卫星导航系统“失星”故障分析

Ｉ　ＥＭＩ　ＳＵＰＰＲＥＳＳＩＯＮ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　卫星导航系统　“失星”　故障分析　Ｆａｉｌｕｒｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ。。Ｍｉｓｓｉｎｇ　Ｓｔａｒ。。　北京卞航系统１　程研究所　：ＩＥ京福测电子仪器有限公　太原　星发射【ｊ１心　耿海贤　熊熠口』】。兰德椭　摘要　某卫星导航系统进行系统级电磁兼容试验时，出现部分导航卫星的信号丢失，无法正确导航定位的　现象。经比对分析和测试验证，故障定位为卫星导航系统的　模式接收天线没有滤波设计，致使接收链　路混入　扰信号，卫星导航系统失灵。　荚键谰　卫星导航系统；ＲＳ１０３；电磁干扰；电磁兼容；接收天线；故障分析　Ａ　ｂｓｔｌ，ａｃ［　Ｉｎ　ｌｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｌｅｖｅｌ　ｅｌｅｅｔｒｏｍａｇｎｅｌｉｅ　ｅｏｍｐａｔｉｈｉｌｉｔｙ　ｌｅｓｔ　ｏｆ　ａ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ｓｏｌｎｅ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｓｉｇｎａｌｓ　ａｒｅ　ｌｏｓ！ａｎｄ　ｔｈｅ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｂｅ　ｅｏｒｒｅｅ１．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｔｅｓｔ　ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｉｔ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　“１ｌ　Ｐ—ｎｌｏｄｅ　Ｉ　Ｐｅｉｘ　ｉｎｇ　ａｎ［ｅｎｌｌａ　ｏＩ　ｔｈｅ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｉ）ａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｎｏ　ｆｉｈｅｒｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｔｈｉｓ　ｌｅａｄｓ　１ｏ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｍｉｘｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｅｅｅＭｎｇ　ｌｉｎｋ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔａｉｌｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｔｅｌｌｉｌｅ　ｎａｖｉｇａ！ｉｔ）１１　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅ３　、’’０ｒｄｓ　ｓａｌｔ　ｌｌｉ！ｅ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｓｙｓｌｅｍ；ＲＳ１０３；ＥＭＩ；ＥＭＣ，ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　ａｎｌｅｎｎａ；ｆａｉｌｕｒｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　１　故障现象　某飞行器进行ＧＪＢ　Ｉ＿５ｌＢ一２０ｌ３《军片】设备和分系　统电磁发射和敏感度要求与测　》的系统级ＲＳ１０３　（１０　ｋＨｚ～４０　ＧＨｚ电场辐射敏感度）项目测试时，遥测　ＧＪＢ　１５１Ｂ的ＲＳ１０３项目试验过程ｒｆ１，电气系统运　行模拟飞行流程，测试天线在３００　ＭＨｚ～４．２　ＧＨｚ频段　（避开卫星导航系统接收频段）施加２０　Ｖ／ｉｎ下扰场强时，　遥测系统实时　示的导航卫星信号数从ｌ０颗以上持续　下降，直至｝ｆＪ现警告：没有足够卫星参与解算，无法正　确定位；降低１　扰电场强度至１０　Ｖ／ｍ、５　Ｖｉｍ，故障依　然存在；停止｛：扰，系统工作恢复正常。由此判断：卫　星导航系统存　严重的电磁兼容问题。　系统数　表明：试验过程巾卫星导航系统Ｔ作不正常，　没彳丁正确输¨｛导航定位数据。　１　作状态，ＩＪ　导航系统接收综合卫星导航信号　转发站的转发信‘　然后经遥测系统发射机以无线方式　发射给遥测系统地面接收站解算，从遥测系统地面接收　站可以实时脱ｉ￣！Ｃｌ　星导航系统接ｔｔ￣ｆｌ，＇ｊ信号来自多少颗导　航ｌＪＪ星。ＪＩ　常情况下，导航系统应接收到ｌ０颗以上导　２　ＲＳ１０３测试项目　ＧＪＢ　ｌ５１Ｂ中的ＲＳ１０３项目川来检验被测件及其有　关电缆承受电场辐射的能力。测试配置处网２。