黃信

（昌河飛機工業(yè)集團有限責任公司，江西 景德鎮(zhèn) 333002）

光電吊艙具有目標晝夜觀察、搜索、瞄準、視頻圖像跟蹤、指示定位、輔助導航等功能，可安裝于各類飛機、無人機和直升機，由于機載光電吊艙技術(shù)日益成熟，應用范圍也逐步從軍事領(lǐng)域拓展到應急救援、安全執(zhí)法、森林防火、環(huán)境監(jiān)測、電力巡查作業(yè)等各類民用領(lǐng)域。

1 光電吊艙組成及工作原理

直升機光電吊艙包括穩(wěn)定平臺、可見光攝像機、紅外熱像儀、伺服系統(tǒng)、圖像處理單元、運動控制管理單元、電源和操縱手柄等。工作原理如圖1所示。

目標/背景的輻射通過大氣傳輸，經(jīng)光學系統(tǒng)成像于傳感器，傳感器將目標/背景圖像轉(zhuǎn)變?yōu)闀r間序列的數(shù)字圖像。穩(wěn)定平臺采用兩軸四框架結(jié)構(gòu)，由內(nèi)外環(huán)方位軸系、內(nèi)外環(huán)俯仰軸系四個框架組成，可見光攝像機、紅外熱像儀等圖像傳感器安裝在內(nèi)方位軸系上，在伺服系統(tǒng)的控制下，可有效隔離載機運動及振動對圖像傳感器成像效果的影響，為圖像傳感器提供穩(wěn)定的工作平臺，保持瞄準線穩(wěn)定，輸出穩(wěn)定視頻圖像。操縱手柄安裝在駕駛艙操縱臺前端，它是光電吊艙與駕駛員之間的人機接口，操縱手柄設(shè)置有拇指單桿及控制開關(guān)，主要用于對光電吊艙方位和俯仰運動、傳感器控制、跟蹤鎖定等實時操縱，實現(xiàn)對目標的搜索、瞄準和跟蹤。

圖1 光電吊艙工作原理

2 光電吊艙常見故障

2.1 操縱手柄操控失效

操控手柄工作原理是將采集到的拇指單桿電壓值轉(zhuǎn)換為控制穩(wěn)定平臺運動的數(shù)字量，其他按鍵開關(guān)實現(xiàn)視場切換、調(diào)焦、黑熱/白熱、鎖定、收藏、手動/跟蹤、掃描、目標檢出等命令發(fā)送，操控手柄通過422接口與運動控制管理單元的通訊，實現(xiàn)對光電吊艙的操控。光電吊艙操縱手柄操控失效有以下幾種原因。

2.1.1 操縱手柄失效

當拇指單桿及控制開關(guān)部分損壞時，按下按鍵穩(wěn)定平臺無反應，此時需修理對應的拇指單桿或控制開關(guān)；當操控手柄通訊模塊故障時，按動所有拇指單桿及控制開關(guān)均無反應，操控手柄與運動控制管理單元的通訊無法通訊，此時需更換操縱手柄。

2.1.2 接口電路故障

接口電路包括操控手柄電氣接口及422通訊接口，當電氣接口斷路時，操控手柄不工作，按動拇指單桿及控制開關(guān)均無反應；當422通訊接口斷路時，系統(tǒng)上電自檢，手柄自檢失敗報串口通訊故障，比如自檢通過后通訊接口接觸不良或斷路，將導致系統(tǒng)工作不正常。

2.1.3 電源故障

操控手柄電路為多電壓系統(tǒng)，光電吊艙只能為操控手柄電路提供+28 V電源，通過多路輸出電源模塊，將系統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換為操控手柄電路所需的電壓。當電源板散熱性能差、長時間通電導致大電流和高脈沖電壓沖擊時，電源模塊可能會出現(xiàn)失效故障，操縱手柄無法正常工作。

2.2 穩(wěn)定平臺運動異常

光電吊艙伺服系統(tǒng)是一個兩軸伺服系統(tǒng)，由直流伺服電機驅(qū)動內(nèi)外環(huán)方位軸系和內(nèi)外環(huán)俯仰軸系運動，每個框架上安裝一組電機與角度傳感器，兩個速率陀螺安裝在內(nèi)方位軸系框架上。伺服控制電路主要包括伺服控制器、角度采樣模塊、陀螺信號調(diào)理模塊、通信接口模塊、功率驅(qū)動模塊等。伺服系統(tǒng)根據(jù)運動控制管理單元發(fā)出的工作模式、目標位置等信息，控制穩(wěn)定平臺運動，實現(xiàn)目標搜索、跟蹤功能。光電吊艙穩(wěn)定平臺運動異常有以下幾種原因。

2.2.1 伺服控制電路故障

伺服控制電路用于實現(xiàn)伺服系統(tǒng)的控制信號輸出、電機功率驅(qū)動、傳感器采樣（包括角度位置檢測、陀螺速率采樣、電機電流采樣）、串行通信等多種功能。伺服控制器獲取各類傳感器采樣信息，并產(chǎn)生控制信號，伺服控制器與伺服電機、內(nèi)外環(huán)框架、速率陀螺形成控制回路，當控制信號無輸出時，無法啟動伺服系統(tǒng)，造成伺服電機不工作，不能驅(qū)動穩(wěn)定平臺運動；在啟動伺服系統(tǒng)后，如控制回路斷開，穩(wěn)定平臺可能出現(xiàn)方位、俯仰方位失控現(xiàn)象。

2.2.2 伺服電機故障

當伺服電機故障時，無法驅(qū)動穩(wěn)定平臺對應的內(nèi)外環(huán)方位軸系和內(nèi)外環(huán)俯仰軸系框架，按動拇指單桿時穩(wěn)定平臺無反應。

2.2.3 伺服電源故障

伺服電源包括電源板上的隔離電源電路及控制板、驅(qū)動板上的穩(wěn)壓電路。在電源板及控制板中的電源模塊出現(xiàn)失效故障時，控制板不工作，控制信號無輸出，無法啟動伺服系統(tǒng)；在驅(qū)動板上電源模塊出現(xiàn)失效故障時，驅(qū)動電路無輸出，伺服電機不工作，電源模塊燒毀可能導致內(nèi)外環(huán)框架或伺服電機損壞。

2.3 圖像傳感器無視頻信號

圖像傳感器的功能是將目標/背景圖像轉(zhuǎn)變?yōu)闀r間序列的數(shù)字圖像，并經(jīng)圖像處理單元轉(zhuǎn)換為相應的視頻格式，輸出到顯示器以及其他設(shè)備。圖像傳感器無視頻信號有以下幾種原因。

2.3.1 電纜連接不可靠

當電源線路接觸不良或斷路時，圖像傳感器不工作，無視頻信號輸出；當視頻線路接觸不良或斷路時，顯示器或其他設(shè)備接收不到視頻信號。

2.3.2 圖像傳感器損壞

當圖像傳感器損壞時，圖像傳感器不工作，無視頻信號輸出。

2.3.3 圖像處理單元故障

當圖像處理單元電源模塊失效時，圖像處理單元不工作，無視頻信號輸出；當圖像處理單元電路板視頻分離器失效時，圖像處理單元不能處理圖像傳感器視頻，無視頻信號輸出。

3 結(jié)束語

本文介紹了直升機光電吊艙的基本組成和工作原理，詳細分析了光電吊艙常見故障，可以為今后類似故障分析和操作過程提供思路，對外場維護及故障判斷具有一定參考價值，由于各方面限制，在故障分析法方面需要做進一步研究。