从可靠性角度看仪表着陆系统故障预测与管理

从可靠性角度看仪表着陆系统故障预测与管理

王弈

中国民用航空华北地区空中交通管理局 北京 100065

摘要：飞机仪表着陆系统（ILS）是保证航空器安全飞行的重要组成部分，在保证飞机安全运行方面发挥着重要的作用。对仪表着陆系统的故障预测与管理对于机场运行安全具有重要意义。本文从可靠性角度出发，结合 ILS系统的工作原理和特点，阐述了影响 ILS系统可靠性的主要因素，并以可靠性理论为基础，介绍了如何通过提高仪表着陆系统各子系统的可靠性来实现对 ILS系统的故障预测与管理。最后，基于对未来飞机仪表着陆系统（ILS）的发展趋势分析，提出了提高仪表着陆系统可靠性的具体措施，旨在为相关专业技术人员提供一定参考。

关键词：仪表着陆系统；故障预测；可靠性评估；门控循环单元网络；

引言

飞机仪表着陆系统（ILS）是确保航空器在机场跑道上安全运行的关键设备，其运行状态和工作状态的好坏直接关系到机场的安全运行。在机场的实际运行中， ILS系统经常会因为各种原因导致故障，影响航班安全运行。因此，如何提高 ILS系统的可靠性，减少其发生故障的概率，对保障航班飞行安全具有重要意义。随着技术的发展，仪表着陆系统已经由单发导航向多发导航和多机导航发展，各种先进的仪表着陆系统如 FAR、 ERTW、 ATC等相继投入使用，逐渐取代了传统的单发导航和单机导航系统。但 ILS系统在保证航班飞行安全方面仍然发挥着不可替代的作用。

一、仪表着陆系统概述

1.1 仪表着陆系统的功能

仪表着陆系统是为飞机提供完全自动的进近，它是在机场进近跑道端的导航设备上，安装仪表和导航设备，利用 GPS信号来引导飞机，并在其着陆阶段提供引导的设备。它具有自动跟踪、自动进场、自动着陆的功能。其主要作用是保证飞机在机场跑道上安全着陆。它包括 GPS天线、导航接收机和航空电子设备三部分。为了使飞机能够安全地降落，必须保持正确的速度和高度。飞行员必须准确地操纵飞机，而这种操纵又依赖于飞机本身的性能和导航设备的精度。

1.2 仪表着陆系统的组成和工作原理

仪表着陆系统主要由以下几个部分组成： GPS天线、导航接收机和航空电子设备三部分组成。GPS天线安装在飞机的座舱后面，由 GPS接收机接收地面上的 GPS信号，并把它转换成数字信号，送到导航接收机。导航接收机将接收到的数字信号进行解码，然后把解码后的数字信号转化为语音信息。语音信息通过航空电子设备传送给驾驶员。这种语音信息可以使驾驶员知道飞机的位置、速度、高度、航向等信息。随着技术的不断进步，仪表着陆系统已经由原来的单机导航系统发展成为多发导航系统，并有了更高的性能要求，如抗干扰能力强、精度高、运行速度快等。

1.3 仪表着陆系统的故障模式和影响因素

飞机仪表着陆系统的故障模式主要有以下几种：导航信号丢失：包括卫星信号丢失、定位基站信号丢失等。这类故障在机场运行中发生的概率相对较小，通常是由于导航信号的误差或天线安装不正确等原因造成。 GPS接收机故障：包括接收机不能正常工作、 GPS天线损坏、接收机通道不能正常工作等。电子设备故障：包括电子设备与计算机联锁失灵、电子设备电路故障、电子设备控制程序失效等。

二、故障预测方法

2.1 故障预测的基本原理

故障预测的基本原理是根据在系统运行中已知的系统工作特性，通过对已知的系统运行状态的分析和系统工作特性的测试，找出与该状态相对应的系统性能参数，再根据经验、知识和对系统运行状况的判断，通过对实际系统运行参数进行统计分析，根据经验和知识，推算出该状态下与之对应的系统性能参数，然后据此判断出系统将来可能发生故障的位置和强度，并对其进行评估，从而达到预测故障、避免或减轻故障影响的目的。

