烏魯木齊TERMA場面監(jiān)視雷達(dá)維修案例分析

何剛

摘? 要：隨著新疆民航空管事業(yè)快速發(fā)展，烏魯木齊機(jī)場的飛行流量的快速增長，管制部門對(duì)于機(jī)場場面的監(jiān)視設(shè)備的依賴程度也越來越大，從而對(duì)場面監(jiān)視雷達(dá)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性提出了更高的要求。由于目前烏魯木齊機(jī)場只有一臺(tái)場面監(jiān)視雷達(dá)，缺乏冗余配置，且已連續(xù)運(yùn)行近五年，即將進(jìn)入硬件故障高發(fā)期，因此如何在硬件發(fā)生故障時(shí)，盡快使其恢復(fù)正常運(yùn)行，是目前乃至今后設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的主要側(cè)重點(diǎn)。文章介紹丹麥TERMA公司SCANTER2001場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)的組成及數(shù)據(jù)處理流程，通過對(duì)該雷達(dá)在烏魯木齊現(xiàn)場曾出現(xiàn)的幾起故障案例進(jìn)行分析和總結(jié)，提煉出了該套雷達(dá)在正常運(yùn)行和使用維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，從而提高了維護(hù)人員的技術(shù)水平，保證機(jī)場場面的安全。

關(guān)鍵詞：場面監(jiān)視雷達(dá);Terma;分析

中圖分類號(hào)：V351? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）26-0058-03

Abstract： With the rapid development of air traffic control of civil aviation in Xinjiang and the rapid growth of flight flow at Urumqi airport， the control departments are becoming more and more dependent on scene surveillance radar. As a result， higher requirements are posed for the stability of the operation of the surface detection radar equipment. At present， Urumqi airport has only one surface detection radar， lacks redundant configuration， has been operating continuously for nearly five years， and is about to enter a period of high incidence of hardware failures， so how to restore its normal operation as soon as possible in the event of a hardware failure is the main focus of equipment operation and maintenance at present and even in the future. This paper introduces the composition and data processing flow of the SCANTER2001 scene surveillance radar system of TERMA Company in Denmark. Through the analysis and summary of several fault cases of the radar in Urumqi， the experience of normal operation and maintenance of the radar is extracted， so as to improve the technical level of the maintenance personnel and ensure the safety of the airport surface.

Keywords： scene surveillance radar; Terma; analysis

引言

由于烏魯木齊機(jī)場T3航站樓的建設(shè)遮擋了塔臺(tái)管制員的部分視線，新疆空管局為了幫助塔臺(tái)管制員指揮地面滑行飛機(jī)，引進(jìn)了一部X波段場面監(jiān)視雷達(dá)。該雷達(dá)為丹麥TERMA公司，型號(hào)為SCANTER2001。由該雷達(dá)作為主要監(jiān)視源的烏魯木齊場面監(jiān)視自動(dòng)化系統(tǒng)于2014年5月建設(shè)完成并投入運(yùn)行。2016年隨著機(jī)場二跑道項(xiàng)目的實(shí)施，原建于跑道北邊的場監(jiān)雷達(dá)搬遷至塔臺(tái)頂部。地面監(jiān)視雷達(dá)主要用于監(jiān)視機(jī)場場面內(nèi)飛機(jī)活動(dòng)區(qū)域內(nèi)的地面飛機(jī)和車輛的活動(dòng)，如跑道，滑行道，接觸道路和T3終端。它的天線仰角為負(fù)數(shù)，垂直波瓣圖具備反余割平方特性，以保證該雷達(dá)的目標(biāo)為地面目標(biāo)。X波段SCANTER 2001監(jiān)視雷達(dá)的數(shù)據(jù)刷新率為1秒更新一次，該雷達(dá)天線的水平波束非常窄，故方位分辨率較高。特別是在雨，霧等惡劣天氣條件下，該設(shè)備也可以提供可靠的服務(wù)，目前該設(shè)備業(yè)已成為機(jī)場場面不可或缺的監(jiān)視設(shè)備。但是，該設(shè)備運(yùn)行至今也曾出現(xiàn)過各種各樣的故障，給管制工作帶來了隱患。筆者對(duì)該設(shè)備故障排除方面的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了一些分析和總結(jié)，以進(jìn)一步提高未來工作中的維護(hù)設(shè)備水平。

