A320S 机载GPS故障浅析
中国南方航空公司海南分公司海口飞机维修厂摘要：随着社会的进步和民航的发展，电子设备应用越来越广泛。很多地面设备对民航飞行中机载GPS信号造成干扰，造成机载GPS出现故障信息；机载本身的设备故障也可能造成机载GPS出现故障信息。如何判断出现的信息是由于外部干扰造成的还是机载设备故障造成的是摆在我们机务维修人员面前的课题，以下就是针对本课题的探讨。
一、故障背景:
2020年8月，银川-重庆机组反映出现GPS1和GPS2故障信息，次日该机在银川-重庆时，监控到有GPS2故障信息，银川机场落地后出现GPS2故障信息，起飞后出现“NAV FM/GPS POS DISAGREE”信息。据统计，从6月份至今，多架飞机出现MMR故障信息，复位跳开关，地面测试正常，对调MMR计算机后,故障未再次出现。
二、排故过程：
2020年8月2日晚班，更换B-6663 MMR1计算机，与B-6653MMR2计算机对调，测试正常。2020年8月6日晚班，航后检查天线周围蒙皮和天线插头无水汽、腐蚀、接触不良。检查MCDU上GPS监控页面GPS1截获9颗卫星，GPS2截获10颗卫星,对拆下的GPS2天线和新安装的GPS2天线测量，绝缘性均良好，测量GPS2 天线同轴电缆电阻为开路，更换GPS2天线后，测试正常，为隔离故障，本机对调FMGC1和FMGC2,本机对调ADIRU2和ADIRU3,测试正常.
三、 原理分析：
在空客飞机上，来自全球导航卫星系统（GNSS）的信号，是飞机定位，和通信、导航和监视功能的时间基准的主要输入之一。
GPS系统主要由接收机和天线组成，GPS接收机集成在MMR中，是MMR功能的一部分，GPS主要计算经度、纬度、高度、时间和地速。GPS天线1接收并传输卫星信号给MMR-1，GPS天线2接收并传输卫星信号给MMR-2。MMR通过接收到的卫星信号来计算飞机的位置和时间。位置和时间信号传输到FMGC，FMGC利用GPS计算的位置和无线电导航位置进行比较，使用精度高的系统来进行导航。
正常操作时，GPS1 信号提供给 ADIRU1 和 3，GPS2 的信号提供给 ADIRU2。为了缩短 GPS 的起始时间，GPS1（2）接收来自于 ADIRU1（2）的信号。ADIRU1(2)里的 IR 部分向 FMGC1(2)提供下列信号：纯惯导数据，纯 GPS 数据（此时 ADIRU 作为信号的中继），混合的 GPIR 数据。FMGC1（2）使用混合的 GPIR 数据用于位置确定功能。纯 GPS 数据用于在MCDU1 和 2 上进行显示。如果一部 GPS 故障，三部 ADIRU 自动选择剩下的一部良好的 GPS 进行数据混合。如果 ADIRU1 故障，FMGC1 使用 ADIRU3/GPS1 的数据。如果 ADIRU2 故障，FMGC2使用 ADIRU3/GPS2 的数据。ADIRU 3 主数据源是 GPS 1, 必要时可以通过 ATT HDG 选择电门(13FP)的 1 号/2 号来选择 ADIRU 3 的次级数据源是 GPS 2。如果二个 ADIRU 故障, 两个 FMGC 使用唯一正常的 ADIRUADIRU 从它自己一侧的 GPS 上接收数据(例如 ADIRU 1-GPS 1)
四、 故障分析：
正常情况下，GPS系统需连接4颗卫星来准确定位，连接后GPS系统进入正常导航模式。当出现以下4种情形时，会导致GPS失效：
1、当GPS完整性不足以保持该传感器作为主要导航手段或当估计位置误差（EPE）大于所需导航精度（RNP）时，导航显示屏（ND）上将显示“GPS PRIMARY LOST”（GPS主丢失）信息，GPS监控页面则出现虚线，如果2-5分钟恢复正常，那么惯导自动捕获GPS信息，恢复正常。
2、当卫星信号在短时间（少于30s）内的覆盖变差，丢失了某颗卫星信号的接收，系统会进入辅助模式，GPS系统无信号输出，如果超过30s，GPS不能跟踪4颗卫星，则GPS系统进入捕获模式，若持续接收不到卫星GPS信号，ADIRU会在2-5分钟内持续监测GPS的可用性，并在首选GPS源有效时恢复正常配置。
3、当MMR设备故障时，也有可能导致GPS失效，出现故障信息。
4、GPS卫星自身问题导致。
