周宏新 史軍良 孫士泉

（北京航天控制儀器研究所 北京）

一、概述

現(xiàn)代戰(zhàn)爭需要適時、全面、可靠的通信保障，離不開陸?？仗煲惑w的綜合信息系統(tǒng)。動中通（同步衛(wèi)星移動通信，俗稱動中通）衛(wèi)星通信作為這個系統(tǒng)中重要的組成部分，受到各國高度重視。目前車載、船載、機載等動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)得到廣泛應用，由于機載設備安裝使用的特殊情況（一旦出現(xiàn)事故將是災難性的），要充分考慮機載設備的可靠性和安全性。

安全性與可靠性的關系。產(chǎn)品不安全，從而產(chǎn)品可靠性也難以實現(xiàn)；產(chǎn)品是安全的，但產(chǎn)品未必可靠；產(chǎn)品不可靠，可能引起安全事故；產(chǎn)品是可靠的，但產(chǎn)品未必安全。因此，可靠性是安全性的基礎，要保障產(chǎn)品的安全性，首先就要保證產(chǎn)品的可靠性，減少或根除產(chǎn)品的故障危險源；在保證產(chǎn)品可靠性的基礎上，還要同時保證產(chǎn)品的安全性，必須進一步控制產(chǎn)品中存在的諸如電磁輻射、電磁干擾、空氣動力學特性等一般性危險源；在采取安全性措施時，不可引入降低可靠性的因素。

二、機載動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)可靠性

對機載動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)進行可靠性設計與分析，有助于檢查設計方案的合理性，選擇既能滿足性能和可靠性要求，又能達到最好的經(jīng)濟效益的最佳方案、藉此發(fā)現(xiàn)設計上存在的缺陷和可靠性薄弱環(huán)節(jié)。以便采用有針對性的可靠性設計技術(shù)，提高零部件的優(yōu)選點、工藝篩選等要求以及其他可靠性改進措施，從而保證可靠性指標的實現(xiàn)。

機載動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)可靠性設計及分析包括系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、可靠性模型、可靠性預計、并將可靠性落實到各個具體環(huán)節(jié)，保證可靠性指標的實現(xiàn)。

1.可靠性技術(shù)指標

連續(xù)工作時間≥24 h，平均無故障工作時間MTBF≥500 h。設備故障率λs=24/500=48×10-3/h。連續(xù)工作24 h的可靠度R（4）=e-24/500=0.953。

2.可靠性基本措施

在設計中把可靠性設計放在首位，力求簡單、可靠，盡量利用國內(nèi)外成熟的技術(shù)。設計中重視部件或設備之間的接口協(xié)調(diào)及接口可靠性分析，避免因接口關系與邊界條件考慮不周影響系統(tǒng)的可靠性。

產(chǎn)品設計分析組成產(chǎn)品的各項設備、組件、零件或元器件的機械、物理或電性能等各種偏差的組合，對產(chǎn)品（或設備、組件）的功能、性能等可靠性的影響，以便合理確定各種偏差的允許范圍。產(chǎn)品設計按有關規(guī)范進行屏蔽、搭接、接地、隔離、電纜分束等設計以確保電磁兼容性。增加雷雨季節(jié)保護要求及抗靜電場的設計要求。

設備、儀器盡可能采用密封措施，防止潮氣影響。采用密封措施時，注意散熱和消除在產(chǎn)品內(nèi)部造成腐蝕條件的各種因素。分析電路在瞬態(tài)過程引起的瞬時過載，加強瞬態(tài)保護電路設計。防止元器件失效，選擇接觸良好的繼電器和開關，考慮截斷峰值電流，以及通過的最小電流和最大可接受的接觸阻抗。

三、機載動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)安全性

安全穩(wěn)定性是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。所以，安全穩(wěn)定性是產(chǎn)品質(zhì)量的時間指標，是產(chǎn)品性能能否在實際使用中得到充分發(fā)揮的關鍵之一。安全穩(wěn)定性設計必須與機電產(chǎn)品的功能設計同步進行，設計人員必須明確可靠性設計的目的并掌握可靠性設計的方法。安全性設計主要考慮4方面問題。

（1）制定詳細的安全性工作計劃。制定詳細的安全性工作計劃，包括執(zhí)行工作計劃的方法、合格的人選、各級管理部門的職責以及確保工作完成所需的資源等。

（2）系統(tǒng)危險性分析。進行系統(tǒng)危險性分析并記錄成文，確定系統(tǒng)設計中有安全問題的部位，特別是分系統(tǒng)之間的接口的危險（包括可能的安全性關鍵的人為差錯）并評價其風險，確定系統(tǒng)的使用和故障模式對系統(tǒng)及其分系統(tǒng)的影響。

（3）針對危險性分析記錄采取相應的防護措施。針對系統(tǒng)容易出現(xiàn)的安全隱患采取防護措施，如伺服控制系統(tǒng)中電機有可能出現(xiàn)飛轉(zhuǎn)，會造成設備損壞和人員傷害，因此在設計中增加了伺服系統(tǒng)限位功能，有軟件限位和機械限位雙重保護。

