指標(biāo)測試在導(dǎo)航雷達(dá)檢修維護中的應(yīng)用

韓 璐 楊 洋 熊東旭 李建榮

(中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇 214431)

指標(biāo)測試在導(dǎo)航雷達(dá)檢修維護中的應(yīng)用

韓 璐 楊 洋 熊東旭 李建榮

(中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇 214431)

通過研究船用導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各功能模塊作用，對影響導(dǎo)航雷達(dá)正常運行的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。提出在船用導(dǎo)航雷達(dá)的檢修維護工作中，利用無線電計量設(shè)備測試關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，從而對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評估的方法。通過實踐證明，該方法準(zhǔn)確可靠，對設(shè)備的檢修維護工作提供了良好的參考。

指標(biāo)測試 導(dǎo)航雷達(dá) 檢修維護

1 引 言

導(dǎo)航雷達(dá)是各型船舶重要的助航設(shè)備，在船舶近海定位、引導(dǎo)船舶進(jìn)出港、狹窄航道航行以及船舶避碰中有著十分重要的作用。在航行過程中，導(dǎo)航雷達(dá)一旦出現(xiàn)故障不僅影響船舶正常航行，甚至可能危及船舶安全，從而造成經(jīng)濟損失。在日常工作中，加強對導(dǎo)航雷達(dá)的檢修維護，能夠有效預(yù)防導(dǎo)航雷達(dá)突發(fā)故障，保障船舶航行安全。

目前導(dǎo)航雷達(dá)的檢修維護工作通常以測試使用設(shè)備各功能，進(jìn)行狀態(tài)檢查的方式來完成，該方法無法及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在故障缺陷，設(shè)備的安全運行依舊存在一定的隱患。通過對導(dǎo)航雷達(dá)開展關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)測試，可以有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備各組成部件的潛在故障，預(yù)知設(shè)備狀態(tài)，對設(shè)備的檢修維護提供有力的技術(shù)支持。

2 導(dǎo)航雷達(dá)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)分析

導(dǎo)航雷達(dá)由收發(fā)機系統(tǒng)、天線、顯示器、雷達(dá)電源4個分系統(tǒng)組成，其中收發(fā)機系統(tǒng)由觸發(fā)電路(定時器)、發(fā)射機、收發(fā)開關(guān)及接收機4個模塊組成。常見的導(dǎo)航雷達(dá)根據(jù)天線與收發(fā)機系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的不同又可分為二單元導(dǎo)航雷達(dá)和三單元導(dǎo)航雷達(dá)。常見導(dǎo)航雷達(dá)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 天線系統(tǒng)分析

導(dǎo)航雷達(dá)的天線系統(tǒng)為定向收發(fā)天線，方向性很強，其主要作用是將發(fā)射機經(jīng)波導(dǎo)饋線送來的射頻脈沖能量聚成細(xì)束朝一個方向發(fā)射出去，并接收此方向物標(biāo)反射回來的雷達(dá)回波，信號經(jīng)過波導(dǎo)饋線和收發(fā)開關(guān)送至接收機模塊[1]?？紤]到導(dǎo)航雷達(dá)工作的惡劣環(huán)境，雷達(dá)天線設(shè)計通常進(jìn)行了防潮和抗風(fēng)處理，對導(dǎo)航雷達(dá)天線系統(tǒng)的日常檢修維護工作可以通過目視檢查：天線內(nèi)部是否受潮，波導(dǎo)口有無積水、破裂，馬達(dá)驅(qū)動和方位電路是否有元器件異常以及馬達(dá)轉(zhuǎn)速是否均勻等項目來完成。

2.2 電源和顯示器系統(tǒng)分析

雷達(dá)電源和顯示器系統(tǒng)是導(dǎo)航雷達(dá)重要的兩個獨立輔助系統(tǒng)。雷達(dá)電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供穩(wěn)定的電力保障，通常需要將船電轉(zhuǎn)換為頻率在400Hz～2000Hz的中頻交流電。顯示器系統(tǒng)根據(jù)物體回波信號、天線方位信號，將雷達(dá)搜索范圍內(nèi)的物體以相對船舶方位和距離的方式平面顯示，系統(tǒng)通常還配有物體相對方位和距離的測距、警戒輔助工具。由于電源和顯示器系統(tǒng)功能獨立且較為通用，在出現(xiàn)故障時易于觀察、定位，不影響雷達(dá)系統(tǒng)安全運行，在日常的檢修維護工作中開展必要的狀態(tài)檢查即可滿足要求。