本次事件中B-6663出现GPS失效故障信息(其他飞机在该机场也出现GPS失效故障现象),落地后MMR测试正常，后续航班无相关报告，说明不是设备问题；目前也没有GPS卫星的相关通告。初步判断飞机在空中GPS信号丢失或受到干扰，从而导致GPS失效。
（一 ） GPS信号干扰（ RFI ）或信号丢失对飞机的影响。
GPS 信号是低功率信号。它相当于距离地球表面 20000 多公里的一个 60W 灯泡所发出的能量。GPS 信号很容易受到位于飞机附近的任何在 GPS L1 频带（1575.42 MHz +/-10 MHz）内发射的地面信号源的干扰，从而导致 GPS 数据丢失。常见的一些 GPS 信号干扰源有（如图 1）：
1、个人隐私装置(PPD)
一些报告的干扰是由便携式个人私设装置引起的，这些装置会干扰附近区域的GPS信号以避免跟踪。当机场附近的这些装置被激活时，由于机场周围区域的GPS信号丢失，导致机场的运行中断。
2、敏感场所或贵宾保护设施
出于安全原因，某些敏感地点可能会使用全球导航卫星系统无线电干扰来保护，例如监狱设施或政要或政治人物居住或访问的地点。在这些地点附近作业的飞机可能受到GPS信号干扰的影响。
3、GPS 中继器
GPS中继器用于在飞机维修期间使飞机库内的GPS信号可用。在一些报告的事件中，GPS中继器信号干扰了实际的GPS信号，导致靠近机库的飞机出现接收问题
4、电视广播电台故障
据报告，一个电视台故障干扰了全球定位系统信号，影响了飞机的运行。
5、 军用 GPS 无线电干扰
如果距离军事冲突地区太近，GPS无线电干扰也会导致飞行中GPS信号丢失。这些区域通常是已知的， 告知飞行机组，它们可能在这些区域附近遇到干扰。可能的情况是，军事无线电干扰活动事先不知道，或未事先通知，导致GPS信号丢失。
图1.常见的 GPS干扰源
GPS信号丢失对 A320s飞机的影响，除了位置页面不显示左右 GPS 位置以外，根据空客WISE34.36.00049，GPS 信号丢失还会导致如下驾驶舱效应：
图2.GPS信号丢失可能导致的驾驶舱效应
空中GPS信号丢失后的维护注意事项：
在受到 GPS 信号丢失影响的飞行结束后，为了确保没有系统故障，地面需要进行 MMR 测试及确认 GPS 位置恢复。另外，根据机组飞行期间观察到的驾驶舱效应，对受影响的系统进行测试，确认无故障。A320 飞机主用的导航设备数据源为 GPS。无论飞机在空中或地面 GPS 信号丢失后，均可能导致 GPS 主用丢失，ND 出现 GPS PRIMARY LOST 警告（如图 3）。注意：GPS 主用状态会在 GPS 信号异常时自动丢失，但不会在 GPS信号恢复后自动恢复。如需要恢复 GPS 主用，需人工进入选择导航设备页面进行设置，方法：MCDU 进入 DATA-POSITION MONITOR-SEL NAVAIDS 页面（如图 4），检查确认标识行显示为 GPS SELECTED。飞行员可以在认为 GPS 不可靠时手动设置不采用 GPS 主用，该设置会在一个完整的落地循环后自动恢复。对于 GPS 主用的设置，建议由机组进行操作，在 FCOM 飞机系统-自动飞行-飞行管理-控制和指示章节有具体描述。
图3.GPS主用丢失警告
图4.GPS主用选择
五、 地面排故建议：
对于地面 GPS 信号丢失，应首先执行 MMR 测试，确认是否存在系统故障。
可尝试复位两部 MMR 跳开关对系统重置，观察数分钟是否可以重新接收到 GPS 信号。
对于更换GPS天线，一定要做好线缆的防护，防止线缆脱落；另外更换此天线需要打保险（原装天线没有打保险），有一个保险孔位于线缆上，另外一个保险孔在天线上（四颗最长的螺杆上），手册没有详细说明。
可询问机组出现 GPS 问题的阶段和区域，并咨询机场、塔台是否存在区域性的 GPS 异常情况以便确认是否属于 GPS 信号干扰问题。若可确认，可尝试沟通机组正常放行飞机，待飞机滑出或起飞脱离干扰区域后观察GPS 信号是否可以恢复。若无法确认干扰区域且机组不接受正常放行飞机，则可按 MEL 条款放行飞机。
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