1 設(shè)備現(xiàn)狀

場面監(jiān)視雷達(dá)主要由天線子系統(tǒng)和收發(fā)機(jī)子系統(tǒng)組成。場監(jiān)雷達(dá)的收發(fā)機(jī)采用了雙通道冗余配置的方式，即系統(tǒng)采用了雙通道互為備份，而每個(gè)通道都有兩個(gè)收發(fā)機(jī)。這兩個(gè)收發(fā)機(jī)采用頻率分集的工作方式（9.170GHz，和9.438GHz）。該雷達(dá)共用1套天線和天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。雷達(dá)接收機(jī)系統(tǒng)獲取目標(biāo)的視頻信號(hào)，通過視頻傳輸線分別輸出至2臺(tái)冗余配置的雷達(dá)頭處理器（RDP）設(shè)備。RDP將對(duì)接收的雷達(dá)視頻信號(hào)進(jìn)行處理，并通過交換機(jī)以網(wǎng)絡(luò)方式發(fā)送到航管樓終端數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，最終提供給塔臺(tái)管制部門使用。烏魯木齊場面監(jiān)視雷達(dá)設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。

頻率分集是指將兩個(gè)不同頻率的信號(hào)分別進(jìn)行發(fā)送和接收。頻率分集處理技術(shù)對(duì)目標(biāo)的幅度衰減較快、目標(biāo)不連續(xù)以及垂直波差等情況改善明顯，提高了目標(biāo)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。此外，利用頻率分集技術(shù)可以使雷達(dá)的性能顯著提升，其探測性能要明顯強(qiáng)于單頻率場面監(jiān)視雷達(dá)。

TERMA廠家號(hào)稱其場監(jiān)雷達(dá)使用了“真頻率分級(jí)”，

是指：

（1）在每個(gè)雷達(dá)的脈沖重復(fù)周期期間，目標(biāo)被兩個(gè)不同頻率的脈沖探測，場面目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)的概率要比單頻率雷達(dá)優(yōu)良。

（2）該雷達(dá)的接收器動(dòng)態(tài)范圍較大，可以處理不同類型、不同大小的目標(biāo)。因此在各種不同的復(fù)雜天氣因素下，該雷達(dá)依舊可以提供清晰的目標(biāo)圖像，避免脈沖擴(kuò)展，提高雷達(dá)的信雜比，因此可以將目標(biāo)與雜波分離。

（3）雷達(dá)的靈敏度較高，可以在雷達(dá)作用的所有區(qū)域和方向上提供最合適的探測。

（4）如該雷達(dá)的信號(hào)處理算法適當(dāng)，可以對(duì)目標(biāo)的速度進(jìn)行優(yōu)化，避免丟失快速目標(biāo)。

2 調(diào)制器故障

場面監(jiān)視雷達(dá)中調(diào)制器的主要作用是產(chǎn)生磁控管所需要高壓及燈絲電源;并通過連接TC3處理板監(jiān)測并控制磁控管的工作狀態(tài)。

2.1 故障現(xiàn)象

場監(jiān)2號(hào)機(jī)即TX/RX2#的A路沒有前項(xiàng)功率，視頻處理卡（VP3）模塊顯示無視頻輸入告警。技術(shù)人員手動(dòng)將工作通道由“TxRx1”切換為“TxRx2”時(shí)，發(fā)現(xiàn)維護(hù)顯示終端（RTCMC）上提示receiver A模塊“AFC high tune”告警，VP3模塊 “Digital Video input Ch.A Input trigger Ch.A Fall back to Ch.B”告警， 該通道無法加輻射。此時(shí)TxRx1的B通道工作正常，場監(jiān)雷達(dá)仍能提供信號(hào)。

