机载卫星通信天馈系统五性设计

通信技术
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34 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering
【关键词】五性设计 机载卫星通信 通信技术Ku 频段机载卫星移动通信系统可应用在各类搭载/武器平台，尤其适合于体积、空间和承重受限的机载、车载、弹载使用。

同时系统满足复杂环境下军事卫星系统的通信要求，也适用于卫星通信星座的移动通信平台，除了满足无人机机载卫星通信系统的要求，还适用于各种作战车辆、飞机、船舶、武器平台等移动载体上及多种弹体通信。

1 设计原则
针对系统特点，制定出在满足设备电性能指标的前提下，突出设备的适应性、可靠性和标准化作为方案设计的指导方针。

为此设备总体方案设计将遵循以下设计原则：符合机载卫星通信系统跟踪控制设备的要求，包括体积、重量、功耗、数据存储能力等要求；突出用户产品的三性要求，即“高可靠性、高可用性和高可维护性”；符合通信设备的要求，包括环境、数据通信性能、高可靠性等要求；产品在研制过程中
以质量体系的思想，保证设备工作稳定可靠，符合通信设备建造规范；电气模块采用标准化、模块化、通用化设计，结构上采用标准化、一体化设计，并提供软件升级接口；在设计时合理继承已有产品的经验，尽量采用成熟的技术，在需要改进的方面采用新技术、新工艺，应预先考虑到装配、调试和测试设备的可靠性、可维护性和安全性；设计过程中合理选用元器件，保证元器件的可靠性；采用人性化设计，提供快速简捷的人机交互界面。

机载卫星通信天馈系统五性设计
文/常兴华
2 可靠性设计：系统可分为天馈
结构伺服、终端等子系统组成。

由系统的工作原理可知，该系统的可靠性模、型为串联模型。

根据各子系统对分系统可靠性的影响，通过加权分配和以往工程经验，对各子系统可靠性指标按运转率分配如下：天馈子系统：
A1≥99.999%；平均维修时间：10分钟；结构子系统：A2≥99.996%；平均维修时间：10分钟；伺服子系统：A3≥99.95%; 平均维修时间: 10分钟；终端子系统：A4≥99.95%; 平均维修时间: 10分钟：则分系统运转率：A=A1*A2*A3*A4=99.945%；平均维修时间：有备板设备维修时间不大于10分钟。

2.1 可靠性定量要求
平均故障间隔间（MTBF ）成熟期规定
值：700h 设计定型最低可接受值：525h ；平均维修时间（MTTR ）；维修性的指标：MTTR ≤10min （成熟期）；MTTR15min 。

2.2 可靠性预计及分配
机载卫星通信系统在方案论证和研制阶段可靠性预计依据GJB/Z 299B-1998《电子设备可靠性预计手册》，采用元器件计数法进行可靠性预计，在初样研制阶段采用“元器件计数法”进行可靠性预计，系统设计或产生定型前，按应力分析法的故障率法进行可靠性预计。

可靠性指标考虑复杂度、重要度和使用，用工程加权法进行分配。

微波中继的可靠性技术指标要求平均故障间隔时间（MTBF ）≥700h 。

开展可靠性预计和分析工作的主要作用，在于为验证和优化设计提供必要的依据。

产品从开始研制就有明确的目标预计值，预计值MTBF （θp ）应远大于700小时。

在方案论证和研制阶段可靠性预计按GJB/Z299-91《电子设备可靠性预计手册》，采用元器件计数法进行可靠性预计。

在产品研制过程中不断采用新工艺、新器件、新线路，不断修正、提高可靠性预计值。

国产和引进元器件的失效率分别根据国军标GJB299A-91《电子设备可靠性预计手册》选取。

本系统的可靠性估算是根据各分系统失效率数据，预测系统实际可能达到的可靠度，提供可靠性设计的依据。

由于目前失效率数据不足，并且在初期设计阶段很难确知各系统设备器件型号及准确数量，因此只能进行粗略估算。

天馈分系统总失效率为：λ1=220×10-6/h 平均无故障时间为：MTBF=1/λ1 =4504小时
伺服控制分系统总失效率为：λ2=310×10-6/h 平均无故障时间为：MTBF=1/λ2 =3225小时天线结构分系统总失效率为：3=210×10-6/h 平均无故障时间为：MTBF=1/λ3 =4761小时，一体化终端分系统总失效率为：λ4=330×10-6/h 平均无故障时间为：MTBF=1/λ4 =3030小时；功放设备总失效率为：λ5=250×10-6/h 平均无故障时间为：MTBF=1/λ5 =3707小时综合以上数据，机载卫星通信系统的总失效率为：λ总=λ1+λ2+λ3+λ4+λ5= 1320×10-6/h 本系统的平均无故障时间为： MTBF=1/λ总 =757小时。

