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摘要：紫外接收機探测导弹发动机工作时羽烟中的紫外辐射信号，信号经处理后实现对来袭导弹的威胁告警。通过本例故障的排除，确认了紫外接收机RS422信号（MAX3488EESA芯片）对紫外接收机和控制器通信的影响，确定了MAX3488EESA芯片功能下降的缺陷，为排除飞机上电子战系统故障提供一种手段。
关键词：紫外接收机；故障；通信；自检
Keywords：ultraviolet receiver；fault；communication；self-check
某型飞机在接收时进行电子战系统通电启动自检，偶报“右紫外接收机故障”，故障代码为1400。
1 系统原理
紫外接收机的作用是探测导弹发动机工作时羽烟中的紫外辐射信号，在经过信号处理后可实现对来袭导弹的威胁告警。
如图1所示，紫外接收机通过RS422接口向控制器传输告警信号，控制器将两路告警信号进行坐标转换和畸变校正后形成告警信息，再通过1553B电子战总线将其上报电子战系统。告警方位信息由电子战系统送至显示控制管理分系统综合显控器上显示。
1.1 紫外探测单元
紫外探测单元由紫外广角光学物镜、紫外滤光片、高压电源、低噪声紫外图像像增强管、CCD组件等几部分组成。采用高分辨率成像体制，探测日盲紫外光谱区的辐射，其组成如图2所示。
为了提高系统的接收灵敏度，镜头应具有大的相对孔径，紫外物镜采用石英等材料及远心光路设计。
紫外滤光片抑制系统通带外其他波长光成分，确保整机工作于日盲区。
低噪声紫外图像像增强管实现紫外光子图像的增强以及图像的转换，具有较高的内增益，对紫外辐射有很高的灵敏度。低噪声紫外图像像增强管可获得信号的二维分布，实现成像方式的紫外探测，具有高分辨率、高灵敏度优点。
中继光学部件将低噪声紫外图像像增强管输出耦合到CCD的靶面上，采用光锥耦合，体积小、效率高。
CCD组件完成光信息到电信息的转换功能。驱动器用一定频率的时钟脉冲对CCD进行驱动，在CCD的输出端获得二维空间图像的信号。预处理对CCD输出信号进行放大处理后，由A/D转换输出8bit数字量化信号，256灰度等级信号，输出信号中的每一离散电压信号的大小对应着该光敏面所接收光强的强弱，而信号输出的时序则对应CCD光敏元位置的顺序。以帧频10fps、像素256×256计算，CCD组件数字信号输出速率为640Kb/s。CCD组件输出信号为数字视频输出信号。CCD组件工作及预处理如图3所示。
高压电源为低噪声紫外图像像增强管提供工作电源，要求高稳定度、低纹波。为了减小系统的体积、重量，增强可靠性，高压电源采用模块化结构，紧贴低噪声紫外图像像增强管安装。
1.2 信号处理单元
信号处理单元的主要功能是处理来自紫外探测单元的数字图像信息，利用导弹逼近特征算法在复杂的背景图像中识别来袭导弹，并向载机提供告警信息。
信号处理单元信号处理板以数字信号处理器（DSP）芯片为核心，DSP芯片的作用是实现图像处理算法。CCD图像数据通过CPLD传入DSP，数据处理量为640Kb/s。CPLD芯片作为图像数据的缓冲，从图像接口接收图像数据，再把图像数据传输给DSP芯片。单片机MSP430芯片从422串口接收航姿信号，经过处理后再输出给DSP芯片。DSP进行数据处理，从杂波背景中检出可能目标，并作进一步分析处理，保证在探测概率一定的前提下虚警率最小。DSP芯片通过图像处理算法计算后，如果发现有导弹威胁，首先送给单片机MSP430芯片，再由单片机MSP430芯片通过422串口传送给控制器，控制器通过航电总线将告警信息上报，综合显控器进行告警信息的显示。信号处理单元组成框图如图4所示。
2 故障分析
2.1 问题定位
对上述故障进行分析，列出如图5所示的故障树。根据故障树可知“右紫外接收机故障”可能的原因是：机上线路故障、右紫外接收机故障、控制器故障、任务机故障等。
按照先易后难的方法，先串装右紫外接收机，多次通电故障未复现，初步定位是右紫外接收机故障。
右紫外接收机返回航电部检查，产品无故障。控制器返回航电部与右紫外接收机进行联试，故障不复现。对这两件产品进行航电系统联试，故障仍未复现。
