设计性故障NAV ADS-B RPTG x FAULT的探讨

艺博

此文章中涉及的故障调查，本人觉得已经接近尾声，但是仍然没有明确定论，仅供参考。

近期，公司机队频发NAV ADS-B RPTG x FAULT警告，并伴随有MMR 1+2 (40RT1+2)/ ATC 1 (1SH1)故障。此故障在所有配备ADS-B out的飞机上都有发生，并且飞机落地后做BITE测试，设备都是正常的。

在此插段介绍：ADS-B其实是ATC Mode S的加强版，其多加出一截数字信号段，用于告知对方更多飞机的信息，这些信息包括：GPS经度，GPS纬度，GPS速度等等。

公司的工程技术科室人员向空客的技术服务中心咨询，空客人员答复认为可能是GPS信号不好，希望我们统计下故障发生的地点和时间。

registation number	date(UTC)	time(UTC)	flight phase	location
B-16xx	2019/3/23	11:41	approaching	xxHA
B-16xx	2019/3/28	1:33	approaching	xxHA
B-16xx	2019/4/3	16:44	approaching	ZxxD
B-xx2N	2019/3/13	3:18-3:24(multiply)	cruise	NOT SURE
B-xx2N	2019/4/6	13:49	approaching	ZLJQ
B-xx2P	2019/3/17	16:26	approaching	ZxxD
B-xx2P	2019/4/9	00:39/00:44(twice)	takeoff	ZLLL
B-xx2P	2019/4/9	7:09	takeoff	ZSWZ
B-xx3V	2019/3/12	17:03	approaching	ZxxD
B-xx3V	2019/3/20	4:42	approaching	ZGNN
B-xx3V	2019/3/21	06:46-06:56(multiply)	approaching	ZSNB
B-xx3V	2019/3/23	16:21	approaching	ZxxD
B-xx3V	2019/4/1	2:18	takeoff	ZSQZ
B-xx4Q	2019/3/13	16:26	approaching	ZxxD
B-xx4Q	2019/3/22	11:45	takeoff	ZGNN
B-xx4Q	2019/3/22	16:17	approaching	ZxxD
B-xx4Q	2019/3/26	16:36	approaching	ZxxD
B-xx4Q	2019/4/2	6:55	approaching	VxxD
B-xx4Q	2019/4/9	6:29	approaching	VxxD
B-xx4R	2019/3/20	6:53	approaching	ZSNB
B-xx4R	2019/3/21	11:58	takeoff	ZGNN
B-xx4R	2019/3/23	16:16	approaching	ZxxD
B-xx4R	2019/3/25	16:31	approaching	ZxxD
B-xx4R	2019/4/3	16:18	approaching	ZxxD

正好本人最近的本职工作不是太忙，抽空把故障信息统计了一下。统计信息如下（地点、机号做过处理）：

其中，我还调出了飞机巡航时出现故障时的DFDR数据，发现飞机自动驾驶正常接通，飞机平稳飞行。ZxxD为我们公司的主基地，在UTC（12:00-14:00）也有装备有ADS-B out 的飞机降落，但从未出过警告信息。

从表中得出两个结论：

1、飞机经常在进近和起飞时出现该故障；

2、飞机在某个地点的某个时段很容易出现该故障。

基于此，关于该故障我有三个假设

1、云层的存在可能会干扰GPS信号，所以飞机在进近和起飞时容易出现警告。

2、GPS卫星每12小时走一个周期，所以每经过24小时，从地球上某个特定位置观察卫星，GPS卫星在天上的位置是一样的，当某个时段在该特定点上，GPS卫星的数目特别少，容易造成信号丢失。

3、飞机MMR与FWC的硬件与软件因素，比如最新的FWC驱动软件H2F10D对该故障警告需要5秒钟的确认时长，而我司用的H2F9D仅需要3秒钟。所以新版本的FWS软件报告该故障的频率会大大降低。

我把邮件发给技术服务中心的老外后，老外姐姐还挺认可我的研究成果，并且把我的邮件转给的了空客的飞机设计办（Design Office）。设计办的专家给技术服务中心的姐姐回了封邮件，原文如下：

Thank you for your message sharing customer feedback.

From Design Office perspective, we know several cases where we can have a lack of GNSS signal reception which could involve ADS-B OUT Failure:

1) Quality of the Constellation number of satellites and position (Constellation geometry). It is true to say that every 24 h constellation geometry is quit the same.

For information, you can find 2 simulations at Qingdao Liuting International Airport on 15thof April.