机载卫星通信系统满足总体设计（700小时）指标。

2.3 严格试验和检验
在机载卫星通信系统研制过程中，将严格按照所《程序文件》和《质量文件》有关规定进行阶段检验和试验。

外购件应选用合格分承制方生产的，且已在以往工程中证明性能稳定、可靠性高的产品。

同时，严格按照验收测试程序对外购件进行验收，把好质量关。

严格零部件加工过程中的检验，严格装配过程中的试验和检验，严格进行环境适应性试验。

电磁兼容设计满足GJB151A-1997《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》、GJB152A-1997《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》的相关规定。

屏蔽:电源和其它电路隔离，电源线采用双绞线；本机振荡器及功能块采用金属盒体屏蔽；高频连线采用半刚性电缆；重要的直流信号采用同轴电缆；选用的电源模块为六面金属屏蔽型；机箱和机柜采用导电衬垫。

接口电路：采用光电藕合器，避免串扰和干扰。

接地：电路均采用大面积接
地或就近多点接地，下频率优选单点接地。

印制板设计:避免平行走线，防止串扰和耦合，必要时可采用多层电路印刷电路板。

合理使用退耦和耦合电容；合理安排电感器的装配方向和位置，减少互耦。

3 测试性设计
分系统设计时考虑调试测试的可操作性和方便性，系统在设计时考虑系统功能便于测试。

在外场通过BIT 实现故障的检测和隔离。

定量指标如下：故障检测率：不小于95%；故障隔离率：不小于95%；平均虚警间隔时间：
图1：可靠性模型
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600h 。

在内场通过BIT 加ATE 能将故障隔离到SRU ，隔离率满足以下指标：不小于90%（到1个SRU ）；
不小于95%（到2个SRU ）；100%（到3个SRU ）。

3.1 测试性文件的制定
依据GJB450-88《装备研制和生产的可测试性通用大纲》的有关要求，制定测试性工作计划、完成可测试性设计、分析、与计算、制定测试性试验计划等工作。

在产品研制过程中，建立了质量保证体系，制定了测试性工作计划，加强了研制过程的测试性管理，并制定了严格的措施，以确保产品在出厂前顺利通过单元测试、单机测试、老练运行、各项验收试验和出厂考核，并确定产品经过评审后方可放行。

3.2 测试性工作内容
确保系统达到规定的测试性要求，以提高系统的战备完好性和任务成功性，减少对维修人力和其它资源的要求，降低寿命周期费用，并为管理提供信息。

测试性工作主要包括以下内容：制.定测试性工作计划；确定诊断方案和测试性要求；进行测试性设计；测试性工作评审；验证测试性要求。

4 维修性设计
分系统采用模块化设计，各单元协同工作，完成系统功能，模块出现故障后可以快速更换。

驱动器有调试软件，通过该软件可以进行驱动器的维护及故障检测。

外部及内部连接器尽量采用防差错设计，并设计明显标识，尽量采用标准件，易于更换，按单元体结构设计，应符合三级（外场级、中继级和基地级）维修体制要求，采用视情维修方式，单元体应具有互换性。

在外场通过BIT 和必要的检测手段，100%地检测故障并隔离到LRU 。

4.1 维修性指标维修性的指标
MTTR ≤10min （成熟期）；MTTR ≤15 min （设计定型最低可接受值）。

4.2 维修性文件的制定
根据GJB368B-2009 《装备维修性工作通用要求》的有关要求，制定维修性工作计划、完成维修性设计、分析、与计算、制定维修性试验计划等工作。

在产品研制过程中，建立了质量保证体系，制定了维修性工作计划，加强了研制过程的维修性管理，并制定了严格的措施，以确保产品在出厂前顺利通过各项维修性验收试验和出厂考核，并确定产品经过评审后方可放行。

