某惯导系统“罗经对准时惯导偏差大”故障分析

　　一、故障描述

　　某惯导系统返工卡片记录为“罗经对准时，对准画面停止到 30，偏差较大，地速不断漂移，故障代码为 xxxx，经用户联系后确认，该套惯导具体故障信息为“惯导对准未完成，偏移大”。

　　二、排查情况

　　（一）初步检查

　　针对此种故障情况，在未分解惯导部件的前提下进行下列检查：

　　1.检查产品外观质量无异常，产品静态阻值和绝缘检查正常，开单机录参数，量化器参数、陀螺参数正常。

　　2.录 FLASH 数据。该套惯性系统计算机板的 FLASH 芯片能自动保存惯导对准 70 态后的 232 数据，分 8 个扇区逐次清除并保存数据。录 FLASH 数据结果如下：

　　1）扇区 1：2018.05.19 10：09，正常罗经对准，83 分钟，232 数据正常；2）扇区 2：2018.05.19 11：54，通电 T=99 s时导航 1 min 关机，见图 1；3）扇区 3：2018.05.19 11：59，通电 T=99 s 时导航 1 min 关机；4）扇区 4-6 内无数据；5）扇区 7：2018.05.19 06：44，正常罗经对准，导航 11 分钟，232数据正常；6）扇区 8：2018.05.19 07：58，正常罗经对准，导航 105 分钟，232 数据正常。

　　（二）初步分析

　　从上述 FLASH 数据检查进行分析可以得出：

　　1.扇区 6 为惯导最后一次通电时清除 232 数据后未能保存新数据。说明惯导未能正常对准至 70 态，且外场人员在转姿态之前发现惯导报故并关闭惯导；2.扇区 4-5-6 数据空，说明外场人员连续进行三次通电，惯导异常后立即关机；3.扇区 2-3 数据说明惯导在 70 态之前未能完成正常罗经对准，随即转导航（转姿态），2018.05.19 11：59 为报故时刻；从上述所有扇区数据分析可以得出结论:惯导确定存在故障，故障类型为“惯导对准通不过”。

　　（三）故障复现情况

　　惯导进行首次通电，正常罗经对准至 80 态时，惯导报 40#故障(Z 通道错误，对应天向加计输出)。此时，惯导未能完成正常罗经对准后转姿态，外场故障复现。

　　三、排故方案及机理分析

　　（一）故障树分析

　　针对故障复现情况及加计回

　　路工作原理，列出此次故障的故

　　障树如图 3。

　　（二）加计回路工作原理

　　惯性平台的加速度计输出与

　　加速度成正比的电压值 Vx，经过

　　采样、积分后转换成锯齿波，锯

　　齿波与基准电压 Vm 进行比较器

　　比较，输出占空比与加计电压信

　　号成反比的调宽方波，填充脉冲

　　信号对调宽方波进行填充、触发，

　　经缓冲器输出一定宽度的计数脉

　　冲，其脉冲宽度（脉冲个数）与

　　加计电压成正比。量化器电路板

　　将加速度计输出模拟电压转换成

　　脉冲个数，这个过程为V-F转换。

　　脉冲信号输出至接口电路

　　板，经过计数器计数后输出 Nx

　　至计算机，计算机通过 Nx 解算出

　　惯导平台加计所处的坐标系，计

　　算机通过判断平台坐标系与惯性

　　坐标系的夹角，来计算将其转回

　　平台零位所需的转动角速度 Wy。同时，惯导根据解算得到的脉冲个数与加计自身的刻度系数进行计算，可以得出惯导的速度 V X ，最终飞机接收惯导东、北、天三向速度，计算出飞机的地速。

　　（三）排故流程

　　依据惯导系统加计回路工作机理、故障树及修理经验，梳理出此次故障的排故方案，如图 2。

　　（四）排故情况

　　1.根据排故流程，检查惯导静态阻值正常，检查惯导电源负载阻值正常。2.再次通电，用三用表测量天向加计输出，发现在 70 态时 A Z 输出瞬间出现 1.0 V 以上跳变，且惯导再次报40#故障。3.分别更换 A1、A7 板进行故障隔离，惯导继续报故。

　　4.拆平台检查天向加计，复测天向加计输出异常。5.更换新天向加计（件号 10181），进行多次正常罗经对准试验，惯导不再报故。6.惯导进行调试试验、环境试验、验收试验，惯导性能合格。

　　（五）原因分析

　　1.罗经对准偏差大原因

　　天向加速度由于自身原因输出电压大幅波动，导致量化器电路对其积分放大，经比较器比较输出的调宽波占空比会产生变化，再经 400 kHz 脉冲填充后，计数脉冲发生跳变，计算机计数结果 N Z 相应跳变。天向加计输出脉冲 N Z 直接影响到惯导惯性坐标系的准确度以及惯导 70 态之前的扶正精度，也就直接影响到天向轴漂移量变化，即对准偏差大。

　　2.地速大原因

　　由于惯性坐标系的 X、Y、Z 轴相互正交，天向加计输出脉冲 N Z 变化会直接作用在 N x 、N y 上。

　　而惯导东、北向速度计算方法为：

　　V ? ? ? ? ?t

　　V ? = ? ? ?? ??

　　其中? ?t 、? ?? 分别为东、北向加速度的刻度系数。

　　随着东、北加速度脉冲 N x 、N y 的持续变化，东、北速度V ? 、V ? 随之累积变化。地速为惯导东向、北向速度的矢量和，即：

　　? 地 =

　　?

　　?? t ? ? ? ?? ? ? ?

　　因此，天向加计输出异常将导致惯导输出地速超差。

　　3.故障原因分析

　　1）地速超差故障判据：? 地 ? ??????咻?，即? 地 ? ?th? ?咻?。

　　检查外场保存 232 数据（如图 6），惯导转姿态后东、北向速度分别为-3.464 m/s、-5.018 m/s。并且随着时间积累，东、北向速度陆续变化趋势为：t=2 Vx=-5.794 Vy=-10.157,t=3 Vx=-8.747 Vy=-15.202, t=3 Vx=-11.729 Vy=-20.231……。

　　2）此时惯导系统在 t=2min 时输出地速应为

　　? 地 =

　　?

　　? t

　　? ? ? ?

　　?

　　=

　　?

　　?thh? ? ???t??h ?

　　= ??thm咻s > ?th?m咻s

　　此时惯导符合“地速超差”故障判据。

　　四、验证试验

　　（一）惯导上电自检验证

　　在整个惯导系统调试过程中，共通电超过 80 次，逐个检查调试软件自动保存的 232 数据，检查其上电自检测结果，所有通电数据无异常,计算机内存自检合格。

　　（二）惯导录 FLASH 功能验证

　　惯导进行功能检查试验后，对其进行 FLASH 存储功能检查。惯导计算机内存 8 个扇区能完成正常读、写操作。

　　经过上述试验验证，该产品天向加速度异常导致惯导精度下降，报地速超差故障。

　　五、结论

　　该惯导产品天向加计输出电压跳变 1 V 以上，量化器将加计电压进行模拟转换后输出的加计脉冲 Nz 跳变，导致惯性平台坐标系不稳定，在扶正状态下，惯导平台失稳、漂移量变大，同时导致东、北向速度超差，最终导致地速超差。