2.3 收發(fā)機系統(tǒng)分析

收發(fā)機系統(tǒng)由觸發(fā)電路、收發(fā)開關(guān)、發(fā)射機和接收機4個模塊組成，是整個導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)最為重要的組成部分，各模塊參數(shù)狀態(tài)是否正常直接影響雷達(dá)整機性能。

2.3.1 觸發(fā)電路模塊分析

觸發(fā)電路(定時器)是導(dǎo)航雷達(dá)收發(fā)系統(tǒng)的控制中心，通過向發(fā)射機模塊、接收機模塊、收發(fā)開發(fā)和其他輔助功能電路發(fā)送固定時序或時延可調(diào)的觸發(fā)脈沖信號，控制導(dǎo)航雷達(dá)準(zhǔn)確有序地完成雷達(dá)信號發(fā)射、物標(biāo)回波信號接收及視頻信號同步解調(diào)工作。觸發(fā)信號時序必須滿足雷達(dá)發(fā)射信號產(chǎn)生、雷達(dá)探測距離與物標(biāo)回波傳輸時間、收發(fā)開關(guān)轉(zhuǎn)換時間，視頻處理電路時延等對電路工作時機的影響，觸發(fā)信號時延必須準(zhǔn)確無誤、信號的電參數(shù)特性(幅度、脈寬等)必須滿足接收電路要求。

各觸發(fā)信號如果出現(xiàn)時序錯誤，將可能導(dǎo)致發(fā)射機高頻信號無法通過天線及時發(fā)射；收發(fā)開關(guān)誤將發(fā)射機高功率信號送入接收機，從而燒毀接收機；視頻顯示信號不同步等問題，影響雷達(dá)正常工作甚至損壞雷達(dá)。測試檢查觸發(fā)電路各觸發(fā)脈沖時序準(zhǔn)確性，是判斷觸發(fā)電路工作狀態(tài)的重要指標(biāo)。

2.3.2 發(fā)射機模塊分析

發(fā)射機模塊主要由脈沖調(diào)制器、磁控管振蕩器和高/低壓電源等部分組成，如圖2所示。磁控管受脈沖調(diào)制器輸出信號控制，產(chǎn)生導(dǎo)航雷達(dá)所需的固定頻段(S波段/X波段)雷達(dá)發(fā)射信號。脈沖調(diào)制器是發(fā)射機模塊的控制中心，其發(fā)送控制信號脈沖參數(shù)的質(zhì)量決定了雷達(dá)的基本性能。信號寬度和頻率決定了雷達(dá)的搜索量程遠(yuǎn)近，距離分辨力高低和雜波、盲區(qū)大?。恍盘柹仙龝r間和下降時間決定了雷達(dá)的測距精度，距離分辨力；信號過沖和頂部平坦度決定了雷達(dá)發(fā)射功率和頻率的穩(wěn)定性[2]。

測試檢查脈沖調(diào)制器輸出信號各脈沖參數(shù)質(zhì)量，是判斷發(fā)射機模塊工作狀態(tài)的重要指標(biāo)。

2.3.3 接收機模塊分析

接收機模塊主要由混頻器、本機振蕩器、中頻放大器、增益STC、檢波器和視頻放大器等部分組成。通過AFC(自動頻率控制)調(diào)節(jié)，本機振蕩器向混頻器輸出比雷達(dá)回波信號高一個中頻的頻率信號，混頻器將雷達(dá)回波信號與本機振蕩器發(fā)送信號進(jìn)行混頻處理生成中頻信號后送往中頻放大器，信號經(jīng)中

