一、引言
伴随着国防战略发展的需要，军用飞机机载设备逐渐向高集成度的趋势发展。导线作为用于连接机上各用电设备和系统间信号传递的重要装置，是传递动力能源和传输通讯及控制信号的关键载体。但由于军用飞机本身结构较小的局限性，再加上军用飞机对于导线规格有着非常严格的限制，因此，飞机导线一般都是安装在非常狭小的空间。在实际的飞机内部构造里，导线周围往往存在着各种机载设备以及管路，而且需要在各隔框、舱段间穿梭。正是在这样的环境之下，使得导线处于摩擦、振动、高低温交替、潮湿的状态，久而久之，导线就会不可避免的发生故障，进而危及飞机的飞行安全。
在这样的背景下，如何快速的发现飞机导线故障并对故障进行准确定位，是保证飞机飞行安全以及飞机日后使用维护面临的亟待解决的问题之一。据统计，10年内军用飞机导线发生故障的概率大约为52%，20年内军用飞机导线发生故障的概率大约为66%[1]。飞机导线故障作为现代飞机最为常见的故障之一，其故障类型主要分为两种：硬性故障和软性故障[2]。另外，间歇性故障作为飞机导线的特有故障，常常以系统偶发出现间歇性工作的形式表现出来，该故障也会影响飞机的飞行安全。
从上述可知，飞机导线故障是普遍存在的，并具有严重的危害。因此，在飞机全寿命周期均需进行飞机导线的定期检测，及时发现故障并排除故障，从而保证飞机的安全飞行。那么，在飞机导线种类多样、导线连接关系复杂以及故障隐蔽性高等真实情况下，如何实现导线的故障诊断与精准定位成为一个值得研究的方向。
二、国内外研究现状
目前，国内各导线生产厂家以及飞机使用用户对于飞机导线故障的检测大多数还是依赖于目视检查和万用表等传统的人工方法，但实际往往因为飞机结构的空间限制，飞机导线故障可能发生在比较隐蔽的位置，再加上导线要经过诸如继电器等连接或转接器件，若此类器件发生损坏，则无法进行故障点的准确定位，因此，传统人工方法无法获得满意的诊断效果。
针对飞机导线的硬性和软性两类故障，目前所采用的故障分析方法可以总体分为两种，即单端法和双端法[3]。双端法是基于导线的分布参数模型来实现的，能够在原理上完成对导线故障点的准确定位。但该方法需要对导线两端同步采样，测量难度较大。而单端法只需通过导线一端就可以完成，不需要同步设备，实现起来更简易便捷，因此，单端法在飞机导线故障与定位应用方面具有很大的实用价值。
国内学者对于飞机导线故障的诊断与定位方法进行了研究，其中，西安交通大学高淑萍等人根据分布在故障点两端的电压时时相等的原理，通过双端电流计算实现了导线的故障定位；浙江大学赵伟等人根据线性叠加原理，通过运用对称分量法，基于线路两端电压向量，提出了传输导线故障的测距方法；浙江大学王波等人根据过度阻抗纯电阻性质，利用导线两端的电压和未饱和侧电流，提出了可以针对任意故障类型的导线故障定位方法，但该方法是在电流互感器饱和而导致导线故障的特殊情况下开展的。
国外学者对飞机导线故障诊断与定位问题的研究起步较早，研究出了一系列方法，包括时域反射法（TDR）、频域反射法（FDR）、扩展频谱时域反射法、相位检测频域反射法等。C. Furse 等人对利用SSTDR方法进行飞机导线磨损故障诊断做出了可行性分析；J. P. Steiner和W.L. Weeks等人利用TDR对阻抗变化位置出现反射的原理对磨损故障进行检测；美国Utah State大学的Cynthia Furs描述了一种基于FDR的导线测试系统；PDFDR对飞机导线硬性故障检测具有良好的效果，且该方法已运用到F-18飞机导线束的故障诊断中。
三、飞机导线故障诊断与定位实现方法
在飞机导线故障诊断与定位方法中，时域反射法和频域反射法是非常经典且应用广泛的两种检测方法，本文针对这两种方法的实现原理进行简单的介绍。
TDR是通过向被测介质发送脉冲或者阶跃信号，当介质阻抗发生变化时,会产生回波,而剩余的电磁能量将继续在介质中行进，从而通过入射波幅度和反射波幅度对比计算阻抗的变化，并根据时间差获得阻抗变化点的位置信息，其原理图如图1所示。
图1 时域反射基本原理
从原理图中可以看出，由阶跃信号发生器的脉冲信号发射并注入导线，当信号遭遇导线阻抗不匹配时，该信号无法按原通道无损的继续行进，就有一部分回波产生。注入的信号与回波信号融合，采样示波器便可采集到新的波形。这个新的信号能够读出边缘的阶差，表征了发射信号与回波产生的时间差值，根据下面的公式便可以得到反射点距离信号输入点的电线长度对应关系，即可实现故障定位。
式中，L表示信号输入点到反射点的距离，v表示信号在通道中的传播速度，Δt表示入射脉冲与反射回波之间的时间间隔。
FDR是在20世纪70年代后期发展起来的，其实现结构框图2所示：通过发送特定频带的扫频测试信号，在导体阻抗不匹配处会产生较强的和发射信号同样频率但不同时段的反射信号，通过傅立叶转换方式分析这些信号，并且通过量测反射信号峰值的频率换算出到线路障碍点的距离。
图2 频域反射结构框图
由上图可知，单片机驱动信号发生器产生正弦扫频信号，该信号会在电缆阻抗不匹配处发生反射，通过耦合器将入射信号与反射信号分离为两条传输线。为了求得电缆首端的反射系数谱，需要对入射信号和反射信号进行计算，得到宽频带范围内不同频率点对应的反射系数，经AD采样，将模拟信号转换为数字信号，通过傅里叶反变换将其变换到空间域，进而得到电缆故障定位的波形。
四、研究展望
基于TDR与FDR的飞机导线故障检测与定位方法，虽然能够实现飞机导线的故障检测与定位，但是由于飞机导线、电缆使用维护的复杂性，还有一些问题需要进一步完善和深入地研究，具体表现在以下几个方面：
（1）进一步研究焊锡环、死接头等对飞机导线故障检测与定位系统的影响。焊锡环、死接头的使用改变了电缆的原本状态，会对电缆的阻抗产生影响，因此应当进一步探索焊锡环、死接头与导线阻抗的关系；
（2）目前基于TDR原理的导线故障检测技术，主要采用低电压的脉冲信号检测，因此还可以进一步研究低能量高电压时域反射法对导线故障的定位问题；
（3）如何对导线存在的连续多个故障点进行故障类型的诊断与故障位置的计算，从而扩展测试方法的能力也是非常值得研究的方向。
五、参考文献
[1]尹琦.飞机导线故障检测与定位系统设计[D].电子科技大学.2019.
[2]刘晓琳.飞机导线故障诊断与定位方法研究[D].燕山大学,2013.
[3]石旭东,裴鹤岩,荆涛等.基于时频反射的飞机导线故障诊断方法[J].信息与控制,2010,39(01):77-81.
