冉欽川

（中國電子科技集團公司第十研究所，四川 成都 610036）

0 引 言

高度表功能主要用于測量飛機距地面、水面真實高度，向上級系統(tǒng)提供高度信息，以保證飛機的安全起飛和著陸，并滿足飛機其他設(shè)備對高度信息的需求。高度表功能在某型通信設(shè)備上屬于導(dǎo)航的重要功能之一。近年來，該型通信設(shè)備在外場和制造過程中偶發(fā)出現(xiàn)駐波保護功能故障問題，通過深入剖析、排查與診斷，最終確認故障是由于微波組件的駐波檢測功能缺席導(dǎo)致，并提出解決與改進措施，有效提高了駐波檢測的可靠性。經(jīng)試驗表明，該方法切實可行，能有效保障機上高度表功能的正常測距。

1 工作原理

在某型通信設(shè)備中，高度表功能的工作原理是由高度表收發(fā)模塊產(chǎn)生測高所需的調(diào)制信號，并通過變頻、激勵等處理后，將激勵信號送功率放大模塊進行功率放大，通過高度表發(fā)射天線發(fā)射；從地面反射的信號經(jīng)過高度表接收天線后進入高度表收發(fā)模塊，經(jīng)混頻、放大、濾波等處理后送高度表收發(fā)模塊信號處理部分電路進行數(shù)字解調(diào)和測量，并計算出相應(yīng)的高度值，將高度信息送至接口控制模塊和上級系統(tǒng)。

高度表模塊包括微波組件、電源單元、AD單元、信號處理單元、接口單元，除微波組件外，其他組成部分均布置在信號處理板上。其中軟件運行于高度表的信號處理單元及接口單元上。高度表模塊內(nèi)部架構(gòu)如圖1所示。

圖1 高度表模塊內(nèi)部架構(gòu)

高度表模塊產(chǎn)生測高需要的射頻信號，通過偽碼調(diào)制，放大后輸出，同時接收從地面反射的信號，混頻后輸出中頻信號。中頻信號通過濾波進行采樣，送入信號單元進行解調(diào)處理，比較發(fā)射碼和接收碼的相位差，計算出高度值。

2 故障剖析與定位

在使用過程中，高度表功能在進行高度測量時，偶發(fā)出現(xiàn)高度表駐波保護故障導(dǎo)致測高功能失效。具體故障現(xiàn)象為，斷開高度表發(fā)射端口連接的射頻電纜后，自檢時系統(tǒng)設(shè)備不上報高度表駐波報故自檢信息。經(jīng)測試，故障概率約為10%，部分產(chǎn)品高達30%。該故障具有一定偶發(fā)性，故障件并非固定批次設(shè)備。

對高度表模塊內(nèi)部進行的檢查內(nèi)容主要分為信號處理板和微波組件2個部分，其中信號處理板供給微波組件自動增益控制（Automatic Generation Control，AGC）電壓、100 MHz時鐘信號、MOD偽碼信號、10 V和5 V電壓；微波組件將MOD偽碼信號調(diào)制到4 GHz，并通過功放放大后發(fā)射出去，同時將接收到的4 GHz回波信號下變頻為IF中頻信號，傳輸給信號處理板使用；信號處理板和微波組件使用RX和TX這2根串口線進行通信。

因此，結(jié)合故障現(xiàn)象可能事件為：

（1）信號處理板供給微波組件的100 MHz時鐘信號、12 V和5 V電壓異常，導(dǎo)致微波組件無法正常檢測發(fā)射駐波信息；

（2）信號處理板解析微波組件傳輸串口信息的功能異常，微波組件串口傳輸?shù)鸟v波信息解析錯誤；

（3）微波組件發(fā)射信號頻譜異常，檢測到異常的回波信號，解算出錯誤的駐波；

（4）微波組件駐波檢測功能異常，傳輸錯誤的駐波信息。由此列出故障樹如圖2所示。

圖2 駐波保護異常故障樹

M1為信號處理板，100 MHz時鐘檢測、供給電壓異常。

將故障件高度表模塊連接0 m測試回路，通過示波器對信號處理板供給微波組件的CLK時鐘信號進行檢查，實測100.5 MHz。通過萬用表對信號處理板供給微波組件的+5 V和+12 V電壓值進行檢測，實測分別為+4.99 V和+12.01 V，滿足微波組件的使用要求。