頻放大、檢波后在顯示系統(tǒng)以平面方式顯示，接收機模塊示意如圖3所示。

噪聲系數(shù)、接收靈敏度和動態(tài)范圍是表征接收機性能的重要技術(shù)指標(biāo)。噪聲系數(shù)是表征接收機內(nèi)部噪聲大小的物理量，噪聲系數(shù)太大將淹沒微弱信號，造成放大和濾波電路無法順利獲取遠(yuǎn)距離反射回來的回波信號，從而限制接收機靈敏度指標(biāo)。接收靈敏度表征接收機接受微弱信號的能力，是雷達(dá)接收機的重要指標(biāo)之一，接收機靈敏度越高，所能接收到的信號就越微弱，雷達(dá)的作用距離就越遠(yuǎn)。動態(tài)范圍能反映接收機對不同幅度信號的接收處理范圍。

測試檢查接收機噪聲系數(shù)、接收靈敏度和動態(tài)范圍技術(shù)指標(biāo)，能夠有效判斷接收機模塊工作狀態(tài)。

3 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)測試方法研究

觸發(fā)電路模塊各觸發(fā)脈沖時序，發(fā)射機模塊脈沖調(diào)制器輸出脈沖信號參數(shù)質(zhì)量，接收機模塊噪聲系數(shù)、接收靈敏度和動態(tài)范圍等是影響導(dǎo)航雷達(dá)正常運行的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。其中，觸發(fā)脈沖時序和脈沖調(diào)制器輸出脈沖信號可以通過數(shù)字示波器進(jìn)行測試觀察，接收機噪聲系數(shù)可以通過噪聲源和噪聲分析儀進(jìn)行測試觀察，接收機靈敏度和動態(tài)范圍可以通過使用帶同步觸發(fā)功能的信號源和數(shù)字示波器組成的測試系統(tǒng)進(jìn)行測試觀察。

3.1 觸發(fā)脈沖時序測試方法

觸發(fā)電路向各受控單元定時發(fā)送時序控制信號，信號通常為TTL電平，電壓范圍0V～3.5V，可使用數(shù)字示波器+無源探頭直接進(jìn)行信號測試，測試方法如圖4所示。為滿足各觸發(fā)信號時序間隔測試要求，應(yīng)選擇具有兩通道以上數(shù)字示波器。測試過程中將參考時序信號輸入通道1，觀察其他通道輸入信號與參考信號時間間隔是否滿足系統(tǒng)設(shè)計時序要求。

圖4所示為接收機保護器保護和響應(yīng)控制時序示意，按系統(tǒng)設(shè)計要求響應(yīng)時序應(yīng)延遲保護時序500ns以上，大于收發(fā)開關(guān)由發(fā)射狀態(tài)轉(zhuǎn)向接收狀態(tài)的時間，保證接收機前端無源限幅器不會被耦合進(jìn)接收通道的雷達(dá)發(fā)射信號燒毀。由測試可知兩時序延遲時間為680ns，滿足設(shè)計指標(biāo)要求。

3.2 接收機噪聲系數(shù)測試方法

使用噪聲分析儀和標(biāo)準(zhǔn)噪聲源測試導(dǎo)航雷達(dá)接收機噪聲系數(shù)，測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示[4]。標(biāo)準(zhǔn)噪聲源輸出噪聲信號進(jìn)入雷達(dá)接收機，雷達(dá)接收機對輸入噪聲信號進(jìn)行混頻，中頻放大和檢波處理后將中頻信號輸出至噪聲分析儀。設(shè)置噪聲分析儀相關(guān)參數(shù)，通過與標(biāo)準(zhǔn)噪聲源參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定計算，即可直接獲取雷達(dá)接收機噪聲指數(shù)和放大增益。噪聲分析儀設(shè)置方法在此不做詳細(xì)說明。

3.3 接收機靈敏度和動態(tài)范圍測試方法

使用信號發(fā)生器、數(shù)字示波器和可變衰減器組成測試系統(tǒng)，完成接收機靈敏度和動態(tài)范圍指標(biāo)測試，測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。信號發(fā)生器可以輸出頻率準(zhǔn)確，幅度連續(xù)可調(diào)的微波信號，是理想的信號模擬源。選擇頻段范圍覆蓋雷達(dá)發(fā)生頻率(S波段/X波段)且具有同步觸發(fā)輸出的信號源模擬物標(biāo)回波信號，信號源輸出模擬回波信號經(jīng)可變衰減器輸入雷達(dá)接收機系統(tǒng)，接收機對輸入信號完成視頻處理后輸出至數(shù)字示波器，示波器選擇外觸發(fā)方式，由信號源提供同步觸發(fā)信號便于數(shù)字示波器穩(wěn)定顯示視頻信號。

