全自动着舰引导系统多余度设计与分析

doi:10.7527/S1000-6893.2025.31743

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全自动着舰引导系统多余度设计与分析

李启军, 崔凯凯()

中国人民解放军 92942部队，北京 100161

收稿日期:2024-12-31 修回日期:2025-03-11 接受日期:2025-05-22 出版日期:2025-06-06 发布日期:2025-06-05
通讯作者: 崔凯凯 E-mail:nau_181004@163.com

Redundancy design and analysis of automatic carrier landing guidance system

Qijun LI, Kaikai CUI()

No. 92942 Unit of PLA，Beijing 100161，China

Received:2024-12-31 Revised:2025-03-11 Accepted:2025-05-22 Online:2025-06-06 Published:2025-06-05
Contact: Kaikai CUI E-mail:nau_181004@163.com

摘要/Abstract

摘要：

全自动着舰引导对于提升海上作战效能至关重要。然而，由于技术手段、设备配备、通信链路的单一化，传统的全自动着舰引导系统故障容限低，难以有效保障着舰过程的飞行安全。针对系统可靠性、安全性较低的问题，深入分析功能危险性、安全设计需求，优化系统余度结构。基于导航技术冗余构建引导信息多余度测量结构，基于链路冗余、余度计算机构建引导指令多余度解算结构，同时基于多种助降手段、监视设备构建指挥辅助决策多余度保障结构。对多余度全自动着舰引导系统进行故障树分析，评估多余度系统每小时危险失效概率，以验证系统的高可靠性、高安全性。

关键词: 全自动着舰引导系统, 余度设计, 功能危险性分析, 每小时危险失效概率, 故障树分析

Abstract:

The automatic carrier landing guidance system is crucial for enhancing the effectiveness of naval operations. However， due to the singular nature of technical methods， equipment configuration， and communication links， the traditional automatic carrier landing guidance system exhibits a low fault tolerance， making it difficult to ensure flight safety during the landing process. To address the issues of low system reliability and safety， an in-depth functional hazard analysis and safety design requirements is conducted to optimize the system’s redundancy architecture. A multi-redundant measurement structure for guidance information is constructed based on redundant navigation technologies， while a multi-redundant calculation structure for guidance commands is built using link redundancy and redundant computers. Additionally， a multi-redundant decision-making safeguard structure is established by integrating various landing aids and monitoring equipment. Fault tree analysis is performed on the multi-redundant automatic landing guidance system， and the probability of dangerous failure per hour is evaluated to verify high reliability and safety of the system.

Key words: automatic carrier landing guidance, redundancy design, functional hazard analysis, probability of dangerous failure per hour, fault tree analysis

中图分类号:

V249

李启军, 崔凯凯. 全自动着舰引导系统多余度设计与分析[J]. 航空学报, 2025, 46(13): 531743.

Qijun LI, Kaikai CUI. Redundancy design and analysis of automatic carrier landing guidance system[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(13): 531743.

图/表 16

图 1

表 1

图 2

图 3

图 4

图 5

表 2

着舰引导余度计算机各模块的失效率

模块名称	失效率 $λ$ /（ $10 - 5 h - 1$ ）
总线模块	2.74
输入输出模块	3.63
计算板卡	3.26

表 2

图 6

表 3

图 7

图 8

图 9

图 10

表4

设备每小时的危险失效概率

设备	失效状态	PFH/h^-1
信息解算设备	余度计算机无有效数据输出	$1.798 × 10 - 8$
卫星设备	单卫星设备无有效数据输出	$1.17 × 10 - 3$
雷达设备	单雷达设备无有效数据输出	$1.02 × 10 - 3$
光电设备	单光电设备无有效数据输出	$1.934 × 10 - 3$
光学设备	光学设备无有效数据输出	$1.22 × 10 - 6$
惯性导航设备	单关系导航设备无数据输出	$1.88 × 10 - 5$