（4）元器件的選擇。元器件的選擇是機電產(chǎn)品安全可靠性的基礎之一，很多機電產(chǎn)品的失效是由于元器件的性能和質(zhì)量問題造成的。元器件的選用原則元器件的選用要遵循下述原則：根據(jù)產(chǎn)品要實現(xiàn)的功能要求和環(huán)境條件，選用相應種類、型號規(guī)格質(zhì)量等級的元器件；根據(jù)元器件使用時的應力情況，確定元器件的極限值，按降額設計技術(shù)選用元器件；根據(jù)產(chǎn)品要求的可靠性等級，選用與其適應的并通過國家質(zhì)量認證合格單位生產(chǎn)的元器件；盡量選用標準的、系列化的元器件，重要的關鍵件應選用軍用級以上的元器件；對非標準的元器件要進行嚴格的驗證，使用時要經(jīng)過批準。

四、系統(tǒng)可靠與安全性的一些主要措施

1.保守設計思想

機載衛(wèi)星通信系統(tǒng)設備及元器件的選擇盡量采用經(jīng)過車載、船載動中通系統(tǒng)的成熟技術(shù)，并在計算機上進行大量的模擬實驗找出設計中存在的安全隱患，采取措施徹底消除隱患并提高可靠性。

2.供電系統(tǒng)設計

由于衛(wèi)星通信系統(tǒng)供電需要采用機載電源，設計時衛(wèi)星通信系統(tǒng)要使用單獨一路電源，不能和飛機上其他設備混用，并采取電源隔離、濾波等措施，避免衛(wèi)星通信系統(tǒng)故障造成飛機飛行故障。

3.機載動中通衛(wèi)星通信天線罩的設計

機載動中通衛(wèi)星通信天線罩的主要的作用與設計要求：一是保持載機良好的氣動外形；二是保護機載衛(wèi)星通信天線，以免天線受到氣動環(huán)境的不良影響，是衛(wèi)通天線能在惡略環(huán)境下正常工作。在暴風雨、冰雹、閃電、飛鳥及雪等條件下保護天線；三是在電氣性能上，要求衛(wèi)星通信天線罩對天線工作頻率透明。

4.電磁兼容設計

由于機載動中通衛(wèi)星通信天線工作在電磁環(huán)境較為惡劣的場合，因此要求系統(tǒng)的抗干擾能力較強，同時系統(tǒng)自身的電磁輻射較?。ǔ炀€發(fā)射載波外）。為了適應飛機上復雜的使用環(huán)境，必須對機載動中通衛(wèi)星通信天線的電磁兼容性進行嚴格的分析、實驗與設計。

為了減少飛機上電源的浪涌對于衛(wèi)星通信天線電氣設備的沖擊影響，需要在系統(tǒng)電源控制機箱內(nèi)加裝電源濾波器。但是此類濾波器通過接地平面為結(jié)構(gòu)（共模）電流提供低阻抗通路，使這種電流可能耦合到同一接地平面的其他設備中去，造成電磁干擾，因此在系統(tǒng)設計時選用電容＜0.1 μF的電源濾波器。

針對不同信號進行不同處理，盡可能做到高中低頻率、大中小功率合理安排層次，使分布電容產(chǎn)生的干擾降低到最小。具體處理可從3方面著手。

（1）Ku波段。信號在系統(tǒng)內(nèi)通過波導和關節(jié)傳輸，安裝在伺服機構(gòu)上的硬波導、功放和天線之間的軟波導、天線底部的旋轉(zhuǎn)關節(jié)。這些波導和關節(jié)嚴格密封、各波導之間連接可靠，不留縫隙，是Ku波段射頻信號只在波導和關節(jié)內(nèi)傳播，降低對系統(tǒng)內(nèi)的其他設備的影響。

（2）L波段。信號用軍品同軸射頻電纜傳輸，嚴格屏蔽，屏蔽殼最后接地，電纜靜態(tài)電容、特性阻抗及衰減符合要求。

（3）通信信號通過軍品屏蔽絞線傳輸，接插件采用軍品金屬外殼的接插件，其金屬外殼與屏蔽絞線的屏蔽層可靠連接，屏蔽殼最后接地。除此之外，在原理設計上使用差動方式，減少外界干擾對信號的影響。

5.故障隔離措施

電器系統(tǒng)應當按照故障“工作/故障”安全的設計原則設計，出現(xiàn)單個故障仍能完成任務、衛(wèi)星通信系統(tǒng)故障不能威脅到飛機的飛行安全。為此其中大量的關鍵零部件采用冗余設計原則。

6.其他措施

以上都是從系統(tǒng)設計方面的考慮，實際上機載動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)的可靠性與安全性要從設計、生產(chǎn)到應用的全過程去保證。嚴格各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量和可靠性管理。除了可靠性原則設計和評審外，還應當加強工藝技術(shù)工作，嚴格生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制以及質(zhì)量管理，此外還應加強地面試驗工作及進行必要的飛行試驗。

五、結(jié)論與展望

機載環(huán)境對動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)提出了很高的要求，既要保證產(chǎn)品的衛(wèi)星通信的性能，又要保證產(chǎn)品的絕對安全。為此，國內(nèi)外機載動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)設計，采取了大量有效措施，使得機載動中通衛(wèi)星通信產(chǎn)品取得長足進步，相信以后會更加成熟、安全、可靠。