Simulate Constellation at 36.26 LAT – 120.337 LONG at 16:10

Simulate Constellation at 36.26 LAT – 120.337 LONG at 16:50

You can see that we have a lot of satellite with a low Azimuth (they can be tracked but they can be easily lost too) and 4 satellites with a good visibility. To be in Navigation mode we need 5 satellites at least. So this constellation is not the best and it could explain some issues reported.

2) Signal masking and Multipath effect due to buildings, mountains, aircraft attitude itself (Roll, pitch, speed …) or other aircrafts/obstacles

In the simulation above satellites with low azimuth could be lost easily regarding these effects.

3) Spatial weather (ionosphere) according to solar activity could affect GPS signal in space. It is necessary to consult specialist on this domain to have the impact on GPS signal at the day and the time of the issue.

4) System Architecture (like technician from Qingdao Airlines describes in the factor 3 part) could have an impact. The Installation quality itself (Antenna, coax, plugs) too. Finally, an equipment issue has to be considered as well. The End to End GPS reception must be checked (Antennas, installation, and equipment). For example, antenna should be clean, connectors without any oxidation and no damage on coaxial cable.

5) Finally, and not the minor thing, GPS Interferences (Jamming or Spoofing) is a contributor which is, unfortunately, more and more present in the world.

Regarding the Factor 1 (clouds), there is no effect on GPS signal reception base on our in service experience. We think this factor has not to be considered.

To help in your investigation, I suggest you to notice, exactly, when the issue occurs, the Aircraft position, time and day. By this way it will be possible to identify a GPS jamming source if it is the case. You can also check the constellation as I did.

Hope it helps you in your investigation, don’t hesitate to contact us if needed.

总的来说，就是承认我的后两条假设有道理，并且补充了三点：

1、大气电离层对GPS信号有影响；

2、飞机机体结构阻挡对信号有影响；

3、GPS收发器之间可能会存在相互干扰（不确定）。

收到反馈后，我又抽空调查了下天气记录。发现出警告时居然是晴天居多、雨天较少。说明云确实不是阻挡信号的因素。

最终我的结论是：GPS的星座分（可见卫星较少）部是导致该故障的主要因素，飞机自身机体阻挡信号为次要因素。同时飞机做滚转时，可能会使某些GPS信号被机体阻隔，加剧GPS信号丢失。

建议空客可以考虑在飞机机体下表面加装个辅助GPS天线，用来捕获一些进地平线的卫星信号。

六六子

近期定检中也碰见此信息，在机库里几乎全天收不到GPS信号，拉出机库就OK了!个人认为FWC和sdac对应的版本构型也很有关系，之前的飞机在机库里有可能信弱，但不至于这么差。。。。。

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六六子

谢谢楼主的精心分享。。。。。

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linkendi

六六子 发表于 2019-04-22 22:12
近期定检中也碰见此信息，在机库里几乎全天收不到GPS信号，拉出机库就OK了!个人认为FWC和sdac对应的版本构型也很有关系，之前的飞机在机库里有可能信弱，但不至于这么差。。。。。

老铁，在机库里收不到GPS信号不是很正常么

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艺博

六六子 发表于 2019-4-22 22:12
谢谢楼主的精心分享。。。。。

GPS信号穿透不了金属，机库对GPS信号有阻隔作用

dandan的忧伤

同样是机务你咋这么优秀，我们收到信息是在跑到头某一点收发信号不太好，所以促发此故障，不用管，再就没人管了

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tdehuya

艺博兄真赞！！

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我的节拍

触发逻辑引起的。。

艺博

我的节拍 发表于 2019-4-23 18:39
触发逻辑引起的。。

这个警告一直伴随有MMR故障信息，指向明确，所以直接研究MMR就OK

我的节拍

艺博 发表于 2019-4-24 12:05
这个警告一直伴随有MMR故障信息，指向明确，所以直接研究MMR就OK

这个探讨中  ADS-B RPTG  1/2 FAULT 可以算是 GPS1/2 （MMR） 的次要故障。 主故障触发比次要故障触发延迟。。

艺博

我的节拍 发表于 2019-4-24 13:34
这个探讨中  ADS-B RPTG  1/2 FAULT 可以算是 GPS1/2 （MMR） 的次要故障。 主故障触发比次要故障触发延 ...