2.2 故障分析與排除過程

維護(hù)人員首先重啟TxRx2通道后，將TxRx2設(shè)置為主用通道，并置“Tx”為On狀態(tài)（即打開通道2的輻射），故障現(xiàn)象依舊;據(jù)此維護(hù)人員排除了天線公共部分的故障，初步判斷故障點(diǎn)在2通道的磁控管或是調(diào)制器。查看2通道的工作檢查記錄，發(fā)現(xiàn)A路磁控管的前項(xiàng)功率為18.7kW，發(fā)射累積工作時(shí)間為6538小時(shí);工作現(xiàn)場沒有大的改變，不存在磁控管因磁化而損壞的可能，所以它的功率不太可能會(huì)突然下降為0。磁控管正常工作情況下，輸出功率下降是一個(gè)緩慢的過程，功率一般不會(huì)突然變?yōu)?;此外，磁控管理論上的發(fā)射壽命可以達(dá)到15000小時(shí)，而該磁控管只工作了6000多小時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)壽命。基于上述這兩點(diǎn)，維護(hù)人員判斷磁控管故障的可能性很小。維護(hù)人員隨后繼續(xù)觀察設(shè)備自檢時(shí)各個(gè)系統(tǒng)子模塊測量值，發(fā)現(xiàn)調(diào)制器A的開關(guān)溫度較平時(shí)稍高，而且上升速率較快，很快將要達(dá)到告警門限。查看調(diào)制器內(nèi)部連接圖如圖2所示，判斷為固態(tài)電源開關(guān)已被擊穿，因此調(diào)制器無法給速調(diào)管提供驅(qū)動(dòng)電源，致使磁控管無功率輸出，導(dǎo)致系統(tǒng)提示Forward power告警。由于調(diào)制器為全固態(tài)模塊，無法更換其內(nèi)部的電子元器件，只能進(jìn)行整機(jī)更換為備件。更換備件后，發(fā)現(xiàn)雷達(dá)的原始視頻回復(fù)正常、功率測量值也恢復(fù)正常，而系統(tǒng)自檢時(shí)，調(diào)制器A的溫度告警也顯示溫度正常，系統(tǒng)告警消失，設(shè)備恢復(fù)正常。

2.3 故障小結(jié)

設(shè)備故障排除應(yīng)遵照先易后難的原則，經(jīng)過一系列部件替換測試法，最終判斷為Modulator故障導(dǎo)致無法對(duì)磁控管加高壓，導(dǎo)致TxRx2的A通道失效，該通道的磁控管與接收機(jī)組件均完好。

由于場監(jiān)雷達(dá)發(fā)射機(jī)部分主備通道為冷備份，即備用通道不發(fā)射射頻信號(hào)，因此自檢系統(tǒng)無法判斷備用通道發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)，因此雷達(dá)主備通道需定期切換測試，以掌握備用通道的工作狀態(tài)。在日常運(yùn)行中，應(yīng)定期切換主備用通道，使兩通道性能盡量保持一致，避免性能差異導(dǎo)致切換通道后信號(hào)質(zhì)量下降。

3 RDP案例分析

RDP是雷達(dá)頭處理器的簡稱，它主要是將來自VP3處理的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)進(jìn)行點(diǎn)跡和航跡處理，并通過網(wǎng)絡(luò)輸出給場監(jiān)融合自動(dòng)化系統(tǒng)特定格式的雷達(dá)信息。

3.1 故障現(xiàn)象

場監(jiān)雷達(dá)維護(hù)顯示終端（CMS）系統(tǒng)上出現(xiàn)了雷達(dá)頭處理服務(wù)器（RDP01）次要告警，查看RDP內(nèi)部監(jiān)控模塊，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)提示為硬盤（DISK）模塊告警。

3.2 故障分析與排除過程

（1）遠(yuǎn)程登錄至該服務(wù)器主機(jī)，使用命令查看主機(jī)的硬盤發(fā)現(xiàn)磁盤的使用率為94%。磁盤使用率業(yè)已超過了系統(tǒng)對(duì)磁盤余量的設(shè)置的上限（10%）。故初步斷定為磁盤余量過低導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)了硬盤告警。

（2）維護(hù)人員利用操作命令，查看硬盤上的文件結(jié)構(gòu)，并將其與沒有告警的RDP02主機(jī)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)RDP01服務(wù)器對(duì)的系統(tǒng)文件夾/home/hittsys中多了兩個(gè)core文件，每個(gè)文件大小均為3G左右，占用了硬盤容量的60%。

（3）將上述兩個(gè)文件備份至U盤后，刪除這兩個(gè)core文件后，磁盤余量恢復(fù)為正常值，系統(tǒng)的告警也消失。

維護(hù)人員查閱相關(guān)技術(shù)資料發(fā)現(xiàn)：core文件一般是當(dāng)操作系統(tǒng)程序運(yùn)行崩潰時(shí)，系統(tǒng)將當(dāng)時(shí)的內(nèi)存進(jìn)行存儲(chǔ)，并映射為core文件。如當(dāng)操作系統(tǒng)程序出現(xiàn)段錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)核會(huì)發(fā)送SIGSEGV信號(hào)給主程序，使主程序產(chǎn)生中斷，并把該程序的內(nèi)存寫入到core文件進(jìn)行保存。因此core文件中只是程序的內(nèi)存映像，刪除該文件不會(huì)對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。系統(tǒng)維護(hù)工程師可以使用Linux的gdb工具來查看及調(diào)試core文件，以了解系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因。

3.3 故障小結(jié)

