新疆地區(qū)極端氣候條件下雷達(dá)設(shè)備易發(fā)故障淺析

劉飛

摘 要：新疆地區(qū)幅員遼闊，南北疆各個(gè)季節(jié)氣候條件差異極大，為了確保各個(gè)季節(jié)氣候條件下雷達(dá)設(shè)備運(yùn)行保障正常，通過分析各個(gè)季節(jié)多發(fā)故障原因，提出了相應(yīng)的解決方案，為后續(xù)新裝雷達(dá)設(shè)備運(yùn)行保障給出借鑒。

關(guān)鍵詞：季節(jié)氣候；故障；雷達(dá)設(shè)備

中圖分類號(hào)：TN95 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）28-0091-02

引言

民航新疆空管局現(xiàn)有烏魯木齊Alenia一二次合裝雷達(dá)，烏魯木齊場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)、五家渠Indra單脈沖二次雷達(dá)，哈密、鄯善Indra S模式二次雷達(dá)五套雷達(dá)設(shè)備，安裝于南北疆不同地區(qū)。由于新疆地區(qū)各個(gè)季節(jié)災(zāi)害性天氣常發(fā)，容易對(duì)雷達(dá)運(yùn)行造成影響。本文通過分析各個(gè)季節(jié)不同地區(qū)雷達(dá)設(shè)備易發(fā)故障，提出相應(yīng)解決方案，以便為后期新裝雷達(dá)出現(xiàn)相似問題提供參考。

1 一次/場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)工作原理

一次/場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)天線發(fā)射射頻脈沖。當(dāng)射頻信號(hào)遇到目標(biāo)以后，其中的一部分能量向雷達(dá)站天線方向反射，通過天線進(jìn)入接收機(jī)。信號(hào)經(jīng)過雷達(dá)接收系統(tǒng)放大檢測(cè)等處理以后，用反射的回波信號(hào)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的存在，并可以提取目標(biāo)參數(shù)信息。

測(cè)距是基于光速不變的原理（光速C=3×108米）。由于射頻回波信號(hào)往返雷達(dá)和目標(biāo)之間，它滯后于所發(fā)射的探測(cè)脈沖時(shí)間為tr。以探測(cè)脈沖作為時(shí)間基準(zhǔn)，目標(biāo)和雷達(dá)站之間的斜距R為：

R=C×tr/2

由上式可見，對(duì)目標(biāo)的測(cè)距（系指斜距）和測(cè)時(shí)是一致的。由于雷達(dá)測(cè)量目標(biāo)的距離是斜距，它不能表示目標(biāo)對(duì)地面的投影到達(dá)雷達(dá)站的距離。當(dāng)雷達(dá)天線到目標(biāo)的斜線與水平面的夾角小于10°時(shí)，雷達(dá)所測(cè)的斜距近似等于目標(biāo)的投影到雷達(dá)站的距離（如圖2）。

對(duì)于監(jiān)視雷達(dá)而言，測(cè)角是指以正北方向?yàn)榛鶞?zhǔn)測(cè)量目標(biāo)與正北基準(zhǔn)之間的夾角，也就是目標(biāo)偏離正北方向的角度，也稱為方位角。監(jiān)視雷達(dá)的方位角一般由掃描天線主波束的指向所確定。天線在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，天線碼盤不間斷地向雷達(dá)數(shù)據(jù)處理設(shè)備送出天線主波束指向角的方位編碼，在錄取目標(biāo)的同時(shí)錄取天線的方位編碼，在理論上就能給出目標(biāo)的方位。

