某型空空導彈控制組合數字裝置深度修理

汪小龍 高麗輝 楊雷

摘要：某型空空導彈控制組合數字裝置是該導彈控制組合修理過程中故障率較高的分組件，由于數字裝置內部邏輯電路復雜，使得控制組合故障定位較為困難。本文結合現場修理條件和技術對控制組合數字裝置的工作原理進行了研究和分析，實現了該數字裝置的深度修理。

關鍵詞：導彈；數字裝置；深度修理

Keywords：missile；digital device；deep repair

0 引言

某型空空導彈控制組合數字裝置（以下簡稱數字裝置）又稱接收和編碼轉換裝置，用來接收載機輸出的32位雙極性二進制串行碼數字信號，通過接收轉換電路，將串行碼轉換成并行數字信號并同時進行解碼確認后，傳送到相應的存儲單元，然后再通過相應的電路將數字信號轉換成模擬信號，輸出到相應的接收部件。

1 工作原理

數字裝置主要由電路板Ⅰ、電路板Ⅱ組成，其中，電路板Ⅰ為碼接收器，電路板Ⅱ為指令變換器。原理框圖如圖1所示。從Uа、Uб的輸入端輸入的串行信息進入計數脈沖和信息脈沖形成器形成三路信息：信息脈沖、讀數脈沖和計數脈沖。其中，信息脈沖進入移位寄存器，借助讀數脈沖將信息并行記錄到移位寄存器；計數脈沖與信息脈沖通過間隔選擇器、字選擇器、偶校驗器和32位計數完畢脈沖形成器生成計數完畢脈沖。

移位寄存器輸出的并行信息在計數完畢脈沖及“φ0”指令的作用下進入地址譯碼器和儲存器，地址譯碼器對并行碼1至8位地址碼進行譯碼，儲存器選擇性儲存并行碼9至18位信息。最后，轉換器對譯碼正確的譯碼器對應存儲器的存儲信息進行邏輯處理、D/A轉換、電壓轉換后，產生對應的指令。

2 結構組成

2.1 碼接收器

碼接收器由計數脈沖和信息脈沖形成器、間隔選擇器、字選擇器、偶校驗器、移位寄存器和32位計數完畢脈沖形成器等組成。

編碼信息以國際上常用的ARINC429碼形成。ARINC429是一種航空電子總線，最早用于將飛機各系統間或系統與設備間通過雙絞線互連，是各系統間或系統與設備間數字信息傳輸的主要路徑，類似于飛機的神經網絡，其規范是在ARINC419的基礎上起草的，但又獨立于ARINC419。過去許多航空設備采用的航空總線種類各異，很難互相兼容，現代飛機電子系統要求各機載航空設備使用統一的航空總線，方便系統集成，ARINC429就是在這種需要下形成的規范。ARINC429具有接口方便、數據傳輸可靠的特點，目前是航空領域應用最廣泛的航空電子總線，在導彈、雷達等領域也得到廣泛應用。

ARINC429總線上有一對單向、差分耦合、雙橋屏蔽線。每條線上的信號電壓范圍在+5～-5V之間。一條線稱為A（或+），另一條稱為B（或-）。線路上的碼型為雙極性歸零碼。兩條線路的差分信號邏輯關系有三種：當A-B之間的差分電壓為7.25～11V時，表示邏輯1；當A-B之間的差分電壓為-0.5～0.5V時，表示NULL；當A-B之間的差分電壓為-11～-7.25V時，表示邏輯0。

接收線路上的電壓取決于線路長度和掛接在總線上的接收器的個數。ARINC429總線協議的字格式如表1所示。其中，第32位為奇偶檢驗位P，一般設置為奇檢驗，當1～31位含有偶數個1時，該位置為“1”，反之為“0”；第31、30位為符號/狀態位SSM，用于標識硬件操作模式、條件以及有效數據；第29位為標記位SIGN；第28位到第11位為數據區位DATA；第10、9位為源/目的標識位SDI，當總線上有多個接收器時可通過該位獲取有效數據；第8位到第1位為源/目標標志位LABEL，用于表示傳輸的類型。

上述字的發送順序為：源/目標標志位、源/目的標識位、數據區位、標記位、符號/狀態位和奇偶校驗位。其中，源/目標標志位與正常順序剛好相反，先發送高位再發送低位，即8、7、6、5、4、3、2、1、9、10、11……32的順序。