M2為信號處理板，串口信息解析功能異常。

對信號處理板上的數(shù)字信號處理（Digital Signal Processing，DSP）加載仿真器，在線運行DSP軟件程序，在程序中讀取微波組件的工作狀態(tài)信息，微波組件上報的信息均正常，因此信號處理板解析微波組件串口上傳數(shù)據(jù)功能正常。

M3為微波組件，發(fā)射頻譜故障。

使用頻譜儀對高度表發(fā)射信號進行檢查，發(fā)射信號波形正常，功率輸出約為29 dBm，滿足高度表指標30 dBm±3 dBm的要求。

M4為微波組件，駐波檢測功能異常。

通過在線運行DSP軟件程序讀取微波組件上傳駐波信息，發(fā)現(xiàn)高度表發(fā)射端口開路與微波組件發(fā)射端口開路讀取的駐波值相近，因此高度表模塊內(nèi)部的發(fā)射電纜對微波組件駐波檢測功能基本無影響；微波組件發(fā)射端口開路時，端口為全反射，檢測到的回波損耗應(yīng)該為0，而實際上報值為21，回波損耗為2.1 dB，與理論值相差較大，因此判斷微波組件駐波檢測功能異常。

綜上所述，定位故障原因是高度表模塊內(nèi)部微波組件中上報回波損耗數(shù)值時軟件設(shè)計上存在缺陷，微波組件上報給高度表的回波損耗檢測值未進行校零；在通信設(shè)備上使用時，會偶爾出現(xiàn)駐波保護功能故障且系統(tǒng)不上報駐波報故的自檢信息。

3 故障機理分析與解決措施

3.1 故障機理分析

該通信設(shè)備中，高度表在初始設(shè)計時，針對駐波保護功能要求，功放輸出端駐波超差時，將超差狀態(tài)通過模塊BIT檢測內(nèi)容上報給系統(tǒng)，保留高度表功能。依據(jù)回波損耗與駐波的對應(yīng)關(guān)系來檢測駐波，實現(xiàn)駐波保護功能的方案，在實際使用過程中高度表用回波損耗檢測代替駐波檢測，由于高度表模塊體積小且不是專門的駐波檢測模塊，而檢波器又比較靈敏，外界環(huán)境（外部電纜長度，形狀，環(huán)境溫度）稍微有些變化就會影響檢波進度，所以當(dāng)進行回波損耗檢測時，未進行發(fā)射端口較零，駐波檢測誤差較大，即檢測得到的駐波情況與實際駐波情況偏差很大，多次測量結(jié)果之間測得的數(shù)值存在波動。

該型號微波組件駐波檢測功能設(shè)計的原理如圖3所示。

圖3 駐波檢測方案框圖

處理器使用內(nèi)部集成ADC對駐波電壓檢測值（包括正向、反向檢波電壓）進行采樣，采樣值經(jīng)軟件算法處理后得到并輸出給高度表。微波組件上報給高度表的回波損耗檢測值除以10，換算公式為

式中：VSWR為駐波比；RL為回波損耗。

3.2 解決措施

通過該通信設(shè)備中高度表模塊的微波組件完善駐波保護功能軟件，并對發(fā)射端口駐波值進行較零，在發(fā)射輸出端開路或短路時不再燒毀功放，發(fā)射電纜一端開路時，串口上報回波損耗值應(yīng)小于15，電纜一端接匹配負載時，串口上報回波損耗值應(yīng)大于50。修改程序后，反復(fù)驗證，產(chǎn)品工作正常，故障消除。

4 結(jié) 論

本文詳細闡述了工程中高度表功能的應(yīng)用及本次偶發(fā)故障的定位分析過程。經(jīng)排查，最終確定根本原因是微波組件駐波檢測功能設(shè)計存在缺陷，上報給高度表的回波損耗檢測值未進行校零，導(dǎo)致偶爾出現(xiàn)無法正常上報駐波報故自檢信息的現(xiàn)象。功能設(shè)計的好壞，直接影響著整個系統(tǒng)工作的可靠性。在功能設(shè)計時，不僅要保證滿足通信設(shè)備的指標要求，還需要結(jié)合實際設(shè)備使用環(huán)境和外部干擾因素，滿足工程中組件制造差異性的要求。本次通過對微波組件軟件程序的優(yōu)化，成功解決了這起隱蔽性故障。