基于故障树的飞机视频系统典型故障分析

基于故障树的飞机视频系统典型故障分析

商龙 1 杨瑛杰 2 赵华宇 2

1.空装驻西安地区第一军事代表室 陕西西安 710089

2. 中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西西安 710089

摘要：视频系统作为飞机航空电子系统的重要组成部分，对保障飞行任务，起到不可替代的关键作用。但是由于各型飞机的使用场景和执行任务的不同，视频系统的摄像头组件往往是根据设计要求结合实际需要被分别布置安装在机体的不同位置。各摄像头组件所面临的使用环境和工况条件也不同，在某些场景下可能会出现摄像头画面抖动、模糊甚至黑屏、蓝屏等故障问题。本文引入故障树的模型对某型飞机的视频系统典型故障进行分析诊断。

关键字：视频系统 故障树 典型故障

飞机视频系统作为贯穿航电系统前端和终端的重要分系统，其摄像头画面直接面向空勤和地勤人员，直观影响任务执行和用户体验。某滑行辅助摄像头安装在飞机驾驶舱下蒙皮外部，主要用于对跑道道面宽度进行监控；某区域摄像机组件安装在中机身左、右起落舱后端，主要用于对左、右两侧及中心线的任务动作进行视频监控。当前摄像头组件一般设计为外场可更换单元，由整流罩壳体、镜头部件、电源板、视频模块、CCD板、电缆部件等部分组成。摄像头输出差分视频信号送到视频信号采集器，采集器将视频转为DVI信号并根据控制指令送往DPU1 、DPU2及货运管理计算机，用于在机上显示器显示。

1 飞机转电摄像头画面抖动故障

在飞机执行飞行任务前，通常需要先使用地面电源辅助将飞机部分系统加电启动并进行机务准备工作，待各系统稳定运行后会启动发动机或APU进行转电操作。某型飞机在进行飞行预先机务准备前的通电检查时发现：当发动机启动后转电过程中，摄像头会偶发出现画面闪烁抖动现象。针对此故障问题展开技术分析和试验验证。

1.1 问题定位

将该摄像头故障件进行一系列试验，结合故障现象和工作机理开展原因分析并建立导致摄像头输出的视频画面在发动机转电时抖动的故障树如图1所示。

图1 视频画面抖动故障树

按照故障树进行逐步分析如下：

1）摄像头内部视频信号接触不良

摄像头上电后经过初始化视频模块，环境景物光线通过玻璃光窗、光学镜头、滤光镜后，在CCD 传感器上成像，生成初级的模拟信号，预处理模块将信号放大处理和采样后，视频处理模块采用大规模专用视频处理芯片对视频信号进行图像处理，形成标准PAL-D模拟视频信号，最后由差分视频驱动电路驱动输出差分视频，工作原理如图2所示。

图2 摄像头工作原理图

摄像头内部CCD板、视频模块和电源板之间通过板对板连接器连接，若存在接触不良现象，会引起摄像头视频无输出、输出不正常、黑屏或抖动现象。为排查此问题隐患开展了三轴向功能振动试验验证，试验期间通电工作输出画面显示正常，证明摄像头内部电路无接触不良的情况。

2）机上电缆接触不良

滑行辅助摄像头输出视频在机上的通路如图3 所示。

图3 摄像头输出视频信号机上连接图

摄像头输出的差分视频信号经机上电缆送入视频前端信号采集器后，采集器将差分模拟视频信号转换成DVI视频信号送给显控处理计算机，再由显控处理计算机送DPU1、DPU2和货运显示器显示。

视频信号在机上传输通道若存在接触不良现象，会引起摄像头视频无输出、输出不正常、黑屏或抖动现象。这种情况一般出现在飞机机身振幅较大的时候，如滑跑、降落的瞬间，而机上故障时机为当发动机启动后转电过程中，摄像头会偶发出现画面闪烁抖动现象，因此可排除机上电缆接触不良的因素。

3）机上供电转换中断引起摄像头掉电

通过查询设计技术文件，允许在符合规定的供电转换期间、非正常稳态及瞬态供电条件、供电故障情况下，视频前端设备可以停止工作。

考虑到设备和系统启动时间等因素，视频前端信号采集器电源部件设计有保持电路，能够实现对部分供电转换和断电情况的保持，而摄像头由于尺寸原因，且启动时间非常短，没有设计电源保持电路，因此在供电转换中断和故障断电时摄像头会掉电，在供电恢复正常后可以恢复工作。