2.2 机理分析
按下自检按键后，控制器内部产生的自检信号通过紫外处理板上D7（DS9638J/883Q双差分驱动器）发送422信号到紫外接收机内部信号处理板上U6（MAX3488EESA RS485/422收发器），U6接收信号后送入U5（MSP-430F1491PM）进行处理，自检信号在紫外接收机中处理后再从U5传入U6，发送422信号到控制器紫外处理板，紫外处理板上D6（DS9637AMJ/883Q双差分接收器）接收到信号对之进行处理，确认信号正确后向电子战上报右紫外机自检正常。左紫外接收机自检情况相同。自检原理如图6所示。
3 故障定位
从故障现象看，该故障应该是右紫外接收机和控制器之间的自检通信出现了问题。为了判断故障是右紫外接收机还是控制器，从控制器和右紫外接收机连接电缆测试两个产品的通信信号。查看电路图，发现X1/G为紫外接收机发送信号的正，X1/H为紫外接收机发送信号的负；X1/K为紫外接收机接收信号的正，X1/L为紫外接收机接收信号的负。
用示波器的正端接X1/G，负端接X1/H，测试结果见图7。另选一件正常机的紫外接收机和控制器进行测试，测试结果见图8。用示波器的正端接X1/K，负端接X1/L，测试结果见图9。另选一件正常机的紫外接收机和控制器进行测试，测试结果见图10。 从图7看出，故障机紫外接收机发送给控制器的RS422信号正逻辑电压为2.3V左右，负逻辑电压为-0.4V左右。从图8看出，正常机紫外接收机发送给控制器的RS422信号正逻辑电压为2.1V左右，负逻辑电压为-1.8V左右。
从图9看出，故障机控制器发送给紫外接收机的RS422信号正逻辑电压为2.9V左右，负逻辑电压为-3.0V左右。从图10看出，正常机控制器发送给紫外接收机的RS422信号正逻辑电压为3.0V左右，负逻辑电压为-3.1V左右。
故障机紫外接收机输出的RS422信号-0.4V明显小于正常机的-1.8V。由此得出是紫外接收机故障。
紫外接收机的RS422信号由MAX3488EESA输出。紫外接收机通信芯片在选型时采用MAX3488EESA（发送、接收双向），控制器通信芯片采用DS9638J/883Q（发送）和DS9637AMJ/883Q（接收）。
RS422协议规定在A（正逻輯）、B（负逻辑）之间发送电压为正电平+（2.0～6）V，负电平-（2.0～6）V。
MAX3488EESA标准输出偏小，差分输入、输出信号最小为±（2.0±0.2）V，DS9637AMJ/883Q、DS9638J/883Q差分输入、输出信号最低为±（2.5±0.5）V，两者存在不匹配。
RS422协议规定接收信号大于0.2V为正逻辑，小于-0.2V为负逻辑，所以MAX3488EESA标准输出偏小的信号，只要不低于±0.2V，就不影响通信。
随着使用时间变长，芯片性能下降，MAX3488EESA输出变小（该件降到了-0.4V），DS9637AMJ/883Q接收能力变差，通信出现问题，因此报自检故障。本次机上报偶发故障，返回内场故障不复现，是因为MAX3488EESA芯片输出已降低到-0.4V，处于DS9637AMJ/883Q芯片接收范围的边缘值，在内场检测设备上能够通信，但是在机上受外界干扰和机上电缆（比内场测试电缆长）衰减影响，导致报偶发故障。
4 总结及改进措施
经统计，多架次飞机报“左紫外接收机故障”“右紫外接收机故障”，工厂和制造厂所也接到多件故障件、返修件，目前在手的紫外接收机输出负逻辑电平有一件为-1.5V，一件为-1.3V，一件无输出。
综上，机上报“右紫外接收机故障”的主要原因是：MAX3488EESA或控制器内DS9637AMJ/883Q芯片性能下降，通信功能变差，导致自检时偶发故障。
就采取的措施：改装紫外接收机与控制器连接电缆，引出测试通信信号端。用示波器检查RS422信号波形，判断输出电压是否符合标准，如果低于要求，则更换紫外接收机内部MAX3488EESA。上述改进措施目前已落实到工艺文件中。
参考文献
[1] 许强. 军用紫外探测技术及应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2010.
