航空相機補償板的檢測

王智儒，楊成禹，安志勇，劉寶平

(長春理工大學 光電工程學院，長春 130022)

補償板是航空相機光學系統的重要組成部分，并且直接影響成像質量好壞，成像質量是航空相機的最重要功能指標，并且航空相機工作時惡劣的載機條件和環境條件，會引起相機產生各種故障。故障診斷技術基于專家板的診斷技術、基于人工神經網絡的診斷技術、基于故障樹分析的診斷技術、基于實例推理的診斷技術等［1］。利用故障樹分析法對航空電子設備故障狀態進行深入的分析，便于維護人員了解設備的內在聯系，清楚航空電子設備內零件、部件、分機的故障關系，以及外部因素與航空電子設備間的故障關系，增加維修保養的針對性，縮短排障時間。

1 補償板檢測原理

圖1 航空相機電控系統的工作流程框圖Fig.1 The electronic control system of aerocamcra work flow diagram

根據檢測的需要，了解航空相機電控系統的工作流程，如圖1所示。根據圖1所示的航空相機電控系統設計補償板檢測系統，其檢測原理，如圖2所示。首先基于故障樹分析法建立補償板故障樹模型，其次對航空相機補償板故障樹的最小割集施加已知定量的激勵信號，測量補償板的經過處理過的實際信號輸出值，最后，將利用補償原理［2］所計算的理論值與實際信號輸出值進行比較，可以精確的判斷出補償板的故障。

2 補償板故障樹模型的建立

圖2 補償板檢測原理框圖Fig.2 Block diagram of testing for compensation board

故障樹分析法［1］的關鍵是建造故障樹，故障樹建造的完善程度直接影響定性分析和定量計算結果的準確性。因此它要求分析人員把握板的內在聯系，了解各種潛在因素對故障影響的途徑和程度，以便在分析過程中發現問題，找出零部件故障與板的邏輯關系，以確定板的薄弱環節［3］。

圖3 航空相機補償板的故障樹Fig.3 Aerocamcra compensation board'fault tree

本相機補償系統采用下行法［1］進行分析，即根據故障樹的實際結構，從頂事件開始，逐漸向下尋找，找出割集，這樣一直向下尋找，直到找到最小割集為止。最后根據建樹的步驟［5］得到的補償板的故障樹如圖3所示。

從圖中可以分析出相機補償板的故障模型為：

表1 相機補償板故障一覽表Tab.1 Aerocamcra compensation board fault list

其中各個符號代表意思如1表所示。

從上述關系可知，最小割集為 X11、X12。因此只需對補償電機驅動電路和與指令系統通信電路進行檢測。

3 相機補償板的檢測系統硬件設計

根據相機補償板的工作環境，補償板檢測系統采用測試激勵信號仿真技術［4］對航空相機補償板的輸入信號進行模擬。以PC104工業控制計算機做為檢測系統的控制核心，以 PM504板卡做為 PC104總線與RS422總線協議轉換的接口板卡，以PM515板卡做為被測的補償板輸出的信號采集板卡，信息輸人通過定制鍵盤輸入，定制鍵盤采用開關矩陣方式構成。按鍵信息通過KP-2000接口芯片轉換為標準鍵盤接口時序，然后送入檢測系統的主控系統供其識別。信息輸出采用了標準TFT顯示器，由主控系統在TFT顯示器上顯示各類檢測提示信息、檢測過程信息及檢測結果信息。

3.1 相機補償板與指令系統通信的檢測

針對相機補償板與指令系統通信的檢測，檢測系統采用握手信號的方式進行檢測。事先約定好握手信號，然后由PC104主控系統模擬指令系統向補償板發送已知的請求信號如“aa”請求通信，信號被PM504板卡轉為RS422協議信號進行傳輸，補償板收到“aa”指令后，向主控系統返回指令信號如“55”，主控系統就是通過判斷所返回的指令來檢測主控系統跟補償板之間的通訊是否正常，其結果顯示在顯示器上。其硬件電路部分圖如圖4所示。

圖4 補償板與指令系統通信的檢測電路部分圖Fig.4 The part of detection circuit map of compensation board communicated with the instruction system

3.2 補償電機驅動電路的檢測

針對補償電機驅動電路的檢測，檢測系統采用理論值與輸出實際測量值的比較進行檢測。首先通過矩陣鍵盤向指控系統輸入指令和參數，主控系統根據輸入的指令和參數信號向補償板發送指令和參數信號，信號經PC104總線傳輸到 PM504板卡，PM504板卡將信號轉化為 RS422總線協議進行傳輸，補償板在接收到信號時，根據所接受的指令和參數驅動步距角為1.2度的步進電機，步進電機的轉子上連接一個4.7K（10圈）的電位器，電位器在此充當系統中的反饋環節，它將步進電機的角位移轉換為電壓值，PM515板卡將電位計產生的模擬電壓值轉換為計算機所識別的數字信號。該數字信號被送往主控系統，由主控系統對數字量進行處理分析，與理論值比較判斷補償電機驅動電路是否存在故障。如圖5所示。

圖5 補償電機驅動電路的檢測電路部分圖Fig.5 The part of detection circuit map of compensation motor control circuit

圖6 補償板檢測流程Fig.6 Compensation board inspection process

4 相機補償板檢測系統軟件設計

當檢測系統開始檢測時，由主控系統控制向補償板供電，然后通過串行總線接口單元模擬指令系統的通信信令關系與補償板進行總線通信，以檢測其通訊性能；再向補償板發送控制指令和控制參數，并通過采集電路單元（PM515板卡）對補償板輸出信號進行采集，最后對輸入到主控系統（PC104板卡）中進行信號處理，與理論值進行比較，從而精確判斷補償板是否存在故障，檢測完畢后，在主控系統控制下關閉檢測。補償板檢測流程如圖6所示。

用檢測系統對補償板進行檢測實驗，其檢測結果如圖7所示。

圖7 檢測系統實驗檢測結果Fig.7 Detection system test results

5 結論

基于故障樹原理分析法對航空相機補償板可能出現的故障進行分析，建立故障樹，分割出最小割集，采用測試激勵信號仿真技術和航空相機像移補償原理所計算的理論關系式，對最小割集進行診斷和分析。這樣不但能對補償板故障進行檢測還能分析出其是否能滿足實際需要。實驗表明該檢測系統能對相機進行快速的故障診斷，同時還能對相機補償板的性能進行評估。

［1］胡昌華，許華龍.控制系統故障診斷與容錯控制的分析和設計［M］.北京：國防工業出版社，2001.

［2］肖姝.航空相機的像移補償［D］.中國優秀碩士學位論文全文數據庫，2008.

［3］Sohn S D.Seong P H.Quantitative Evaluation of Safety Critical Software Testability Based on Fault Tree Analysis and Entropy［J］.Systems and Software，2004，73（2）：351-360.

［4］王恒霖，曹建國.仿真系統的設計與應用［M］.北京：科學出版社，2003.

［5］李麗娟，楊成禹，田成軍，等.航空相機主控板故障診斷技術研究［J］.長春理工大學學報：自然科學版，2008，31（9）：28-30.