場面監(jiān)視雷達(dá)的服務(wù)器正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)盤的容量是可以能夠滿足運(yùn)行要求，但需要定期（建議為兩個(gè)月）對(duì)服務(wù)器的硬盤容量進(jìn)行檢查，并進(jìn)行相應(yīng)登記，以便定期對(duì)比分析。當(dāng)系統(tǒng)盤余量達(dá)到20%以下時(shí)，維護(hù)人員需要密切關(guān)注該服務(wù)器的硬盤使用情況，及時(shí)將無用文件移出磁盤，以便進(jìn)行分析。此外，Linux操作時(shí)必須按照廠家提供的技術(shù)手冊(cè)進(jìn)行操作，避免因錯(cuò)誤操作而產(chǎn)生各類大容量的無用文件。

4 天線電機(jī)故障

TERMA場面監(jiān)視雷達(dá)天線采用了單2.2kW三相電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，故如果該電機(jī)出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無法工作。

4.1 故障現(xiàn)象

場監(jiān)雷達(dá)CMS系統(tǒng)主用通道調(diào)試器A、B安全環(huán)路開環(huán)告警（safety loop open），母版及電源顯示電機(jī)控制告警（motor control），電機(jī)控制器模塊顯示過流、輕載及接地告警（overcur. underload. earth fault）。

4.2 故障分析與排除過程

（1）維護(hù)人員首先檢查安全環(huán)路各個(gè)連接接頭，發(fā)現(xiàn)安全環(huán)路開關(guān)內(nèi)接地線纜頭接地屏蔽線接觸不良，重新制作接地線纜頭，恢復(fù)設(shè)備連線后安全環(huán)路告警消除。

（2）設(shè)備重新開機(jī)后天線運(yùn)轉(zhuǎn)幾圈后停止，無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，且CMS系統(tǒng)告警提示過流保護(hù)。維護(hù)人員對(duì)天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，推動(dòng)天線正常旋轉(zhuǎn)，天線結(jié)構(gòu)無明顯異響，對(duì)天線水平進(jìn)行測量，天線大盤及天線均處于水平狀態(tài)。

（3）檢查天線驅(qū)動(dòng)電機(jī)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)兩側(cè)溫度較高，對(duì)電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)加電測試，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不均衡，線圈發(fā)燙，軸承有偏位現(xiàn)象，判定驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障導(dǎo)致天線無法正常啟動(dòng)。

（4）將新電機(jī)直接連接原有電機(jī)的電纜，對(duì)比兩電機(jī)噪音及運(yùn)轉(zhuǎn)情況，確認(rèn)舊電機(jī)故障。

（5）對(duì)場監(jiān)雷達(dá)進(jìn)行更換電機(jī)，加注機(jī)油，開機(jī)后設(shè)備告警消除，天線正常啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，開啟輻射設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行。

4.3 故障小結(jié)

TERMA場面監(jiān)視雷達(dá)只配備了一個(gè)電機(jī)，該電機(jī)全年24小時(shí)不中斷運(yùn)行是設(shè)備故障的一個(gè)隱患點(diǎn)。該雷達(dá)輻射信號(hào)頻率高，管制工作又對(duì)其十分依賴，故無法隨時(shí)隨地的對(duì)其進(jìn)行檢測維護(hù)，維護(hù)人員只能充分利用設(shè)備換季維護(hù)等維護(hù)機(jī)會(huì)，密切觀察電機(jī)、齒輪箱等部件的運(yùn)行狀況，此外可以利用兆歐表對(duì)電機(jī)的繞組進(jìn)行檢測。

5 結(jié)束語

設(shè)備的故障排除需要利用告警日志消息、實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)、設(shè)施設(shè)備原理圖、以及故障排除手冊(cè)。場面監(jiān)視雷達(dá)設(shè)備的技術(shù)手冊(cè)不是很齊全，因此可以利用工具書及故障排除手冊(cè)來確定故障點(diǎn)。此外需要對(duì)場面監(jiān)視雷達(dá)進(jìn)行定期的巡檢，記錄設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，充分了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以備排故時(shí)進(jìn)行對(duì)比分析。此外，場面監(jiān)視雷達(dá)由于安裝在室外，需要定期對(duì)其進(jìn)行清潔保養(yǎng)，確保其工作性能處于最佳狀態(tài)。目前Terma場面監(jiān)視雷達(dá)在國內(nèi)民航系統(tǒng)上應(yīng)用得越來越多，筆者希望本文能給其他同行予以借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]Steven Michael C. Secondary surveillance radar[M]. Artech House Boston and London. 1988.

[2]丁鷺飛.雷達(dá)原理[M].電子工業(yè)出版社，2014.