某型机综合备份仪表俯仰刻度带抖动故障分析

某型机综合备份仪表俯仰刻度带抖动故障分析

内容Summary：针对某型机空中飞行时，飞行员反映在飞机平飞及稳定爬升过程中综合备份仪表显示的俯仰角有跳变，跳变幅度约为1°，致使该问题严重影响飞行安全，通过对综合备份仪表系统工作原理的分析，探究该现象的根本原因和解决方法，保证飞机飞行安全。Keys：综合备份仪表

显示软件

故障分析1引言综合备份仪表由综合备份计算机和综合备份显示器组成。综合备份仪表是独立的大气数据信息测量与综合显示设备，能够通过大气传感器感测全静压系统的全压、静压气压管路信息并计算得到运输机的气压高度、指示空速、升降速度等信息，并在综合备份显示器上显示。飞行过程中综合备份仪表俯仰刻度带抖动严重影响飞行安全。2工作原理综合备份仪表能接收并显示发动机系统的发动机转速N2、发动机排气温度、前振动、后振动、滑油压力信息；接收并显示低空无线电高度信息；接收并显示航姿组件感测和解算出来的飞机磁航向角、俯仰角和横滚角信息；接受并显示组合导航设备发送的着陆信息。综合备份仪表还具有场压装订、显示亮度调节功能。综合备份计算机接收发动机参数系统、航姿组件、无线电高度表、组合导航设备以及无线电罗盘的信息；敏感全静压系统的全压和静压信息，进行独立的大气数据解算；并将以上飞行数据生成图形信息后以LVDS格式发送给综合备份显示器进行图形显示。综合备份仪表中综合备份计算机负责俯仰角、横滚角及磁航向角数据的接收、处理及生成视频画面。综合备份计算机接口板接收芯片接收航姿组件发送的HB6096数据，发送给接口板。接口板对组合导航设备HB6096数据有效性进行逻辑判断，并将相关数据通过UART发送给图形处理板。综合备份计算机图形处理板单片机，将收到的上述组合导航相关数据，通过DPROM转发给图形处理板。图形处理板中图形显示软件，根据收到的组合导航相关数据进行显示。3故障分析及排查对“显示的俯仰角有跳变，跳变幅度约为1°”即俯仰刻度带抖动问题建立故障树，如图1。

图1俯仰刻度带抖动故障树3.1底事件排查和故障定位导致俯仰刻度带抖动问题共5个底事件：航姿组件输出的俯仰角有跳变；HB6096芯片输出的俯仰角有跳变；接口板FPGA输出的俯仰角有跳变；大气接口软件输出的俯仰角有跳变；图形显示软件绘制画面时产生跳变。对底事件进行逐一分析：事件1，航姿组件输出的俯仰角有跳变：若航姿组件感测到的俯仰角发生抖动，会导致综合备份仪表显示的俯仰角发生抖动。故障发生后对航姿部件进行了测试，通过测试设备记录了飞行中的航姿组件输出的HB6096数据，并同步观察飞行中综合备份仪表显示画面。发现综合备份仪表俯仰刻度带抖动时，俯仰刻度带抖动幅度为1°，航姿组件输出的俯仰角变化幅度在0.1°以下，典型数据如表1所示。表1故障发生时航姿组件数据采集点航向角横滚角俯仰角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飞机在平飞时，由于振动及外部气流，俯仰角出现0.1°以下的波动属于正常现象，可排除航姿组件故障底事件。事件2，HB6096芯片输出的俯仰角有跳变：故障发生时，综合备份仪表可正常显示横滚角、磁航向角，仅俯仰角发生抖动，说明综合备份仪表接收到了航姿组件的HB6096数据，因此可排除HB6096接口芯片底事件。事件3，接口板FPGA输出的俯仰角有跳变：对综合备份仪表测试，利用综合备份仪表综合测试系统模拟航姿组件向综合备份计算机发送如表1所示的飞行数据，综合备份显示器上出现俯仰刻度带抖动现象。同时通过测试软件监控接口板发送给图形板的UART数据，其中俯仰角、横滚角、磁航向角均与HB6096输入数据一致，不存在跳变情况。因此可排除接口板FPGA故障。事件4，大气接口软件输出的俯仰角有跳变：在进行模拟故障复现时，同时通过在线运行图形显示软件，实时查看大气接口软件写入DPROM的俯仰角、横滚角、磁航向角数据，发现写入的数据同HB6096输入数据一致，不存在跳变情况。因此可排除大气接口软件故障。事件5，图形显示软件绘制画面时产生跳变：将综合备份仪表加载优化后的图形显示软件，在进行模拟故障复现，使用同一组飞行数据进行模拟，发现此时俯仰刻度带仍发生轻微抖动，但抖动幅度在0.1°左右，同时俯仰刻度带旁字符发生不同步抖动情况。由于更改图形显示软件后，俯仰角刻度带抖动现象发生变化，因此不能排除图形显示软件设计问题。通过上述排查分析，俯仰刻度带抖动时，航姿组件发送的俯仰角数据正常，综合备份计算机内部可将该数据正常发送至图形显示软件，而图形显示软件生成的显示画面中，俯仰刻度带发生抖动现象。因此将故障定位在图形显示软件绘制俯仰刻度带设计不合理。3.2机理分析图形显示软件在生成图形画面时，根据接收到的俯仰角和横滚角计算天地球、俯仰、横滚刻度带及俯仰、横滚数值指示。首先计算刻度带中心坐标，再计算各长、短刻线及字符中心坐标，而后根据各图形元素中心坐标进行相应绘制。在图形显示软件中，将绘制俯仰刻度带时，取消四舍五入元整处理，可将姿态角显示分辨率提高，但由于绘制画面时需将浮点数据对应到单个像素点，仍会存在小幅抖动的情况。参考同类经过了试验、试飞验证的产品图形软件设计，可增加利用灰度等级模拟亚像素移动的方法，在计算图元的的像素点坐标后，并通过对图元像素坐标的小数部分进行线性插值，利用像素32级灰度变化优化图元的移动效果，实现图元的亚像素移动（在一个像素范围内的近似连续移动），如图2所示（采用5级灰度变化模拟单条刻度线向下移动一个像素）。

图2利用灰度等级模拟亚像素移动示意通过该方法，可进一步提高姿态角显示分辨率，经测试在640*480分辨率下显示效果可响应0.02°的姿态角变化；同时在姿态角微小变化时，由于模拟亚像素移动，在数据小范围变化（小于0.1°）时，刻度带、字符位置偏移较为平滑，使用者不会观察到抖动现象。在综合备份仪表中，将图形显示软件进行修改，不使用图形处理板中的数据，而是直接写入表1中的俯仰角、横滚角数据（机上出现俯仰刻度带抖动时记录的航姿数据），循环数组中测试数据，运行图形显示进行故障复现，生成的显示画面中出现俯仰刻度带抖动现象，具体抖动情况同空勤描述机上保持一致，故障得以复现。在计算刻度带相关坐标时取消四舍五入元整处理，优化图形显示算法，增加灰度等级模拟亚像素移动算法实现灰度等级模拟亚像素移动。对综合备份仪表图形显示软件中的姿态角显示方法进行了优化，综合备份仪表图形显示软件优化升级后，进行了软件测试，测试合格。使用实际飞行数据进行