此型導彈控制組合數字裝置碼接收器以雙極性歸零制的三態碼調制方式進入Uа、Uб輸入端（三態碼調制方式如圖2所示）。

當Uа輸入端為正脈沖、Uб輸入端為負脈沖時表示邏輯1；當Uа輸入端為負脈沖、Uб輸入端為正脈沖時表示邏輯0。32個脈沖組成一個字，字間隔為4T（T為脈沖周期，T≈21ms）。Uа、Uб輸入端輸入的串行信息進入計數脈沖和信息脈沖形成器形成三路信息：信息脈沖、讀數脈沖和計數脈沖。其中，信息脈沖進入移位寄存器并借助讀數脈沖將信息并行記錄到移位寄存器。計數脈沖與信息脈沖通過間隔選擇器、字選擇器、偶校驗器和32位計數完畢脈沖形成器生成計數完畢脈沖。

2.2指令變換器

指令變換器由+5V電源、“φ0”指令變換器、地址譯碼器、儲存器、轉換器、D/A基準電壓組成。

指令變換器對碼接收器產生的32位并行碼中的前18位進行譯碼和指令轉換。移位寄存器輸出的并行信息在計數完畢脈沖及“φ0”指令的作用下進入地址譯碼器和儲存器，地址譯碼器對并行碼1～8位地址碼進行譯碼，儲存器選擇性儲存并行碼9～18位信息。最后，變換器對譯碼正確的譯碼器對應存儲器的存儲信息進行邏輯處理、D/A轉換、電壓轉換后，形成指令：“高度0”“高度1”“高度2”“角度0”“角度1”“角度2”“目標類型1”“目標類型2”“目標類型3”“地面”和“速度”。

3 測試定義

數字裝置對外端口較少，數據端口僅有9個（見表2）。根據數字裝置故障情況以及目前的檢測手段，對該型導彈控制組合檢查及故障定位系統的工作原理、檢測項目、檢測流程進行了分析。對該設備測試程序中429檢查模塊進行歸納總結，分析源程序，形成429檢查項目，如表3所示。

4 專用檢測工具

針對數字裝置故障情況，修理現場備有一個專用檢測工具用于故障修復，專用檢測工具如圖3所示。

該專用檢測工具在使用過程中輸出A、B兩路信號，兩路信號經過差分運算后輸出ARINC429協議規定的信息碼（見圖4），用示波器采集到的波形如圖5所示。

5 數字裝置故障分析及修理

首先，對數字裝置工作過程進行分析。Uа、Uб的輸入端輸入的編碼信息進入脈沖啟動比較器比較電平后，分別輸出兩路單極性脈沖信息（以下簡稱信息脈沖）。兩路信息脈沖進行“與”邏輯處理，形成單極性計數脈沖與讀數脈沖。

一路信息脈沖進入移位寄存器的數據輸入端并借助進入時鐘輸入端的讀數脈沖將信息并行記錄到移位寄存器。為了準確記錄，利用部分器件使讀數脈沖預先延遲。當所有信息并行記錄至移位寄存器，32位計數完畢脈沖形成器上形成計數完畢脈沖，信息即可并行讀出。計數完畢脈沖由32位字選擇器和偶校驗器形成。計數完畢脈沖的持續時間由延遲電路決定。計數完畢脈沖在產生的同時使32位計數器清零。延遲一段時間后輸出低電平，繼續接收信息脈沖。

地址譯碼器對并行碼1～8位地址碼進行譯碼。若地址碼正確則置“0”，地址碼錯誤則置“1”。

儲存器選擇性儲存并行碼9～18位信息。若地址碼正確后，相應的存儲器輸出存儲信息。

轉換器對存儲器輸出信息進行邏輯處理、D/A轉換、電壓轉換后，產生與表2對應的指令。

指令“速度”的D/A轉換器將并行碼11～18位信息轉換為模擬電壓信號，用于產生D/A基準電壓。

“φ0”指令變換器將+27V“φ0”指令轉換為+5V數字邏輯電平。

+5V電源將載機供給或導彈產生的+9V直流電壓轉換成+5V直流電壓，供給數字電路各器件。

數字裝置典型故障模式有：供電超差導致測試不合格；邏輯電路故障導致測試不合格。

5.1 供電超差導致不合格

一枚控制組合在進行故障檢查429碼測試過程中，測試不合格。具體表現為測試項目1、測試項目2、測試項目3均不合格。

針對此故障現象，對控制組合數字裝置進行故障分析和排查工作。使用專用檢測工具手動發送規定429碼形1，使用示波器采集測試項目1的指定測試點1腳電壓值為2.87V（不合格）；使用專用檢測工具手動發送規定429碼形2，使用示波器采集測試項目2的指定測試點2腳電壓值為2.91V（不合格）；使用專用檢測工具手動發送規定429碼形3，使用示波器采集測試項目3的指定測試點3腳電壓值為2.89V（不合格）。使用示波器所采集的參數與控制組合故障檢查測試參數相一致。

對照控制組合數字裝置原理圖進行分析，429碼測試項目1、測試項目2、測試項目3均不合格，首先對數字裝置的供電端進行檢測，由于數字裝置碼接收器和指令轉換器上的許多芯片均為5V電源供電，若供電端不合格，會導致后續電路輸出端不合格。

