某型機綜合備份儀表俯仰刻度帶抖動故障分析

某型機綜合備份儀表俯仰刻度帶抖動故障分析

內(nèi)容Summary：針對某型機空中飛行時，飛行員反映在飛機平飛及穩(wěn)定爬升過程中綜合備份儀表顯示的俯仰角有跳變，跳變幅度約為1°，致使該問題嚴重影響飛行安全，通過對綜合備份儀表系統(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算機和綜合備份顯示器組成。綜合備份儀表是獨立的大氣數(shù)據(jù)信息測量與綜合顯示設(shè)備，能夠通過大氣傳感器感測全靜壓系統(tǒng)的全壓、靜壓氣壓管路信息并計算得到運輸機的氣壓高度、指示空速、升降速度等信息，并在綜合備份顯示器上顯示。飛行過程中綜合備份儀表俯仰刻度帶抖動嚴重影響飛行安全。2工作原理綜合備份儀表能接收并顯示發(fā)動機系統(tǒng)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速N2、發(fā)動機排氣溫度、前振動、后振動、滑油壓力信息；接收并顯示低空無線電高度信息；接收并顯示航姿組件感測和解算出來的飛機磁航向角、俯仰角和橫滾角信息；接受并顯示組合導航設(shè)備發(fā)送的著陸信息。綜合備份儀表還具有場壓裝訂、顯示亮度調(diào)節(jié)功能。綜合備份計算機接收發(fā)動機參數(shù)系統(tǒng)、航姿組件、無線電高度表、組合導航設(shè)備以及無線電羅盤的信息；敏感全靜壓系統(tǒng)的全壓和靜壓信息，進行獨立的大氣數(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行圖形顯示。綜合備份儀表中綜合備份計算機負責俯仰角、橫滾角及磁航向角數(shù)據(jù)的接收、處理及生成視頻畫面。綜合備份計算機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。接口板對組合導航設(shè)備HB6096數(shù)據(jù)有效性進行邏輯判斷，并將相關(guān)數(shù)據(jù)通過UART發(fā)送給圖形處理板。綜合備份計算機圖形處理板單片機，將收到的上述組合導航相關(guān)數(shù)據(jù)，通過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)收到的組合導航相關(guān)數(shù)據(jù)進行顯示。3故障分析及排查對“顯示的俯仰角有跳變，跳變幅度約為1°”即俯仰刻度帶抖動問題建立故障樹，如圖1。

圖1俯仰刻度帶抖動故障樹3.1底事件排查和故障定位導致俯仰刻度帶抖動問題共5個底事件：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面時產(chǎn)生跳變。對底事件進行逐一分析：事件1，航姿組件輸出的俯仰角有跳變：若航姿組件感測到的俯仰角發(fā)生抖動，會導致綜合備份儀表顯示的俯仰角發(fā)生抖動。故障發(fā)生后對航姿部件進行了測試，通過測試設(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面。發(fā)現(xiàn)綜合備份儀表俯仰刻度帶抖動時，俯仰刻度帶抖動幅度為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)生時航姿組件數(shù)據(jù)采集點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飛機在平飛時，由于振動及外部氣流，俯仰角出現(xiàn)0.1°以下的波動屬于正常現(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，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，說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：對綜合備份儀表測試，利用綜合備份儀表綜合測試系統(tǒng)模擬航姿組件向綜合備份計算機發(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)俯仰刻度帶抖動現(xiàn)象。同時通過測試軟件監(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：在進行模擬故障復現(xiàn)時，同時通過在線運行圖形顯示軟件，實時查看大氣接口軟件寫入DPROM的俯仰角、橫滾角、磁航向角數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)寫入的數(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面時產(chǎn)生跳變：將綜合備份儀表加載優(yōu)化后的圖形顯示軟件，在進行模擬故障復現(xiàn)，使用同一組飛行數(shù)據(jù)進行模擬，發(fā)現(xiàn)此時俯仰刻度帶仍發(fā)生輕微抖動，但抖動幅度在0.1°左右，同時俯仰刻度帶旁字符發(fā)生不同步抖動情況。由于更改圖形顯示軟件后，俯仰角刻度帶抖動現(xiàn)象發(fā)生變化，因此不能排除圖形顯示軟件設(shè)計問題。通過上述排查分析，俯仰刻度帶抖動時，航姿組件發(fā)送的俯仰角數(shù)據(jù)正常，綜合備份計算機內(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面中，俯仰刻度帶發(fā)生抖動現(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)計不合理。3.2機理分析圖形顯示軟件在生成圖形畫面時，根據(jù)接收到的俯仰角和橫滾角計算天地球、俯仰、橫滾刻度帶及俯仰、橫滾數(shù)值指示。首先計算刻度帶中心坐標，再計算各長、短刻線及字符中心坐標，而后根據(jù)各圖形元素中心坐標進行相應(yīng)繪制。在圖形顯示軟件中，將繪制俯仰刻度帶時，取消四舍五入元整處理，可將姿態(tài)角顯示分辨率提高，但由于繪制畫面時需將浮點數(shù)據(jù)對應(yīng)到單個像素點，仍會存在小幅抖動的情況。參考同類經(jīng)過了試驗、試飛驗證的產(chǎn)品圖形軟件設(shè)計，可增加利用灰度等級模擬亞像素移動的方法，在計算圖元的的像素點坐標后，并通過對圖元像素坐標的小數(shù)部分進行線性插值，利用像素32級灰度變化優(yōu)化圖元的移動效果，實現(xiàn)圖元的亞像素移動（在一個像素范圍內(nèi)的近似連續(xù)移動），如圖2所示（采用5級灰度變化模擬單條刻度線向下移動一個像素）。

圖2利用灰度等級模擬亞像素移動示意通過該方法，可進一步提高姿態(tài)角顯示分辨率，經(jīng)測試在640*480分辨率下顯示效果可響應(yīng)0.02°的姿態(tài)角變化；同時在姿態(tài)角微小變化時，由于模擬亞像素移動，在數(shù)據(jù)小范圍變化（小于0.1°）時，刻度帶、字符位置偏移較為平滑，使用者不會觀察到抖動現(xiàn)象。在綜合備份儀表中，將圖形顯示軟件進行修改，不使用圖形處理板中的數(shù)據(jù)，而是直接寫入表1中的俯仰角、橫滾角數(shù)據(jù)（機上出現(xiàn)俯仰刻度帶抖動時記錄的航姿數(shù)據(jù)），循環(huán)數(shù)組中測試數(shù)據(jù)，運行圖形顯示進行故障復現(xiàn)，生成的顯示畫面中出現(xiàn)俯仰刻度帶抖動現(xiàn)象，具體抖動情況同空勤描述機上保持一致，故障得以復現(xiàn)。在計算刻度帶相關(guān)坐標時取消四舍五入元整處理，優(yōu)化圖形顯示算法，增加灰度等級模擬亞像素移動算法實現(xiàn)灰度等級模擬亞像素移動。對綜合備份儀表圖形顯示軟件中的姿態(tài)角顯示方法進行了優(yōu)化，綜合備份儀表圖形顯示軟件優(yōu)化升級后，進行了軟件測試，測試合格。使用實際飛行數(shù)據(jù)進行