[2] 某型导弹逼近告警设备技术说明书[Z].
关键词：紫外接收机；故障；通信；自检
Keywords：ultraviolet receiver；fault；communication；self-check
某型飞机在接收时进行电子战系统通电启动自检，偶报“右紫外接收机故障”，故障代码为1400。
1 系统原理
紫外接收机的作用是探测导弹发动机工作时羽烟中的紫外辐射信号，在经过信号处理后可实现对来袭导弹的威胁告警。
如图1所示，紫外接收机通过RS422接口向控制器传输告警信号，控制器将两路告警信号进行坐标转换和畸变校正后形成告警信息，再通过1553B电子战总线将其上报电子战系统。告警方位信息由电子战系统送至显示控制管理分系统综合显控器上显示。
1.1 紫外探测单元
紫外探测单元由紫外广角光学物镜、紫外滤光片、高压电源、低噪声紫外图像像增强管、CCD组件等几部分组成。采用高分辨率成像体制，探测日盲紫外光谱区的辐射，其组成如图2所示。
为了提高系统的接收灵敏度，镜头应具有大的相对孔径，紫外物镜采用石英等材料及远心光路设计。
紫外滤光片抑制系统通带外其他波长光成分，确保整机工作于日盲区。
低噪声紫外图像像增强管实现紫外光子图像的增强以及图像的转换，具有较高的内增益，对紫外辐射有很高的灵敏度。低噪声紫外图像像增强管可获得信号的二维分布，实现成像方式的紫外探测，具有高分辨率、高灵敏度优点。
中继光学部件将低噪声紫外图像像增强管输出耦合到CCD的靶面上，采用光锥耦合，体积小、效率高。
CCD组件完成光信息到电信息的转换功能。驱动器用一定频率的时钟脉冲对CCD进行驱动，在CCD的输出端获得二维空间图像的信号。预处理对CCD输出信号进行放大处理后，由A/D转换输出8bit数字量化信号，256灰度等级信号，输出信号中的每一离散电压信号的大小对应着该光敏面所接收光强的强弱，而信号输出的时序则对应CCD光敏元位置的顺序。以帧频10fps、像素256×256计算，CCD组件数字信号输出速率为640Kb/s。CCD组件输出信号为数字视频输出信号。CCD组件工作及预处理如图3所示。
高压电源为低噪声紫外图像像增强管提供工作电源，要求高稳定度、低纹波。为了减小系统的体积、重量，增强可靠性，高压电源采用模块化结构，紧贴低噪声紫外图像像增强管安装。
1.2 信号处理单元
信号处理单元的主要功能是处理来自紫外探测单元的数字图像信息，利用导弹逼近特征算法在复杂的背景图像中识别来袭导弹，并向载机提供告警信息。
信号处理单元信号处理板以数字信号处理器（DSP）芯片为核心，DSP芯片的作用是实现图像处理算法。CCD图像数据通过CPLD传入DSP，数据处理量为640Kb/s。CPLD芯片作为图像数据的缓冲，从图像接口接收图像数据，再把图像数据传输给DSP芯片。单片机MSP430芯片从422串口接收航姿信号，经过处理后再输出给DSP芯片。DSP进行数据处理，从杂波背景中检出可能目标，并作进一步分析处理，保证在探测概率一定的前提下虚警率最小。DSP芯片通过图像处理算法计算后，如果发现有导弹威胁，首先送给单片机MSP430芯片，再由单片机MSP430芯片通过422串口传送给控制器，控制器通过航电总线将告警信息上报，综合显控器进行告警信息的显示。信号处理单元组成框图如图4所示。
2 故障分析
2.1 问题定位
对上述故障进行分析，列出如图5所示的故障树。根据故障树可知“右紫外接收机故障”可能的原因是：机上线路故障、右紫外接收机故障、控制器故障、任务机故障等。
按照先易后难的方法，先串装右紫外接收机，多次通电故障未复现，初步定位是右紫外接收机故障。
右紫外接收机返回航电部检查，产品无故障。控制器返回航电部与右紫外接收机进行联试，故障不复现。对这两件产品进行航电系统联试，故障仍未复现。
2.2 机理分析
