形處理板中的數(shù)據(jù)，而是直接寫(xiě)入表1中的俯仰角、橫滾角數(shù)據(jù)（機(jī)上出現(xiàn)俯仰刻度帶抖動(dòng)時(shí)記錄的航姿數(shù)據(jù)），循環(huán)數(shù)組中測(cè)試數(shù)據(jù)，運(yùn)行圖形顯示進(jìn)行故障復(fù)現(xiàn)，生成的顯示畫(huà)面中出現(xiàn)俯仰刻度帶抖動(dòng)現(xiàn)象，具體抖動(dòng)情況同空勤描述機(jī)上保持一致，故障得以復(fù)現(xiàn)。在計(jì)算刻度帶相關(guān)坐標(biāo)時(shí)取消四舍五入元整處理，優(yōu)化圖形顯示算法，增加灰度等級(jí)模擬亞像素移動(dòng)算法實(shí)現(xiàn)灰度等級(jí)模擬亞像素移動(dòng)。對(duì)綜合備份儀表圖形顯示軟件中的姿態(tài)角顯示方法進(jìn)行了優(yōu)化，綜合備份儀表圖形顯示軟件優(yōu)化升級(jí)后，進(jìn)行了軟件測(cè)試，測(cè)試合格。使用實(shí)際飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行