这个警告反复触发，且均伴有MMR/ATC这个故障

青春

分析从一开始一直反复在强调GPS/ATC 告警信息，将故障指向MMR。但是却没有罗列数据进行验证。GPS 天线接收信号，经放大器放大后送入MMR ，解算位置、时间、空速、高度等信息。通过429总线送至ATC 应答机。同时，ATC 要监视多个设备发送的信息，例如FMC/IPS/ADC等，并有不同的优先级，将数据进行ADS-B out广播。要确认GPS 信号弱，看看这些数据是否都不正常就可以排查问题。

艺博

青春 发表于 2019-4-25 09:03
分析从一开始一直反复在强调GPS/ATC 告警信息，将故障指向MMR。但是却没有罗列数据进行验证。GPS 天线接收 ...

故障指向特别明确，为什么要多绕弯路？

babys42

然后还带出surv row/rop lost

艺博

babys42 发表于 2019-4-26 23:03
然后还带出surv row/rop lost

我这边这个机型没带这个信息

baiyu176825151

有些空域某些时段是屏蔽GPS信号的，你懂的

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艺博

baiyu176825151 发表于 2019-4-28 23:18
有些空域某些时段是屏蔽GPS信号的，你懂的

可是，这样的地方也不会设置民航的waypoint

田晓冬

英文邮件中azimuth方位角应该为elevation高度角，书写错误。

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艺博

田晓冬 发表于 2019-4-30 09:53
英文邮件中azimuth方位角应该为elevation高度角，书写错误。

用词没错吧，拿不准的话，可以查询下wiki百科

babys42

艺博 发表于 2019-4-28 12:27
我这边这个机型没带这个信息

你们的可能没有选装

550633

艺博 发表于 2019-04-28 12:27
我这边这个机型没带这个信息

有这个，这个和数据库有关。

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艺博

550633 发表于 2019-5-8 17:39
有这个，这个和数据库有关。

我意思是，这个故障没伴随他说的那个信息而已

蓝色起源

楼主分析很专业，佩服佩服！

北京通航电科

我感觉，也许可以看一下告警当时的NUC值（DO260，即Version 0）或NIC值（DO260A/B，即Version 1/2）。如果确实是GPS位置排布不佳，NUC/NIC的值会比较低。

艺博

北京通航电科 发表于 2019-5-14 08:36
我感觉，也许可以看一下告警当时的NUC值（DO260，即Version 0）或NIC值（DO260A/B，即Version 1/2）。如果 ...

真是“术业有专攻”，这两个值我不太会查询，印象中飞机MCDU里面没见到过。

北京通航电科

艺博 发表于 2019-5-14 13:03
真是“术业有专攻”，这两个值我不太会查询，印象中飞机MCDU里面没见到过。 ...

哦，这两个值是要在用地面接收机收到ADS-B数据，从数据里面查看的。ADS-B发射机（也就是S模式应答机）发射出来的ADS-B信号是DF17格式的，这个格式是在DO260/DO260A/DO260B这几个标准里面定义的。NUC/NIC这两个值就在DF17数据里面，反映了目前ADS-B数据定位的精度和完好性。这两个值是GPS接收机通过RAIM算法算出来的，主要就是反映了当时GPS卫星相对于飞机的排布。简单而不是十分准确的说，如果GPS位置排布好，这两个值就高，也就是说，ADS-B数据定位的精度就比较可信。如果排布不好，这两个值就低，也就是说，ADS-B数据定位的精度就不太可信。我感觉这可以印证您说的GPS的问题。

艺博

北京通航电科 发表于 2019-5-15 09:42
哦，这两个值是要在用地面接收机收到ADS-B数据，从数据里面查看的。ADS-B发射机（也就是S模式应答机）发 ...

谢谢您告知这些技术细节。我对ADS-B out 的了解也就是止于AMM手册。我想知道，作为专业人士，您觉得飞机的所处的海拔高度，以及飞行姿态会不会影响飞机的GPS信号的接收？（A320飞机的GPS天线有两个，但都是在机身上部）。如果有影响，那么在机身下表面加装个“辅助GPS天线”有没有可能改进GPS信号接收质量？

北京通航电科

不敢说是专业人士哈 我觉得海拔高度和飞行姿态应该不太会影响飞机的GPS信号的接收。

艺博

北京通航电科 发表于 2019-5-16 20:20
不敢说是专业人士哈 我觉得海拔高度和飞行姿态应该不太会影响飞机的GPS信号的接收。 ...

但是，空客的工程师说是金属可以阻碍GPS信号的传输

北京通航电科

哦，我明白您说的意思了，金属确实会阻碍GPS信号的传输，您说的辅助GPS天线应该会有效果，如果GPS卫星到飞机的夹角小于飞机倾斜角，那辅助GPS天线就可以采集到这些GPS卫星信号了。