视频前端设备的供电兼容性试验验证，当发生供电中断和故障断电时，摄像头因掉电停止工作，不能输出视频图像，表现在显示设备上，会发生短暂黑屏（断电时间超过50ms时）或画面闪烁或抖动（断电时间不超过50ms时）。

因此，在机上发动机启动转电过程中，存在因供电转换中断而导致摄像头掉电不能输出图像，引发视频画面黑屏、闪烁或抖动的现象。

1.2 试验验证

为确保故障件的隐患被完全排除，按照产品规范要求对该摄像头组件进行了常温功能性能检测，然后经过三轴向功能振动试验验证，试验期间摄像头通电工作，输出画面正常，未发现画面闪烁或抖动现象。

1.3 最终结论

根据上述技术分析和试验验证，定位该故障问题的原因是由于机上供电转换中断引起摄像头掉电。在机上发动机启动转电过程中，存在因供电转换中断而导致摄像头掉电不能输出图像，引发视频画面黑屏、闪烁或抖动的现象，该现象属于正常情况，符合设计文件要求，不影响摄像头性能和使用。

2 区域摄像机画面蓝屏故障

在机务人员进行某型机任务系统地面通电检查时，发现将左区域摄像机组件旋钮放置对接位置时，画面蓝屏。

1.1 问题定位

将该故障件返厂进行通电检查试验验证，反复上下电多次，出现对接监控无视频现象，与机上故障情况吻合。结合工作机理和试验情况开展原因分析并建立导致区域摄像机输出无画面，显示器为蓝屏的故障树如图4所示。

图4 区域摄像机组件输出蓝屏故障树

按照故障树进行逐步分析如下：

1）侧向电源故障

故障件上电工作后，用万用表测量检查输出的直流+12V、+5V电压是否正常。经检查，输出的直流+12V、+5V电压稳定、正常，说明输出电源电路通路正常，侧向电源故障可以排除。

2）分配部件故障

将故障的左区域摄像机组件分配部件更换到正常的摄像机组件中并进行通电检查，输出视频正常，说明分配部件正常，分配部件故障可以排除。

3）对接位置摄像头故障

将故障的左区域摄像机组件对接位置摄像头更换到正常的摄像机组件中并进行通电检查，输出视频正常，说明摄像头正常，摄像头故障可以排除。

4）光电转换部件故障

将故障的左区域摄像机组件光电转换部件更换到正常的摄像机组件中并进行通电检查，经过多次开机测试，光电转换部件第二路无视频输出，关机重启后输出图像正常。再将正常的光电转换部件更换到故障的摄像机组件中进行多次通电检查，输出三路视频信号均正常。由此可以判断故障是由光电转换部件引起的。

对光电转换部件进行进一步排查：由于与安装光纤连接器发生结构干涉，为不影响装配，光电转换部件第二路视频通道解码芯片未焊接钽电容，导致视频解码芯片对电源纹波的抗干扰能力下降，造成视频解码芯片解码数据偶发错误，使得FPGA输出的ARINC818数据错误，导致光电转换部件第二路偶发无视频输出。补充钽电容后，光电转换部件恢复正常，反复开机测试第二路视频输出始终保持正常，故障现象消失。

综上所述，此次故障是由于光电转换部件上的钽电容未安装，导致解码芯片的输出数据异常使得光电转换部件第二路偶发无视频输出。

1.2 试验验证

为确保故障件的隐患被完全排除，对故障的区域摄像机组件的光电转换部件补装钽电容，并更换第二路解码芯片，修复完成后，按照产品规范要求对该摄像机组件进行了通电拷机测试，并在线实时采集解码芯片输出的行、场同步信号，同步信号正常且保持稳定，摄像机组件功能性能正常。

1.3 最终结论

根据上述技术分析和试验验证，定位该故障问题的原因是由于光电转换部件第二路解码芯片滤波钽电容未焊接，造成视频解码芯片失效，导致第二路偶发无视频输出。

3 结束语

本文基于故障树分析方法，通过结合实际故障现象分析原因机理，锁定边界条件，绘制相对应的故障树模型对故障展开详细诊断。通过逐条分析、排除可能的故障事件，最终找到故障原因并制定相应的解决措施。这种科学的故障分析方法也可用于飞机航电系统的其它故障排查和定位。

参考文献：

[1] 史定华，王松瑞，故障树分析技术方法和理论[D].北京:北京师范大学出版社，1993

[2] 朱大奇，航空电子设备故障诊断技术研究，[D].南京，南京航空航天大学，2002.5

[3] 郭鹏，李清，张涛，基于故障树的航电系统故障诊断方法设计与实现[J]，中国航空学会会议文集，2010.10