表4

表5

系统每小时的危险失效概率

失效状态	PFH/h^-1
舰船运动信息提供功能失效	$1.8333 × 10 - 8$
着舰引导信息提供功能失效	$2.1037 × 10 - 11$
全自动着舰引导功能总失效	$1.8354 × 10 - 8$

表5

表6

常见故障及其组合的失效模式分析

失效模式	舰船运动信息测量功能故障		引导指令解算功能故障			引导信息测量功能故障				多余度系统 PFH/h^-1
失效模式	惯性导航设备1	惯性导航设备2	解算链路A	解算链路B	解算链路C	雷达	光电	卫星	光学	多余度系统 PFH/h^-1
	√	√	√	√	√	√	√	√	√	$1.835 4 × 10 - 8$
1	√	√	√	√	√	√	×	×	√	$3.631 5 × 10 - 8$
1	√	√	√	√	√	×	√	×	√	$3.631 8 × 10 - 8$
1	√	√	√	√	√	×	×	√	√	$1.978 2 × 10 - 8$
1	√	√	√	√	√	√	√	×	×	$3.631 7 × 10 - 8$
1	√	√	√	√	√	√	×	√	×	$1.957 2 × 10 - 8$
1	√	√	√	√	√	×	√	√	×	$2.273 3 × 10 - 8$
2	√	√	√	√	×	√	√	√	√	$5.435 7 × 10 - 8$
2	√	√	√	×	×	√	√	√	√	$9.641 3 × 10 - 5$
2	√	√	×	×	×	√	√	√	√	$1$
3	√	×	√	√	√	√	√	√	√	$1.881 8 × 10 - 5$
3	×	×	√	√	√	√	√	√	√	$1$
4	√	×	√	√	×	×	√	√	√	$1.885 4 × 10 - 5$
4	√	×	√	√	×	√	×	√	√	$2.012 8 × 10 - 5$
4	√	×	√	√	×	√	√	×	√	$1.885 4 × 10 - 5$
4	√	×	√	√	×	√	√	√	×	$2.126 2 × 10 - 4$

表6

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

功能	失效程度	失效影响	严酷度
引导信息测量功能	完全丧失	无法测算舰机状态，无法进行全自动着舰引导	Ⅰ
引导信息测量功能	部分丧失	舰机状态测算受影响，可能导致模态降级或复飞	Ⅲ
引导指令解算功能	完全丧失	无法解算引导指令，飞行员凭借经验手动着舰	Ⅰ
引导指令解算功能	部分丧失	引导指令解算受影响，可能导致模态降级或复飞	Ⅲ
指挥辅助决策功能	完全丧失	无法提供辅助信息，影响着舰决策效率	Ⅲ
指挥辅助决策功能	部分丧失	无法提供完整辅助信息，可能导致复飞	Ⅳ

功能需求	结构设计	主要设备	余度设计	具体实现
引导指令解算功能	引导指令解算	解算设备	余度计算机	配置3台余度计算机，形成2条解算通道
引导指令解算功能	引导指令解算	解算设备	网络冗余	数据冗余传输
引导信息测量功能	引导信息测量	雷达设备	雷达备份	配置2部雷达，雷达A为雷达B的备份
		光电设备	设备冗余	配置2套光电设备，配置双路光纤
		光电设备	网络冗余	数据冗余传输
		卫星设备	设备冗余	配置4套卫星天线、接收机
		卫星设备	差分冗余	配置2个差分单元
	舰船运动信息测量	惯性导航设备	设备冗余	配置2套惯性导航设备
	舰船运动信息测量	惯性导航设备	供电保障	配置UPS电源
指挥辅助决策功能	指挥辅助决策保障	光学设备	系统冗余	配置FLOLS系统、三平台MOVLAS系统
指挥辅助决策功能	指挥辅助决策保障	监视设备	设备冗余	配置可见光监视和红外监视设备

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