ＲＳ１０３　航卫旱的信号　卫星导航电气系统示意如　ｌ　项目一般要求被测系统＿ｉ『耐受１０　ｋＨｚ～４０　ＧＨｚ频带内　２０～２００　Ｖｉｍ的辅射场强。主要ｆ）＿！ＩＪ试步骤为：　ａ）采用适　【，的发射天线和放大器，建立一个测试　起始频点电场，逐渐增仃ｎ输入功率电平．Ａ到电场传感　器的　永达到儆限值　￣ｌ：ｍｌ，信号源施７Ｊｌ　ｌｌ　ｋＨｚ、ｆｔｉ空　比５０％脉冲测制；　ｂ）按标准规定的速率和驻留时间在要求的顿带内　进行¨捕，监洲被测件性能是　敏感。首先缓慢增加十　扰，直至极限值电平，施加渊制并驻留ｌ　ｓ以上；而后　图１　卫星导航电气系统示意　步进到下一个频点重复　Ｌ测试。　８４　ＳＡＦＥＴＹ＆ＥＭＣ　Ｎｏ．４　２０１８　电磁干扰抑制技术　卫星导航系统的接收卫星情况良好，收星数部　ｌ０以　上。系统恢复连接三模式接收天线后，故障复现　然，卫星导航系统失灵的故障点为ｉ模式接收　天线。　４故障原因　双模式接收天线的ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ导航信号采川　各ｆ｛独立的放大链路，其接收总带宽为２　Ｘ　１０　ＭＨｚ．为　提高抗ｆ扰性能，放大器前端加装了兀源带通滤波器以　提高带外抑制能力。　ｉ模式接收天线为兼容ＧＰＳ、ＧＩ　ＯＮＡＳＳ、北斗■　图２　ＲＳ３０３测试硬件设备配置　个频段的卫星射频信号，采Ｊ月全频段统一的低噪Ｊ旨放大　模式，选用带宽高达３００　ＭＨｚ的一级低噪声放大器统　放大导航卫星射频信号。并且为了减小天线体积，降　３　故障定位　星导航系统由　模式接收天线（ＧＰＳ、北斗、　ＧＬ（）ＮＡＳＳ接收火线）、ＲＦ电缆、卫星导航接收机组成，　一低天线本身热噪声水平，放大器前端没加带通滤波器　不考虑其他无线信号和下扰的情况下，这样没汁…来的　天线，本身的技术指标很高　但当其』ｆＪ于系统｝ｆ１『，　为　详　［盘ｉ　Ｉ　其导航信息分别送往控制系统和遥测系统，　并通过遥测系统发射机以无线方式发射，遥测系统地面　接收站接收并解算、　示　陔系统涉及的设备多，通信　链路较为复杂一需比对分析和验证进行故障定位　敞障分析判断流程如下：　１）独立运行控制系统的导航卫星收星流程．遥测　系统　参与试　控制系统地面测试俞显示收星数大于　ｌ０颗，系统收星正常。此时进行ＲＳ１０３试验测试，施　没有滤波设计，其他频段的无线信　很容易被混频和放大，最终导致　这种接收链路『１１　导航接ｑ￣＊ｒ；／Ｌ输入端　导航　口的信噪比太低。由于：　星导航接收机的前端放大、混　频、采样和伪随机编码增益有限，天线输…的　信号淹没在于扰信号的噪声之中。所以卫星导航接收机　无法解调　有用的数据，　能正确输ｆＩｌ定位信息　同步进行的其他系统测试试验ｆｆＩ也ｊＩ｛现丁卫星导　航系统被Ｃ波段的遥测发射机　：扰，无法捕获　星的　加上文所述频段、量级的射频干扰，观测故障现象是否　ｊ¨现　随着电磁十扰信号频率和幅值的增加，故障现象　复现，控制系统地面测试台　示接收导航卫星颗数变少．　直到九法正常接收］Ｊ星信　，表明故障点存　于控制系　统平¨　导航系统中；　情况，故障表现与本文一样　５　三模接收天线设计改进　结合电磁兼容实验测试分析结果，对　卡｝ｌ　接收　天线设计方案进行全新的改进，住兼顾主要功能、体积、　２）屏蔽综合卫星导航信号转发站，且使其远离施　加ｆ：扰　域，敝障现象依然存在，综合卫星导航信号转　Ｔ作环境的前提下，加入了针对遥测ｌ：作频段　＇，Ｊｌ￣ｉｆ波器．　解决ｒ遥测发射机干扰导航系统的　题：　Ｉ＝　ｉ亍试验　时，通过遥测数据分析，　星导航系统Ｔ作ｌｌ！常　发站排除，故障较大可能是卫星导航系统本身；　３）详细排　卫星导航接收机，发现接ｔｌ￣ＪＬ　ＳＭＡ插　外壳　ｊ机壳导通。而电气设计要求两者绝缘　怀疑干　扰从此处传导至接收机内部，十扰了导航接收机　开盖　榆　发脱，绝缘材料移位导致捅座外壳与机壳导通：将　参考文献　ＳＭＡ插座按技术文件要求与机壳绝缘后，进行ＲＳ１０３　试验，敞障现象依然存在。ＳＭＡ插座与机壳的导通不　足【乜磁ｆ扰的传播路径。　４）绎进一步逐级排　及更换ＲＦ电缆等步骤，故　障点逐步￣／ｑｄ，为接收天线　各相关方　商后，决定采用　以往使Ｊｆ｛的双模式接收天线（ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ导航系　统接收天线）替代三模式接收天线进行对比试验、保持　参试系统的技术状态不变．重复上述试验，试验结果表　明在３００　ＭＨｚ～４．２　ＧＨｚ频带范围，２０　Ｖ／ｍ的干扰场强，　［１］　陈世钢，汤仕平，胡景森，等．ＧＪＢ　ｌ５ＩＢ一２０ｌ３军用设胬　和分系统电磁发射手¨敏感度要求　ｊ测量　．北京：总　箭部军标出版　，２０ｌ３．　【２】　樗犬曼一　伦霍大，利希特内格尔．　斯勒．等．全球ｌｉ　星导航系统：ＧＰＳ　ＧＩ　ＯＮＡＳＳ　Ｇａｌｉｌｅｏ硬其他系统ＩＭ１．程鹏　飞，蔡艳辉，文汉江，等泽．北京：测绘Ｈ｛版　，２００９．　【３】　叶云裳．航天器天线【Ｍ１．北京：Ｉｆ１罔科学技术ｆｌ｛版祉，　２００７。　编辑：刘新霞　２０１８年第４期安全与电磁兼容８５