4.3 维修性采用的主要技术措施
根据机载卫星通信系统维修性指标，将在以下几方面采取措施提高可维性。

可达型设计需要检查、维护、分解或修理的零部件都有很好的可达性，各部件都能够和方便的拆卸且拆卸简单。

标准化和互换性设计设计时优先选用标准化元器件和零部件，并尽量减少其品种规格。

关键性的零部件具有良好的互换性和必要的通用性，适应战地抢修的必要。

模块化设计采用模块化结构设计，确保模块借口标准化。

模件与模件之间能够完全进行互换，更换模件后不需要调整可以直接使用。

具有完善的防差错措施即识别标志设备上的接插头都有明确的标识，且选用不同规格的接插件避免差错。

检测判断准确、迅速、简便设备上检测点的布局便于检测，且比较集中可达性好。

设备自身也具有简便、使用的自动检测功能，能迅速准确的判明故障。

注重贵重件的可修复性设备的各部分能够通过简便、可靠的调整消除因磨损或漂移等原因引起的故障，容易发生损耗的贵重件，设计成可拆卸的组合件，便于局部维修和更换。

减少维修内容和降低维修技能要求设备进行三防处理，能够预防和控制锈蚀，霉烂和磨损，能够适应所要求的不同自然环境。

5 安全性设计
机载卫星通信系统安全性工作的重点和难点在于天线罩、天线转台、功放和终端设备等多个方面。

确保产品达到规定的安全性要求，以满足系统的战备完好性和任务成功性要求，确保人身和产品的安全，降低对安全保障资源的要求，减少寿命周期费用。

依据GJB900-1990《系统安全性通用大纲》的要求，制定安全性工作计划、完成安全性设计、分析、与计算、制定安全性试验计划等工作。

在产品研制过程中，建立了质量保证体系，制定了安全性工作计划，加强了研制过程的安全性管理，并制定了严格的措施，以确保产品在出厂前顺利通过安全各项验收试验和出厂考核，并确定产品经过评审后方可放行。

6 保障性设计
采用标准化、通用化、系列化的维修、检测设备，减少专用设备和工具。

配套研制使用、维护和人员培训所需的设备或设施。

提供完整的使用、维修资料。

根据GJB1371《装备保障性分析》进行保障性分析，确定产品应配套的地面保障设备和保障设施；并按GJB3274向提出单位提供《保障设备需求分析报告》；随产品交付配套的设备、仪器和工具，按规定
完成鉴定。

6.1 保障性的目标和任务
目标以合理的寿命周期费用实现系统的战备完好性要求。

任务确定系统保障性要求；将保障性设计融入系统的设计中；规划并及时研制所需的保障资源；建立经济、有效的保障系统，使装备获得所需的保障。

6.2 保障性文件的制定
依据GJB450-88《装备研制和生产的可保障性通用大纲》的有关要求，制定可保障性工作计划、完成可保障性设计、分析、与计算、制定可保障性试验计划等工作。

在产品研制过程中，建立了质量保证体系，制定了保障性工作计划，加强了研制过程的可保障性管理，并制定了严格的措施，以确保产品在出厂前顺利通过保障性验收试验和出厂考核，并确定产品经过评审后方可放行。

6.3 电源特性
设备电源特性应该满足GJB181A-2003《飞机供电特性》中规定的相关要求。

7 总结与展望
机载环境系统包含了电磁干扰、震动、抗风、冰雪雨雾、高温低温等非常恶略的工作和储存环境，尤其是通信系统是绝对不能马虎的，又要保证通信质量，又要保证产品的可靠性，对它的高标准、严要求是需要常态化的，因此要求我们从设计到工程产品到实际应用当中全过程参与可靠性和安全性，为此国内外专家采取大量行之有效的办法和方法来提高我们产品的各项性能指标，这篇文章希望机载卫星通信系统能达到更加安全、成熟、可靠的发展。

参考文献
[1]周宏新.史军良.孙士泉 机载动中通卫
星通信系统可靠与安全性分析[j]-设备管理与维修,2015(6).
[2]何旭.基于抗毁性的卫星通信系统可靠性
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[3]魏继超,梁晋.列车卫星移动通信与自动
报点系统可靠性设计[J].铁路计算机应用,2004(6).
[4]《GJB 1035卫星天线通用规范[s]-1990.
作者简介
常兴华（1968-），男，河北省人。

92941部队高级工程师。

研究方向为试验通信。

作者单位
92941部队44分队 辽宁省葫芦岛市 125003。