接收機靈敏度測試開始時，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出信號幅度，使數(shù)字示波器清晰穩(wěn)定顯示接收機輸出視頻信號，通過可變衰減器和信號源幅度設(shè)置逐漸降低輸出信號幅度，當(dāng)示波器無法正常顯示接收機輸出視頻信號時，接收機輸入信號幅度即為最小靈敏度。

調(diào)節(jié)可變衰減器和信號源幅度設(shè)置，逐漸增大輸出信號幅度，當(dāng)示波器顯示信號輸出飽和時，此時接收機輸入信號幅度與最小靈敏度值的差值即為接收機動態(tài)范圍[5,6]。

3.4 發(fā)射機脈沖調(diào)制信號測試方法

脈沖調(diào)制器是發(fā)射機系統(tǒng)的重要控制單元，負(fù)責(zé)為磁控管提供正常工作所需的高壓視頻脈沖信號，其工作原理是將高壓電源系統(tǒng)放大整流的直流功率，通過預(yù)調(diào)器和調(diào)制開關(guān)構(gòu)成的脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)控制，產(chǎn)生調(diào)制脈沖波形，其組成結(jié)構(gòu)如圖7所示[7～9]。

脈沖調(diào)制器輸出信號為高壓脈沖信號，根據(jù)高壓電源輸入電壓的不同，脈沖信號幅度可達(dá)0kV～30kV，測試系統(tǒng)選擇測量帶寬大于100MHz的數(shù)字示波器+示波器高壓探頭P6015A組合完成測試工作。示波器高壓探頭P6015A高壓脈沖信號測試范圍可達(dá)40kV峰峰值，測試帶寬為75MHz，滿足脈沖調(diào)制器輸出高壓脈沖信號測試帶寬要求。

脈沖調(diào)制信號測試過程對設(shè)備和人員測試經(jīng)驗要求較高，測試難度較大。在發(fā)射機日常檢修維護過程中可以通過使用普通萬用表檢查脈沖調(diào)制器調(diào)制開關(guān)(氫閘流管)燈絲電壓，來判斷設(shè)備工作狀態(tài)。操作方法為：設(shè)備開低壓，工作30s后，測試燈絲電壓是否滿足技術(shù)指標(biāo)6.3V±0.2V要求。

4 結(jié)束語

使用無線電計量設(shè)備能夠準(zhǔn)確測試各類無線電信號參數(shù)指標(biāo)，科學(xué)評判設(shè)備工作狀態(tài)。本文根據(jù)導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理，對影響導(dǎo)航雷達(dá)正常工作的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對如何利用無線電計量設(shè)備測試導(dǎo)航雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了深入的研究。通過工程實踐表明，該方法能夠有效應(yīng)用于各型導(dǎo)航雷達(dá)的日常檢修維護工作，準(zhǔn)確及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在故障隱患，為導(dǎo)航設(shè)備安全工作提供良好的技術(shù)保障。

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The Application of Index Test in Repair and Maintenancefor Ship Navigation Radar

HAN Lu YANG Yang XION Dong-xu LI Jian-rong

(China Satellite Maritime Telemetry and Telecontrol Department, Jiangyin 214431, China)

Through the research of marine navigation radar system structure and each function module,the key technical indicators affecting the normal operation of the navigation radar are analyzed in detail.Proposed in the ship navigation radar maintenance work,using the key technical indicators testing of radio measurement equipment,the method is applied in the evaluation of equipment state.Proved by practice,the method is accurate and reliable,and provides a good reference for equipment maintenance.

Index test Navigation radar Repair and maintenance

2016-05-03，

2016-11-10

韓璐(1984-)，女，碩士，工程師，主要研究方向：船舶電氣技術(shù)。

1000-7202(2017) 02-0073-04

10.12060/j.issn.1000-7202.2017.02.15

TN957

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