按下自检按键后，控制器内部产生的自检信号通过紫外处理板上D7（DS9638J/883Q双差分驱动器）发送422信号到紫外接收机内部信号处理板上U6（MAX3488EESA RS485/422收发器），U6接收信号后送入U5（MSP-430F1491PM）进行处理，自检信号在紫外接收机中处理后再从U5传入U6，发送422信号到控制器紫外处理板，紫外处理板上D6（DS9637AMJ/883Q双差分接收器）接收到信号对之进行处理，确认信号正确后向电子战上报右紫外机自检正常。左紫外接收机自检情况相同。自检原理如图6所示。
3 故障定位
从故障现象看，该故障应该是右紫外接收机和控制器之间的自检通信出现了问题。为了判断故障是右紫外接收机还是控制器，从控制器和右紫外接收机连接电缆测试两个产品的通信信号。查看电路图，发现X1/G为紫外接收机发送信号的正，X1/H为紫外接收机发送信号的负；X1/K为紫外接收机接收信号的正，X1/L为紫外接收机接收信号的负。
用示波器的正端接X1/G，负端接X1/H，测试结果见图7。另选一件正常机的紫外接收机和控制器进行测试，测试结果见图8。用示波器的正端接X1/K，负端接X1/L，测试结果见图9。另选一件正常机的紫外接收机和控制器进行测试，测试结果见图10。 从图7看出，故障机紫外接收机发送给控制器的RS422信号正逻辑电压为2.3V左右，负逻辑电压为-0.4V左右。从图8看出，正常机紫外接收机发送给控制器的RS422信号正逻辑电压为2.1V左右，负逻辑电压为-1.8V左右。
从图9看出，故障机控制器发送给紫外接收机的RS422信号正逻辑电压为2.9V左右，负逻辑电压为-3.0V左右。从图10看出，正常机控制器发送给紫外接收机的RS422信号正逻辑电压为3.0V左右，负逻辑电压为-3.1V左右。
故障机紫外接收机输出的RS422信号-0.4V明显小于正常机的-1.8V。由此得出是紫外接收机故障。
紫外接收机的RS422信号由MAX3488EESA输出。紫外接收机通信芯片在选型时采用MAX3488EESA（发送、接收双向），控制器通信芯片采用DS9638J/883Q（发送）和DS9637AMJ/883Q（接收）。
RS422协议规定在A（正逻輯）、B（负逻辑）之间发送电压为正电平+（2.0～6）V，负电平-（2.0～6）V。
MAX3488EESA标准输出偏小，差分输入、输出信号最小为±（2.0±0.2）V，DS9637AMJ/883Q、DS9638J/883Q差分输入、输出信号最低为±（2.5±0.5）V，两者存在不匹配。
RS422协议规定接收信号大于0.2V为正逻辑，小于-0.2V为负逻辑，所以MAX3488EESA标准输出偏小的信号，只要不低于±0.2V，就不影响通信。
随着使用时间变长，芯片性能下降，MAX3488EESA输出变小（该件降到了-0.4V），DS9637AMJ/883Q接收能力变差，通信出现问题，因此报自检故障。本次机上报偶发故障，返回内场故障不复现，是因为MAX3488EESA芯片输出已降低到-0.4V，处于DS9637AMJ/883Q芯片接收范围的边缘值，在内场检测设备上能够通信，但是在机上受外界干扰和机上电缆（比内场测试电缆长）衰减影响，导致报偶发故障。
4 总结及改进措施
经统计，多架次飞机报“左紫外接收机故障”“右紫外接收机故障”，工厂和制造厂所也接到多件故障件、返修件，目前在手的紫外接收机输出负逻辑电平有一件为-1.5V，一件为-1.3V，一件无输出。
综上，机上报“右紫外接收机故障”的主要原因是：MAX3488EESA或控制器内DS9637AMJ/883Q芯片性能下降，通信功能变差，导致自检时偶发故障。
就采取的措施：改装紫外接收机与控制器连接电缆，引出测试通信信号端。用示波器检查RS422信号波形，判断输出电压是否符合标准，如果低于要求，则更换紫外接收机内部MAX3488EESA。上述改进措施目前已落实到工艺文件中。
参考文献
[1] 许强. 军用紫外探测技术及应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2010.
[2] 某型导弹逼近告警设备技术说明书[Z].