2 概述二次雷達(dá)工作原理

如圖4為二次監(jiān)視雷達(dá)工作原理圖。二次監(jiān)視雷達(dá)是由地面站（通常稱詢問機(jī)）通過天線的方向性波束發(fā)射頻率為1030MHz的一組詢問編碼（射頻）脈沖。當(dāng)天線的波束指向裝有機(jī)載應(yīng)答機(jī)飛行器飛行方向時(shí)，機(jī)載應(yīng)答機(jī)的天線接收這組詢問，通過應(yīng)答機(jī)接收系統(tǒng)檢測(cè)這組詢問編碼信號(hào)并判斷編碼信號(hào)的內(nèi)容，然后由機(jī)載應(yīng)答機(jī)發(fā)射頻率為1090MHz的一組約定的回答編碼（射頻）脈沖信號(hào)。地面詢問機(jī)接收這組回答編碼，通過地面詢問機(jī)的接收系統(tǒng)檢測(cè)并由視頻錄取器處理完成對(duì)目標(biāo)的距離、方位以及回答編碼等內(nèi)容的測(cè)量，最后形成目標(biāo)的點(diǎn)跡報(bào)告送到后續(xù)設(shè)備。由于完成目標(biāo)的定位是靠詢問、回答兩次有源輻射，定位是非自主式（詢問應(yīng)答式），所以稱為二次雷達(dá)。

3 春季假目標(biāo)多發(fā)情況分析

烏魯木齊、五家渠二次雷達(dá)在冬春交替季節(jié)極易出現(xiàn)虛假應(yīng)答目標(biāo)，且出現(xiàn)頻率很高，給管制員指揮工作帶來了一定干擾。通過統(tǒng)計(jì)分析出現(xiàn)假目標(biāo)的區(qū)域及時(shí)間，可以判斷為春季融雪晝夜交替凍冰后增大了地面反射率導(dǎo)致較為頻繁的出現(xiàn)雷達(dá)假目標(biāo)。烏魯木齊冬天多降雪，春季積雪融化，晝夜交替出現(xiàn)大片水冰凍結(jié)層。由于烏魯木齊地窩堡機(jī)場(chǎng)地勢(shì)較低，在市區(qū)南邊地勢(shì)較高區(qū)域水冰凍結(jié)層極易反射飛機(jī)應(yīng)答信號(hào)進(jìn)入雷達(dá)天線造成多徑干擾。對(duì)于此種情況，可以通過在相應(yīng)假目標(biāo)出現(xiàn)的區(qū)域提高雷達(dá)接收機(jī)檢測(cè)門限、提高GTC曲線等技術(shù)手段，大幅改善假目標(biāo)多發(fā)情況。

4 春秋季直流電源故障分析

鄯善位于天山山脈以南，緊鄰庫(kù)姆塔格沙漠，春秋季極易出現(xiàn)大風(fēng)揚(yáng)塵天氣，值班員每年春秋季換季維護(hù)期間都會(huì)對(duì)機(jī)房雷達(dá)設(shè)備進(jìn)行徹底除塵操作。由于災(zāi)害性沙塵天氣頻發(fā)，雖然機(jī)房已經(jīng)做了相關(guān)的防塵措施，但是經(jīng)過一段時(shí)間的不間斷運(yùn)行后，雷達(dá)機(jī)柜風(fēng)扇及直流電源模塊仍然會(huì)出現(xiàn)積灰嚴(yán)重現(xiàn)象，進(jìn)而影響風(fēng)扇出風(fēng)效率，直流電源模塊散熱效率下降。長(zhǎng)此以往運(yùn)行后，出現(xiàn)單通道直流電源故障。維修人員拆機(jī)維修相關(guān)部件時(shí)發(fā)現(xiàn)積灰情況，經(jīng)過分析確定為灰塵聚積影響直流模塊散熱導(dǎo)致的電源故障。

確定了故障原因，臺(tái)站值班人員提出了針對(duì)此項(xiàng)故障的預(yù)案：（1）春秋季換季維護(hù)時(shí)要檢查機(jī)房窗戶密封性問題，如有出現(xiàn)漏風(fēng)情況，及時(shí)處理。（2）大風(fēng)揚(yáng)塵天氣下要加強(qiáng)機(jī)房巡視，關(guān)緊門窗，拉好窗簾，防止外界灰塵進(jìn)入機(jī)房。（3）定期檢查設(shè)備風(fēng)扇運(yùn)行情況，如發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇異響、轉(zhuǎn)速下降等情況，及時(shí)更換。（4）定期對(duì)電源及風(fēng)扇模塊進(jìn)行除塵操作，保證設(shè)備散熱良好。