+5V電源將載機供給或導彈產生的+9V直流電壓轉換成+5V直流電壓供給數字電路各器件。使用示波器采集電路板Ⅱ的19腳，電壓為+9V（合格）；使用示波器采集電路板Ⅱ的45腳，電壓為2.90V（不合格）；電路板Ⅱ的45腳與電路板Ⅰ的39腳相連。使用示波器采集電路板Ⅰ的39腳，電壓為2.90V（不合格）。查看電路板Ⅰ的電路圖，電路板Ⅰ的39腳通過并聯的極性電容C08和C02、電容C03和C04與電路板Ⅰ的38腳相連。電路板Ⅰ的38腳為+5V穩壓輸出濾波“地”，電路板Ⅰ的39腳為+5V穩壓輸出濾波“電源”。重點對電容C02、C03、C04、C08進行排查，通過測量發現極性電容C02故障。

更換故障電容C02后，使用專用檢測工具分別發射429碼形1、429碼形2、429碼形3，使用示波器分別采集指定測試點1腳、2腳、3腳，電壓輸出均合格。再通過測試設備對整個控制組合進行測試，測試結果合格，其中429碼測試階段測試項目1、測試項目2、測試項目3輸出電壓也合格，故障排除，完成修復。

5.2 邏輯電路故障導致不合格

一枚控制組合在進行故障檢查429碼測試過程中，測試不合格。具體表現為測試項目1、測試項目2、測試項目3、測試項目4、測試項目5均不合格。

根據故障參數對控制組合數字裝置進行分析。使用專用檢測工具手動發送規定429碼形1，使用示波器采集測試項目1的指定測試點1腳電壓值為0.01V（不合格）；使用專用檢測工具手動發送規定429碼形2，使用示波器采集測試項目2的指定測試點2腳電壓值為 0.01V（不合格）；使用專用檢測工具手動發送規定429碼形3，使用示波器采集測試項目3的指定測試點3腳電壓值為0.01V（不合格）；使用專用檢測工具手動發送規定429碼形4，使用示波器采集測試項目4的指定測試點4腳電壓值為0.05V（不合格）；使用專用檢測工具手動發送規定429碼形5，使用示波器采集測試項目5的指定測試點5腳電壓值為0.05V（不合格）；使用示波器所采集的參數與控制組合故障檢查測試參數相一致。

對照控制組合數字裝置原理圖進行分析，429碼測試項目1、測試項目2、測試項目3、測試項目4、測試項目5均不合格，對數字裝置供電端進行檢測，供電端正常。其中，測試項目1的采集點連接數字裝置電路板Ⅱ的觸發器D21的1腳，測試項目2的采集點連接數字裝置電路板Ⅱ的觸發器D16的2腳，測試項目3的采集點連接數字裝置電路板Ⅱ的觸發器D16的1腳，測試項目4的采集點通過數字裝置電路板Ⅱ的三極管VT2和非門D06的3腳連接，測試項目5的采集點通過數字裝置電路板Ⅱ的三極管VT3和非門D06的4腳連接。由于上述5路信號輸出均不合格，則應找出此5路信號的共同輸入端。非門D06輸入端受到觸發器D01的影響，觸發器D01、D16、D21的時鐘輸入信號均和非門D17的輸出有關。對非門D17進行排查，非門D17完好；繼續向前排查，檢測與非門D18，分別采集D18的3、4、5、6腳信號與合格產品對比，發現與非門D18輸出正常；再使用示波器對觸發器D23進行排查，發現觸發器D23的輸入端信號合格，觸發器D23的1腳輸出波形合格，但是13腳無輸出（合格產品D23的13腳有方波信號輸出），由此判斷觸發器D23故障。

更換故障觸發器D23后，使用專用檢測工具分別發送429碼形1、429碼形2、429碼形3、429碼形4、429碼形5，使用示波器分別采集指定測試點1腳、2腳、3腳、4腳、5腳，輸出電壓均合格。再通過測試設備對整個控制組合進行測試，其中429碼測試階段測試項目1、測試項目2、測試項目3、測試項目4、測試項目5輸出測試結果也均合格，故障排除，完成修復。

6 結束語

通過該型空空導彈控制組合數字裝置深度修理技術研究及實施，實現了控制組合數字裝置故障元器件級修復，不僅提升了修理深度，還節省了修理成本，從根本上解決了空空導彈控制組合數字裝置故障修理難題。

參考文獻

[1] 李學干，蘇東莊 計算機系統結構 [M].西安：西安電子科技大學出版社，1991.

作者簡介

汪小龍，助理工程師，主要從事空空導彈修理技術研究。