英德拉二次雷達(dá)目標(biāo)偏移分析處理

但強(qiáng)

摘 要：英德拉二次雷達(dá)在民航系統(tǒng)中使用較為廣泛，隨著投產(chǎn)時(shí)間增加，部分器件老化，在使用過(guò)程中出現(xiàn)了一些新的問(wèn)題。本文對(duì)英德拉二次雷達(dá)出現(xiàn)的目標(biāo)偏移現(xiàn)象進(jìn)行分析，從現(xiàn)場(chǎng)處置到設(shè)備維修，探討了導(dǎo)致目標(biāo)偏移的幾種可能因素，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和驗(yàn)證，給出了針對(duì)該現(xiàn)象分析和處理的方法。

關(guān)鍵詞：雷達(dá);相位;單脈沖表;旋轉(zhuǎn)鉸鏈

中圖分類號(hào)：TN974 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）18-0255-02

1 單脈沖測(cè)角簡(jiǎn)述

英德拉二次雷達(dá)是西班牙INDRA公司生產(chǎn)的具有S模式功能的單脈沖二次雷達(dá)，型號(hào)為20 MP/L MODE-S，該雷達(dá)使用單脈沖測(cè)角技術(shù)獲取目標(biāo)的方位信息。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，單脈沖測(cè)角技術(shù)獲取目標(biāo)方位需要三個(gè)要素，即天線波束指向角、目標(biāo)偏離瞄準(zhǔn)軸角度和符號(hào)信息。其中，天線波束指向角，可由天線碼盤給出。目標(biāo)偏離瞄準(zhǔn)軸角度，可使用歸一化差信號(hào)，通過(guò)和差比的幅值信息得出目標(biāo)偏離瞄準(zhǔn)軸的信息（OBA）。符號(hào)信息，即目標(biāo)相對(duì)于瞄準(zhǔn)軸偏左或偏右的信息，可通過(guò)測(cè)試和信號(hào)與差信號(hào)之間的相對(duì)相位關(guān)系來(lái)確定。圖1表示了目標(biāo)方位與天線波束指向角和偏離角度的關(guān)系，其中偏離角度（ΔAz）包含目標(biāo)偏離瞄準(zhǔn)軸角度和符號(hào)信息，所以可得：

目標(biāo)方位（Target Az）=天線波束指向角（Antenna Az）+ 偏離角度（ΔAz）。

2 英德拉二次雷達(dá)目標(biāo)角度計(jì)算

在雷達(dá)信號(hào)接收過(guò)程中，目標(biāo)產(chǎn)生的1090MHz應(yīng)答信號(hào)經(jīng)天線被和（Σ）、差（Δ）與控制（Ω）通道同時(shí)接收，經(jīng)射頻切換開(kāi)關(guān)和TRA單元，送往接收機(jī)。在接收機(jī)中，和信號(hào)與差信號(hào)送到單脈沖檢測(cè)器，由此得到單脈沖視頻信號(hào)。具體來(lái)講，目標(biāo)1090MHz應(yīng)答信號(hào)經(jīng)射頻放大、濾波，與1030MHz本振信號(hào)混頻，產(chǎn)生60MHz中頻信號(hào);60MHz中頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)中頻放大、中頻濾波，再經(jīng)GTC控制，而后和差（Σ/Δ）信號(hào)送到單脈沖檢測(cè)器，產(chǎn)生單脈沖視頻信息。

單脈沖檢波器接收Σ/Δ信號(hào)生成單脈沖視頻，最終以量化電壓值表示，單脈沖視頻有兩層含義：Σ/Δ信號(hào)的幅度比值表示目標(biāo)偏離天線瞄準(zhǔn)軸角度的大小，最終以單脈沖電壓值的大小來(lái)表示;Σ/Δ信號(hào)的電氣相位表示目標(biāo)位于天線瞄準(zhǔn)軸的左側(cè)或右側(cè)，最終以單脈沖電壓值的正/負(fù)來(lái)表示。

具體來(lái)看，在雷達(dá)本地監(jiān)控終端SLG上，由歸一化的差信號(hào)強(qiáng)度得出單脈沖表。單脈沖表是在雷達(dá)設(shè)置在常規(guī)模式下，錄取器對(duì)150個(gè)獨(dú)立無(wú)干擾目標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的平均值。單脈沖表中的數(shù)值，即量化電壓值，是數(shù)值化的單脈沖視頻與ACP脈沖數(shù)的關(guān)系，單位為1/4ACPs。量化電壓值的大小對(duì)應(yīng)目標(biāo)偏移瞄準(zhǔn)軸的角度的大小;量化電壓值前面+/-符號(hào)，即表示目標(biāo)位于天線瞄準(zhǔn)軸的左側(cè)或右側(cè)。

