全自动着舰引导系统多余度设计与分析

doi:10.7527/S1000-6893.2025.31743

Abstract

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

CLC Number:

V249

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

Figures/Tables 16

Fig.1

Table 1

Fig.2

Fig.3

Fig.4

Fig.5

Table 2

Failure rates of redundant computer modules in carrier landing guidance system

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

Table 2

Fig.6

Table 3

Fig.7

Fig.8

Fig.9

Fig.10

Table 4

Failure probability per hour of equipment

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	$1.88 × 10 - 5$

Table 4

Table 5

Probability failure per hour of system

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	$1.8354 × 10 - 8$

Table 5

Table 6

Failure mode analysis of common faults and their combinations

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	√	×	√	√	×	√	√	√	×	$2.126 2 × 10 - 4$

Table 6

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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

Redundancy design and analysis of automatic carrier landing guidance system

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