某型無人機衛通天線組合校向故障分析及維修

陸志剛

石家莊海山實業發展總公司 河北 石家莊050208

0 引言

衛星中繼超視距鏈路分系統是某型無人機測控與信息傳輸系統的重要組成部分，主要完成對無人機的遙控、遙測、偵察及任務載荷信息的超視距傳輸。衛通地面數據終端和衛通機載數據終端以通信衛星作為中繼，進行點對點通信，包括地-星-機前向鏈路和機-星-地返向鏈路。衛通機載數據終端接收視距機載數據終端送來的返向鏈路數據，進行加密后，送調制器進行信道編碼、成型濾波、正交調制，輸出中頻調制信號，經上變頻器變為的L波段中頻信號，由衛通功放組合內的BUG 模塊變頻為的Ku波段射頻信號，經過功率放大，通過衛星天線組合發向衛星。衛通天線無論是設計、制作還是材料的選擇，都應予以高度重視。若衛通天線發生故障，無法對準使用衛星，天線不能正常工作，換句話說，將會使衛通機載數據終端處于癱瘓狀態[2]。

1 故障現象

某型無人機在外場進行系統地面聯試，地面控制站通過視距鏈路可對其發送控制指令，衛通天線在校向跟蹤衛星時，起初天線旋轉的方位、俯仰以及極化軸向驅動正常，然而在初始對星過程中，天線俯仰角度突然增大，并且超過限位保護開關的工作極限位置，致使驅動裝置俯仰電機的輸出軸斷裂，天線轉動失靈，不能繼續俯仰轉動，事實上，俯仰角度已經超過命令指向角度，致使天線損壞不能正常工作。

2 組成及原理分析

衛星中繼超視距鏈路分系統包括衛通地面數據終端和衛通機載數據終端兩部分。衛通機載數據終端由衛通天線組合、衛通收發組合、衛通功放組合和衛通電源轉換盒等設備組成。其中，衛通天線組合包括天線主副面、饋源、天線座架、伺服控制、Ku低噪聲放大器、單脈沖跟蹤接收機，其中伺服控制包含驅動裝置、方位電機、俯仰電機、極化電機、陀螺、角度傳感器等。天線組合主要用于接收衛星衛通天線根據監控指令、GPS信息及慣導信息進行自動對星及跟蹤等，主要能夠通過初始對星、自動搜索、自動跟蹤等流程，驅動天線方位、俯仰、極化軸向自動到位，實現快速、準確、穩定地對準目標衛星，從而建立連接、可靠的衛星通信鏈路。

3 故障原因分析

通過衛通天線工作原理可知，天線在校向時，止動失效，俯仰角度超限，導致天線工作不正常，考慮到可能受如下2種因素的制約：遙測信號接收異常導致天線故障、伺服控制驅動電機失效引起天線故障。

3.1 遙測信號接收異常的角度分析天線故障原因 跟蹤單元輸出的跟蹤電壓可以驗證天線能否正常對星。假如跟蹤單元的輸入信號異常，那么天線監控單元接收的電壓就會異常，從而引發誤判，是導致天線機械故障的誘因。所以，如果從天線接收前向鏈路射頻信號送低噪聲放大器放大，由下變頻器變為中頻信號，對解擴解調出的下行信號的每個環節進行故障排除，表明校向故障與遙測信號接收無關，就可以針對另外一個因素排查。衛通機載數據終端有監控單元，將BIT 檢測結果通過遙測鏈路傳送到地面指控站，通過地面站將系統設置成閉環自檢的模式，模擬系統正常工作狀態，從下變頻器輸入頻譜，檢查接收信號頻譜和電平；同時在下變頻器輸出頻譜，檢查下變頻器頻率和中頻輸入電平，利用頻譜儀跟蹤輸入和輸出的電平值，經過驗證后輸入頻率、輸出頻率，符合系統的設計指標。檢查結果表明，信號下行的過程中，從天線到跟蹤單元的每個環節，天線都可以正常工作。

3.2 伺服控制驅動電機失效角度分析天線故障的原因 既然遙測信號的接收正常，那么就應檢查伺服控制系統，分析是否造成天線發生故障的原因。跟蹤單元輸出跟蹤電壓到天線控制單元，當低于天線正常跟蹤的設定值時，天線控制單元發出指令，并通過電機驅動裝置控制方位、俯仰和極化的電機工作，促使天線尋找遙測信號。軸頭上的位置傳感器輸出測角信號，軸角編碼單元把測角信息反饋給天線控制單元，以使天線能夠安全運行。在俯仰軸旋轉范圍的兩端，分別裝有由行程開關和碰塊組成的限位裝置，當天線轉至極限角度時，碰塊觸碰開關，切斷電源，俯仰停止轉動。初步判斷俯仰電機故障，為驗證是否機械故障導致天線故障，重新更換俯仰電機，衛通機載數據終端再次通電使天線校向對星，然而俯仰電機再次損壞。由此可判斷，排除了驅動電機引起天線故障這一因素。

根據故障現象分析，確定驅動裝置電路出現故障，只有當電機接收驅動信號異常時才會引起俯仰電機失控，從而導致天線損壞。排故人員在地面利用三用表測量驅動電路無信號輸出，電流指針跳動，用手按壓與接線柱連接的導線時，輸出信號恢復正常，當手松開時設備無信號輸出，目視觀測管腳焊點存在焊錫過少的現象，用鑷子輕輕扳動導線，導線從焊點處脫落，判斷存在虛焊現象。至此，判斷導致俯仰電機輸出軸斷裂是由于虛焊造成的，對發生脫焊的幾根導線重新焊接，并用放大鏡觀察焊點，確保符合焊接要求。機載鏈路數據終端再次通電，天線校向轉動正常，上行、下行信號輸入/輸出正常。

4 結論及措施

通過對本次故障進行分析和研究，從遙測信號接收異常、伺服控制驅動電機失效這兩個因素入手，研究故障機理，分析故障原因，最后故障定位，認定是虛焊造成的電子電路故障。查詢相關數據及文獻資料表明近一半的電子電路故障是由于虛焊造成的，且虛焊不易察覺。針對虛焊產生的一系列原因，應盡量提高焊接質量，同時加強老化篩選試驗，盡量將虛焊現象早期暴露或者排除。