5 夏季編碼器故障分析[1]

鄯善雷達(dá)于2011年2月底開始進(jìn)行安裝調(diào)試工作，于5月完成校飛并投入試運(yùn)行工作。同年5月運(yùn)行后值班員巡視設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)編碼器信號(hào)失敗告警，持續(xù)一段時(shí)間后自動(dòng)恢復(fù)，后又連續(xù)出現(xiàn)類似情況，不影響雷達(dá)系統(tǒng)正常運(yùn)行。由于出現(xiàn)編碼器信號(hào)失敗告警，并且持續(xù)出現(xiàn)，初步判斷為編碼器故障損壞，對(duì)編碼器進(jìn)行更換，重新開機(jī)后，發(fā)現(xiàn)告警狀態(tài)消失，但是一段時(shí)間后告警情況再次出現(xiàn)，再次更換編碼器后告警現(xiàn)象類似。維護(hù)人員在對(duì)編碼器進(jìn)行更換時(shí)發(fā)現(xiàn)天線基座內(nèi)部雖然有溫控器控制風(fēng)扇可以對(duì)基座內(nèi)部空氣進(jìn)行對(duì)流降溫，但是每次打開基座箱門時(shí)仍然能感覺到基座箱內(nèi)部溫度明顯高于外界，經(jīng)過實(shí)際測(cè)量，當(dāng)天線罩內(nèi)溫度達(dá)到40攝氏度時(shí)，關(guān)閉天線基座箱門，基座內(nèi)部溫度可以提高到45度以上，這樣的高溫會(huì)對(duì)基座箱內(nèi)部的各個(gè)組件的運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響。

鄯善、哈密位于天山山脈以南地區(qū)，夏季室外最高氣溫可達(dá)45℃以上，天線基座內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，熱量不易散發(fā)，對(duì)編碼器的持續(xù)運(yùn)行嚴(yán)重影響，導(dǎo)致出現(xiàn)編碼器信號(hào)失敗告警。夏季通過打開基座箱門增加空氣對(duì)流降溫，可以有效緩解此類故障的出現(xiàn)。鄯善夏季氣溫高于哈密，在天線塔加裝空調(diào)設(shè)備后，可以進(jìn)一步杜絕此類故障的發(fā)生。

6 冬季天線旋轉(zhuǎn)部件異響分析

新疆地區(qū)冬季氣溫可低至-30℃以下，由于天線設(shè)備安裝于室外，雖然天線罩具有一定的防風(fēng)保溫作用，但是天線運(yùn)行環(huán)境溫度仍然很低。極低氣溫導(dǎo)致的熱脹冷縮現(xiàn)象影響天線旋轉(zhuǎn)部分的潤(rùn)滑效果，導(dǎo)致天線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)機(jī)械部分會(huì)有明顯異響。針對(duì)此種情況，可以通過適當(dāng)添加大盤黃油及馬達(dá)機(jī)油，增加天線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)機(jī)械部分的潤(rùn)滑效率，緩解異響情況。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹了新疆地區(qū)各個(gè)季節(jié)不同地區(qū)雷達(dá)設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)的多發(fā)故障，分析了其成因并給出了解決方案，進(jìn)一步增強(qiáng)了值班員針對(duì)此類問題的快速處理能力，為設(shè)備后期平穩(wěn)運(yùn)行保障打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉飛.Indra S模式二次雷達(dá)天線基座工作原理及故障淺析[J].民航科技，2015（6）：101-102.

[2]周維莉，曹江田，王雷雷.芻議如何搞好基層雷達(dá)裝備的安全防護(hù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（17）：78.

[3]高建平.關(guān)于二次雷達(dá)性能及模塊故障診斷系統(tǒng)的研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（11）：57.endprint