如圖2，最左列數(shù)值表示數(shù)字化單脈沖視頻，即量化電壓值;右邊數(shù)值對(duì)應(yīng)1/4ACP的個(gè)數(shù)，可以由此計(jì)算偏離角度。比如，量化電壓值+1024，對(duì)應(yīng)的1/4ACP個(gè)數(shù)為+146，計(jì)算可得ACP個(gè)數(shù)為+146*（1/4ACP）=+36.5ACP，則對(duì)應(yīng)角度計(jì)算為+36.5*360°/16384=+0.8°，即偏離角度為為+0.8°。由此可得，該目標(biāo)方位=天線波束指向角+0.8°。其中天線波束指向角可由編碼器直接得出，所以通過(guò)此計(jì)算即可得到目標(biāo)方位。

3 目標(biāo)偏移現(xiàn)象及分析處理

在雷達(dá)站維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生目標(biāo)偏移現(xiàn)象時(shí)，SLG無(wú)告警信息;機(jī)柜各模塊運(yùn)行正常，指示燈無(wú)告警;觀察VR3000目標(biāo)點(diǎn)跡不平滑，存在彎曲偏移現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)行中的設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，大致分為兩個(gè)階段處理：

（1）應(yīng)急處置階段：即按應(yīng)急手冊(cè)進(jìn)行操作的階段。該階段強(qiáng)調(diào)故障恢復(fù)的時(shí)效性，操作簡(jiǎn)便、流程固定。目標(biāo)偏移現(xiàn)象發(fā)生后，由于設(shè)備無(wú)任何告警信息，先后采取了切換雷達(dá)主備A/B通道、切換主備編碼器、切換工作模式、單通道重啟、單通道重置錄取器等操作，均未改善目標(biāo)偏移現(xiàn)象。

（2）設(shè)備維修階段：應(yīng)急處置無(wú)法恢復(fù)設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，即轉(zhuǎn)入設(shè)備維修階段。該階段通過(guò)現(xiàn)象分析、模塊測(cè)試、儀表測(cè)試等，判斷故障位置，排除故障。在一系列簡(jiǎn)單處理沒(méi)有效果后，需要采用更直接的維修手段。深入分析，硬件上，從應(yīng)答信號(hào)被天線接收以后整個(gè)通路，若某模塊出現(xiàn)故障，有可能影響目標(biāo)方位信號(hào)判斷處理;軟件上，SLG單脈沖表內(nèi)的值發(fā)生變化，也會(huì)影響目標(biāo)方位計(jì)算;符號(hào)位的判斷上，如果符號(hào)信息判斷有誤，也會(huì)產(chǎn)生目標(biāo)產(chǎn)生偏移現(xiàn)象。

硬件方面，1090MHz應(yīng)答信號(hào)經(jīng)天線至機(jī)柜頂端進(jìn)入，依次經(jīng)過(guò)TRA、MRU、MEX（MCPU/MICA02/MICA03）單元。在維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)維護(hù)通道分別使用性能良好的備件更換通路中的各板件，切機(jī)觀察目標(biāo)偏移的現(xiàn)象并未改善，由此可排除機(jī)柜內(nèi)模塊故障導(dǎo)致目標(biāo)偏移的可能性。軟件方面，若單脈沖表里面的值出現(xiàn)問(wèn)題，可通過(guò)重新生成單脈沖表進(jìn)行糾正。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，無(wú)法重新生成單脈沖表。還有一種可能就是符號(hào)位的判斷問(wèn)題，符號(hào)信息是和信號(hào)與差信號(hào)之間的相對(duì)相位關(guān)系來(lái)確定，應(yīng)考慮和差相位關(guān)系是否出現(xiàn)了問(wèn)題。

進(jìn)一步向上端排查機(jī)柜頂端至天線部分。英德拉雷達(dá)在機(jī)柜頂端和通道（Σ）與差通道（Δ）的相位關(guān)系是一定的，正常情況下，應(yīng)當(dāng)是Σ-Δ=90°（容差±10°）。因此，維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)機(jī)柜至天線端各通道的駐波及相位進(jìn)行了測(cè)量。