2.2 基于传统方法的故障预测技术

在飞机仪表着陆系统的故障预测中，传统的方法是利用过去的历史数据来预测未来可能发生的故障。这种方法使用的历史数据已经比较丰富，但由于受到噪声和异常值的影响，这些数据往往会出现误差。因此，基于传统方法进行故障预测时，往往需要通过对历史数据进行分析才能获得有效的预测结果。但是由于历史数据有较大的误差，因此在进行故障预测时，需要对历史数据进行一定程度的修正才能达到比较准确的结果。

2.3 基于门控循环单元网络的故障预测技术

门控循环单元网络是一种时间序列数据处理方法，在一定程度上可以用来解决预测问题。该方法是利用记忆单元中的门来控制网络的输出，从而实现对未来时间序列数据的预测。门控循环单元网络中的门一般包括输入门、输出门和权重门。当输入门发生变化时，输出门会发生相应变化。当输入门为输入时，输出门会按照固定的权重向量进行输出，这是循环单元网络最基本的结构，这种结构能够更好地对未来时间序列数据进行处理，预测结果更加准确。

三、故障管理方法

3.1 故障管理的基本原理

故障管理的基本原理就是：从系统中找出故障的主要原因，并针对原因制定相应的措施，防止系统中产生更多的故障，提高系统可靠性。就目前而言，故障管理主要有以下三种方法：故障树分析：利用故障树分析方法找出系统中可能出现的故障。专家诊断：利用专家诊断方法找出系统中可能产生故障的因素。逻辑推理：根据逻辑推理确定系统可能出现故障的部位。从上面的介绍可以看出，从系统可靠性角度来看，通过建立系统故障树和运用故障管理方法，能够对系统中可能出现的故障进行预测和诊断，从而实现对系统中可能出现的最大失效进行预先控制和预防。

3.2 故障管理的策略和流程

通过对系统故障树的分析，确定系统中可能出现的最大失效原因，根据故障原因制定相应的控制措施。在控制措施执行之后，需要对系统进行可靠性评估，评估结果为有效的控制措施，则可以继续执行下一步的控制措施。根据系统可靠性评估结果，可以选择最优的控制措施以提高系统可靠性。如果系统中不存在任何故障，则可以继续执行下一步的控制措施。从这个过程中可以看出，通过对故障树的分析和控制措施的选择，能够实现对系统中可能出现的最大失效进行预先控制和预防，从而提高系统可靠性。

3.3 基于可靠性评估的故障管理方法

基于可靠性评估的故障管理方法是将系统中的失效模式按照系统的结构和功能进行分类，然后对分类的各个失效模式进行可靠性分析，并根据不同的可靠性指标来确定最优的控制措施。这种方法能够准确地分析系统中的故障模式，能够对系统中可能出现的最大失效原因进行预测，从而确定控制措施。通过对故障树中各个组成部分进行可靠性分析，然后再根据可靠性指标确定相应的控制措施，能够实现对系统中可能出现的最大失效进行预先控制和预防。

四、总结

飞机仪表着陆系统是机场跑道的重要组成部分，其工作状态的好坏直接影响到航班飞行的安全，因此对 ILS系统进行故障预测与管理具有重要意义。通过分析影响 ILS系统可靠性的因素，可以将 ILS系统可靠性划分为设计、制造和使用三个阶段。从这三个阶段出发，可以通过对 ILS系统各子系统的可靠性分析，确定其薄弱环节和薄弱部位，从而可以针对性地进行故障预测和管理。此外，还可以通过对 ILS系统各子系统的可靠性评估结果进行分析，实现对 ILS系统的故障预测与管理。

参考文献

• [1]基于动态故障树的航空装备系统可靠性评估方法[J]. 孙卓；胡勇。2022(05)

• [2]故障树分析法在仪表着陆系统风险分析中的应用[J]. 闫朴.机电信息,2020(11)