基于機載ARINC429 總線輸出的緯度差數據異常判定與處理

李波 姚金彪

某型飛機慣導系統（以下簡稱慣導）與綜合顯控系統采用ARINC429 總線進行通信，交互數據的準確性直接關系到引導飛行的準確程度，故在飛機修理后的調試階段，測試和驗證在總線上傳輸的關鍵參數，是機載設備完好性測試的重要環節。

在某型飛機地面聯調時發現綜合顯示器（以下簡稱綜顯）上緯度差數據異常，基于此典型故障，通過分析緯度差信號的產生過程，結合總線數據傳輸和解算的機理，對異常數據進行逐級判定，最終成功定位并解決故障。

一、ARINC429 總線通信在機載產品上的應用

（一）總線通信概述

隨著數字計算的發展和微型計算機的出現，機載航空電子產品的數字化發展迅速，產品由單一化發展為系統化，子系統各產品間的數據交互顯得尤為重要，系統之間采用ARINC429 數據總線形式進行通信和數據交互便隨之應運而生，并已成為當前機載產品通信應用的主流，既提高了信息傳輸的可靠性和精度，又降低了模擬傳輸的高成本。

ARINC429 數據總線通信運用雙極性歸零制的三態調至碼方式，即BNR 碼，調制信號由“高”“零”和“低”轉態組成的三電平狀態。在ARINC429 數據總線的設定中，總線上傳輸的基本信息單元是由32 位構成一個數據字，其數據字有5 種應用格式。

（二）總線運用的典型代表

ARINC429總線在航空電子各系統產品上得到廣泛應用，特別適用于子系統數據間的交互，例如機載慣導系統與綜顯系統。以某型機裝載的慣導為例，其計算輸出的航向角、地速、即時經緯度、經度差、緯度差等參數等多種導航信息是輔助飛行和實現自動駕駛時不可或缺的參數，通過ARINC429 總線輸出后顯示在綜顯和其他飛行指示儀表上，可有效的指示當前飛行狀態，有助于飛行員掌握飛行信息。

二、慣導緯度差

（一）慣導緯度差的定義及誤差要求

1.緯度差的定義

緯度差，顧名思義，即緯度的差值，在慣導的數據定義中，緯度差特指慣導計算的當前飛行位置的緯度與該點標準緯度的差值，用于對慣導計算的即時經緯度進行校正，從而保證長航時的導航精度，避免導航數據隨使用時間延長而持續發散。

2.誤差要求

當飛機在地面或空中處于純慣性狀態時，方可進行校正操作，不滿足純慣狀態則無法進行校正操作，緯度差數值應滿足慣導的誤差指標要求，緯度差的誤差要求為不大于20′，大于指標要求則無法進行校正。

（二）緯度差數據的觸發

在機上進行校正操作時，待慣導進入純慣性狀態后，通過操作多功能控制板按鍵進入綜合顯控計算機的維護界面，按壓“校正”按鍵，慣導計算機收到命令字和航路點號后，將計算慣導與校正點的經度差和緯度差，并向綜合顯控系統發送，若滿足校正要求，經過確認后校正命令執行可完成校正，輸出校正后的位置信息；若誤差值超過校正要求，不能完成校正操作；若不進行校正，按壓“返回”或20s 未進行校正確認，校正取消。

三、緯度差數據異常判定與處理

（一）數據異常案例

某型飛機在地面開展慣導與綜合顯控系統交聯測試時，在綜顯維護界面緯度差數值顯示為140°，且數值在不斷跳變中，判定該現象為異常狀態，需對此異常現象進行處置。

（二）異常處置

根據上文緯度差的觸發原理，結合ARINC429 數據總線的故障模式，逐一對異常點進行排查。本次異常現象的處置中，利用總線監控設備對發送端和中間過程ARINC429 總線數據進行監控和讀取，具體處置如下。

1.慣導計算實時位置的誤差排查

如果慣導出現性能下降，計算的當前位置經緯度與標準值相差大，將會導致緯度差數據異常。

結合地面測試數據分析，慣導經過30min 靜態導航測試，速度和位置信息無跳變，與當前點標準經緯度誤差不大于1′，表示慣導工作在正常狀態，可以排除慣導性能下降導致的緯度差顯示異常故障。

2.慣導總線數據輸出的排查

如果慣導通過總線輸出的緯度差數據異常，通過顯控計算機解碼后顯示的數據也將異常，將會導致緯度差數據異常。

在慣導ARINC429 數據總線的設定中，緯度差的標號060，發送速率為100Kb/s，碼制為BNR。利用總線監控設備對慣導總線輸出的緯度差數據進行判讀，在無校正命令時，總線監控設備讀取的緯度差數據為空值，通過程序命令使慣導開展校正測試時，慣導設定發送的緯度差數值為0.2°，經總線監控設備讀取的緯度差數據為0.2°，與設定值一致，故可以排除慣導總線輸出異常導致的緯度差顯示異常故障。

3.顯控計算機硬件解算的排查

如果顯控計算機接收總線數據后解算出緯度差總線數據異常，再輸出顯示到綜顯時，綜顯將會顯示異常的緯度差數據。

根據顯控計算機的工作原理，需將接收的慣ARINC429總線數據進行轉換，并輸出給各個參數單元，同步進行顯示。結合機上通電的情況，更換慣導時，緯度差數據依舊跳變，而將顯控計算機互換位置后，數據跳變隨某一件顯控計算機出現，可初步判定顯控計算機是導致數據顯示異常的源頭。

再通過對顯控計算機進行單獨測試，著重測試顯控計算機數據解算的正確性，再根據硬件排查，由慣導輸出給顯控計算機的總線數據不存在轉換異常現象，故可以排除顯控計算機內部ARINC429 總線解碼硬件的故障。

4.顯控計算機軟件邏輯的排查

如果顯控計算機內部軟件對緯度差的判據設定邏輯異常，未能有效識別慣導是否為有效校正狀態，綜顯將會顯示異常的緯度差數據。

通過空中實驗和地面實驗，空中校正時緯度差顯示數據正常，數值輸出未超標且不跳變，地面狀態緯度差僅在維護界面時顯示異常，依據顯控計算機內部軟件的運行邏輯，發現未有效區分空中狀態和地面測試狀態，地面僅測試狀態時緯度差數據為特定值，不進行測試時為無效數據，需對其進行優化處置，故最終確定顯控計算機軟件邏輯錯誤導致緯度差數據異常無法排除。

（三）故障機理分析及改進

綜上分析，這一起慣導緯度差數據異常的原因在于綜顯計算機對ARINC429 總線數據中緯度差數據的優化處理邏輯異常，在校正命令無效時，綜合顯控計算機未能有效對維護狀態和測試狀態下緯度差的數據進行區分和優化處理。通過反饋原廠，根據緯度差數據的產生機理對顯控計算機內部軟件提出以下優化處理流程（見圖1），將校正命令的觸發作為顯控計算機最終輸出經度差和緯度差數據的判據，通過修改校正判據后，經度差和緯度差數據在地面測試狀態時得到有效優化，解決了數據異常和跳變的問題。

圖1：更改后的軟件邏輯流程

四、總結

通過分析子系統地面交聯測試時發現的緯度差數據異常故障，依據緯度差的計算和觸發原理，梳理慣導ARINC429總線傳輸流向，對數據異常現象進行深入分析，最終確定故障原因并提出有效解決辦法。