分別測(cè)量Σ/Ω/Δ三通道從機(jī)柜頂端至天線駐波比，測(cè)量結(jié)果VSWR值均小于1.5，處于正常范圍。在天線基座上端，分別對(duì)Σ與Ω，Δ與Ω，用射頻線纜短接形成回路，分別測(cè)量Σ+Ω，Δ+Ω兩段的相位，再將兩結(jié)果相減，即可得到Σ-Δ相位差?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量Σ-Δ=-189°，與正常值Σ-Δ=90±10°不符。測(cè)量結(jié)果表明和差通道相位差不正常，由此可初步判斷和差相位差不正常導(dǎo)致目標(biāo)偏移。

和差通道相位差不正常，在設(shè)備安裝時(shí)可通過(guò)切割機(jī)柜頂至天線的線纜實(shí)現(xiàn)。由于現(xiàn)場(chǎng)預(yù)留線纜較短，割線纜可能導(dǎo)致線纜兩端長(zhǎng)度不夠無(wú)法連接。經(jīng)分析，調(diào)整和差相位，除了對(duì)線纜進(jìn)行切割以外，也可以通過(guò)增加一段線纜或者增加N型轉(zhuǎn)接頭實(shí)現(xiàn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次測(cè)試調(diào)整，最終使得機(jī)柜頂至天線部分的和差相位調(diào)整為Σ-Δ=84.5°，恢復(fù)正常范圍。此時(shí)，SLG上也可重新生成單脈沖表，觀察VR3000目標(biāo)偏移現(xiàn)象得到改善，航線上目標(biāo)點(diǎn)跡平滑。

繼續(xù)查找導(dǎo)致和差相位關(guān)系變化的根本原因。相位測(cè)量回路已經(jīng)甩開(kāi)了天線部分，整個(gè)測(cè)量回路只有旋轉(zhuǎn)鉸鏈和三通道射頻電纜及電纜頭。因此，測(cè)量的和差通道相位差不正常只有兩種可能性，一種是射頻線纜或射頻頭出現(xiàn)松動(dòng)或彎折等導(dǎo)致相位變化，經(jīng)檢查排除了此種可能性;另外就是旋轉(zhuǎn)鉸鏈內(nèi)和差相位關(guān)系有問(wèn)題。所以進(jìn)一步使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量旋轉(zhuǎn)鉸鏈的相位及駐波比，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)還測(cè)量了一件完好的旋轉(zhuǎn)鉸鏈備件以作參照，對(duì)比結(jié)果如表1。

正常情況下，旋轉(zhuǎn)鉸鏈的和差通道的相位應(yīng)當(dāng)是配平的，即Σ-Δ=0°;現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果也驗(yàn)證了這一點(diǎn)，測(cè)得完好的旋轉(zhuǎn)鉸鏈備件Σ-Δ相位為0.11°，接近于0°。而正在使用的旋轉(zhuǎn)鉸鏈Σ-Δ=74.40°，此可判斷旋轉(zhuǎn)鉸鏈故障。由于旋轉(zhuǎn)鉸鏈為精密密封器件，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法拆卸處理，只得更換旋轉(zhuǎn)鉸鏈備件。更換備件后，目標(biāo)偏移現(xiàn)象消失。因此，旋轉(zhuǎn)鉸鏈內(nèi)部和差通道相位差不正常，是導(dǎo)致目標(biāo)偏移現(xiàn)象發(fā)生的原因。

4 結(jié)語(yǔ)

雷達(dá)設(shè)備維護(hù)是一項(xiàng)長(zhǎng)期而復(fù)雜的任務(wù)，從建設(shè)投產(chǎn)至長(zhǎng)期使用的過(guò)程中，會(huì)遇到各種問(wèn)題，特別是在雷達(dá)監(jiān)控終端無(wú)告警提示的情況，排查更加困難。本文針對(duì)維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的目標(biāo)偏移現(xiàn)象，簡(jiǎn)單介紹了英德拉二次雷達(dá)目標(biāo)角度計(jì)算方法，再?gòu)默F(xiàn)象判斷、結(jié)構(gòu)分析、操作驗(yàn)證、測(cè)試測(cè)量等方面，較為詳細(xì)的還原了維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的分析和處理過(guò)程。最后希望本文能夠?qū)τ⒌吕走_(dá)設(shè)備維護(hù)人員有所幫助和借鑒，共同保障雷達(dá)設(shè)備安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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