航空電子系統(tǒng)健康管理論文范文

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1航電系統(tǒng)功能分配結構分析

飛機航電系統(tǒng)的功能需求與其任務使命是密切相關的，通過研究航電系統(tǒng)功能與結構之間的關系，歸納其共性問題與知識，可用來指導健康管理體系架構設計。美軍為JSF所提出的開放式先進航空電子系統(tǒng)如圖1所示。它有如下特點[1]：（1）航空電子統(tǒng)一網絡（UAN）由于光纖具有頻帶寬、質量小和抗電磁干擾等優(yōu)點，采用以民用標準為基礎的統(tǒng)一的光纖傳輸網絡，以較少的費用實現(xiàn)系統(tǒng)寬帶信息傳輸的需求。（2）綜合核心處理（IntegratedCoreProcessor，ICP）。將數字信號處理、數據處理以及其他計算性要求的任務處理等集中到共享的、容錯的和高性能的綜合核心處理區(qū)內完成。（3）座艙人機接口。采用高分辨率彩色液晶顯示器和頭盔顯示器，以大圖像方式提供態(tài)勢信息，提高飛行員感知范圍和能力。（4）綜合射頻和綜合電光系統(tǒng)以模塊化方式構建綜合探測系統(tǒng)，前端充分利用不斷發(fā)展的軟件無線電及開放光電系統(tǒng)方法，采用規(guī)范的部件接口，降低費用，實現(xiàn)開放目標。如圖2所示，可以將航電系統(tǒng)按功能劃分為層次化的結構。按照需求分解原則（如模塊化），將頂層功能進一步分解成任務管理、功能管理等分系統(tǒng)，其中任務管理分系統(tǒng)又細分為CNI（通信、導航、識別）、探測、電子戰(zhàn)等子功能。依次類推，將每個功能分解到可在物理實體上實現(xiàn)的獨立功能模塊為止。由此可見，層次化結構、開放式特征等在一定程度上降低了綜合航電系統(tǒng)的復雜性。航空電子系統(tǒng)通過層次化劃分，將系統(tǒng)分成功能相對集中的功能模塊。

2綜合模塊化航空電子系統(tǒng)的健康管理系統(tǒng)設計

模塊化航空電子系統(tǒng)是指通過一系列標準化通用功能模塊的組合，通過加載與硬件無關的軟件，完成航空電子各個設備功能的系統(tǒng)。模塊化航空電子系統(tǒng)的典型結構如圖3所示。模塊化航空電子系統(tǒng)由核心處理系統(tǒng)和非核心處理系統(tǒng)組成，核心系統(tǒng)包含了若干個機柜，而每個機柜上裝載了一定數量的通用功能模塊（CommonFunctionModule，CFM）。非核心設備包括信號采集設備，傳感器設備等。圖4為一個包含兩個機柜的系統(tǒng)，在其中創(chuàng)建了兩個綜合區(qū)域（IntegrationAreas，IA），這兩個綜合區(qū)域通過一些共享資源（如信號處理模塊SPM、網絡支持模塊NSM、數據處理模塊DPM、電源轉換模塊PPM、大容量存儲模塊MMM、圖形處理模塊GPM等）排列在一起。對于綜合模塊化的航空電子系統(tǒng)，其健康管理系統(tǒng)設計要對應其模塊化特征。

2.1PHM系統(tǒng)架構結合綜合模塊化航電系統(tǒng)的開放式結構特征，PHM系統(tǒng)也采用開放式結構，分為機上PHM系統(tǒng)、地面支持決策系統(tǒng)、機下機上系統(tǒng)接口三個部分，如圖5所示。機上PHM系統(tǒng)采用分層的管理體系結構，分為三個層次：最底層為模塊/組件級管理器，分布在飛機各分系統(tǒng)部件中的軟、硬件監(jiān)控程序，包括傳感器或機內測試（BIT）設備，將有關信息直接提交給中間層的分系統(tǒng)級管理器；中間層為分系統(tǒng)級，具有信號處理、區(qū)域推理機功能；頂層為飛機系統(tǒng)級，通過對所有系統(tǒng)的故障信息相互關聯(lián)，確認并隔離故障，評估整個航電系統(tǒng)的健康狀態(tài)，最終形成維修信息和供飛行員使用的知識信息，傳給地面支援中心系統(tǒng)。綜合模塊化航空電子系統(tǒng)采用機載和地面兩級維護策略。機載在線測試和維護操作時，不應該干擾系統(tǒng)功能的執(zhí)行。在執(zhí)行測試和維護時，需要記錄所有故障，故障條目應當包含時間，環(huán)境等信息。同時航電設備應該提供地面測試接口，驗證在線檢測的結論。

2.2健康狀態(tài)監(jiān)控健康狀態(tài)監(jiān)控主要包括監(jiān)控系統(tǒng)健康狀況和檢測系統(tǒng)錯誤，還包括系統(tǒng)錯誤篩選和確定錯誤報告，如圖6所示，其中主要包括以下幾方面功能：（1）故障檢測機制。通過主動或被動方式完成硬件、軟件的故障檢測。（2）操作系統(tǒng)健康監(jiān)控服務。用來捕獲故障檢測機制傳遞來的故障和錯誤信息，經過綜合處理后向通用系統(tǒng)管理中的健康監(jiān)控器服務報告，并傳遞診斷信息。（3）通用系統(tǒng)管理健康監(jiān)控器。收集從操作系統(tǒng)健康監(jiān)控服務傳來的故障信息，根據嚴重程度和性質進行篩選，做出相應的處理操作。

2.3故障處理故障處理包括掩蓋、定位、限制等機制，從而使系統(tǒng)能夠在錯誤存在的情況下繼續(xù)運行一段時間。故障處理的行為與具體的由健康監(jiān)控器報告的事件有關，故障管理器根據事件信息采取進一步的故障處理措施，如圖7所示。圖7中，健康監(jiān)控器需要向故障管理器報告所有確認的故障。故障管理器支持各種故障的處理機制，對故障響應將按一系列處理序列進行，一般包括故障關聯(lián)、識別和定位，向配置管理器請求重配置已實現(xiàn)故障掩蓋，請求應用程序錯誤處理函數，向上層健康監(jiān)控器報告等。配置管理器將處理由故障管理器發(fā)來的重新配置請求，配置完后配置管理器將通知故障管理器。

3結論

航空電子系統(tǒng)是現(xiàn)代飛機的“中樞神經”，承載著大部分任務功能。通過開展綜合模塊化航電系統(tǒng)的PHM系統(tǒng)設計，可知PHM系統(tǒng)體系結構應具備的共性特征包括：系統(tǒng)分層次的體系結構；分布式、跨平臺系統(tǒng)特點，作為未來全球自主保障支撐技術的PHM系統(tǒng)，必然是存在多個對象系統(tǒng)之間的分布協(xié)作關系；開放性、模塊化的設計實現(xiàn)方法；實時性要求，能實時監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)并做出決策。本文設計的綜合航電PHM系統(tǒng)采用開放性、分布式、模塊化的系統(tǒng)結構，模塊化便于系統(tǒng)的集成和新技術及方法的導入；開放性系統(tǒng)結構便于系統(tǒng)的更新，便于與飛機其他系統(tǒng)集成構成更高層次的PHM系統(tǒng)，便于與自主式保障系統(tǒng)交聯(lián)提高整體保障效能。

作者：楊德才單位：電子科技大學航空航天學院