合肥Indra二次雷達(dá)編碼器信號(hào)告警排除實(shí)例

摘要：民航安徽分局所轄合肥Indra二次雷達(dá)，是一部采購(gòu)于西班牙Indra公司，型號(hào)為IRS-20MP/L 2NA型的S模式單脈沖二次雷達(dá)。該雷達(dá)于2017年正式投入運(yùn)行，為合肥機(jī)場(chǎng)和空域提供監(jiān)視覆蓋保障。2020年8月份以來，該部雷達(dá)間歇性無規(guī)律的出現(xiàn)編碼器信號(hào)告警，技術(shù)人員通過多方排查，最后找出了故障原因，成功排除了告警。此次告警的原因非常罕見，本文就此型號(hào)雷達(dá)編碼器的工作原理、信號(hào)流程和此次告警排除的思路、過程、技術(shù)分析等做相關(guān)介紹。

關(guān)鍵詞：二次雷達(dá);編碼器;干擾

一、Indra二次雷達(dá)編碼器簡(jiǎn)介

（一）工作原理

合肥Indra二次雷達(dá)的編碼器，采購(gòu)于AMOSIN公司，分為測(cè)量尺和掃描頭兩個(gè)部分，基于純感應(yīng)原理工作。測(cè)量尺是不銹鋼帶，用了光刻技術(shù)在其上蝕刻可變磁阻的高精度定期刻度，同時(shí)用了微多層技術(shù)在基板上實(shí)現(xiàn)具有在測(cè)量方向上對(duì)齊的多個(gè)線圈的線圈結(jié)構(gòu)。掃描頭內(nèi)部有線圈感應(yīng)單元以及信號(hào)處理部分，掃描頭和測(cè)量尺之間在測(cè)量方向上的相對(duì)角運(yùn)動(dòng)會(huì)周期性地更改各個(gè)線圈的互感，從而生成兩個(gè)相位差為90°的正弦信號(hào)，通過信號(hào)調(diào)理評(píng)估以正弦波或方波信號(hào)形式提供增量輸出。除周期性正交信號(hào)（A，B及其反相信號(hào)）外，還輸出參考信號(hào)（RI及其反向信號(hào)）以確定絕對(duì)位置。該信號(hào)由集成到測(cè)量尺中的單個(gè)或多個(gè)參考標(biāo)記生成，不需要任何其他部件。在二次雷達(dá)系統(tǒng)中，A、B及其反相信號(hào)經(jīng)進(jìn)一步處理即可得到ACP_A、ACP_B信號(hào)，RI及其反向信號(hào)經(jīng)進(jìn)一步處理即可得到ARP信號(hào)。

（二）信號(hào)流程

合肥Indra二次雷達(dá)有兩個(gè)編碼器，兩個(gè)編碼器的測(cè)量尺是公用部分，呈圓形，與天線基座轉(zhuǎn)動(dòng)部分中間連接，跟隨天線以4秒一圈的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)掃描頭分別位于測(cè)量尺兩側(cè)，相隔約180°。天線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定的掃描頭就和轉(zhuǎn)動(dòng)的測(cè)量尺產(chǎn)生相對(duì)角運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生編碼器的輸出信號(hào)。每一路編碼器信號(hào)以RS-422串口傳輸形式引出，依次經(jīng)過掃描頭供電盒、塔頂防雷器，沿天線塔向下進(jìn)入設(shè)備機(jī)房室內(nèi)，再依次經(jīng)過室內(nèi)防雷器、天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制箱（PCB）、詢問機(jī)柜PAN分別至雙通道MICE02。MICE02對(duì)送下來的增量信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和處理，最終得到雷達(dá)所需要的ACP_A、ACP_B和ARP信號(hào)。

編碼器的供電則由天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制箱（PCB）內(nèi)的24V直流電源模塊引出，經(jīng)過掃描頭供電盒內(nèi)的DC-DC電源轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換至5V電源，供給編碼器掃描頭工作。

二、告警現(xiàn)象

2020年8月以來，合肥INDRA二次雷達(dá)間歇性出現(xiàn)告警，本地監(jiān)控主機(jī)SLG顯示告警信息：“ACP_A and ACP_B signal failure in Enconder#1”，此時(shí)某一通道（或雙通道同時(shí)）MICE02模塊變橙色，ACP 1變橙色，2秒后自動(dòng)恢復(fù)正常，出現(xiàn)頻次較高;另外，還有告警信息顯示：“Incorrect Number of ACP Pulses per Scan in Encoder #1 ”，某一通道（或雙通道同時(shí)）MICE02模塊變橙色，ARP 1變紅色，2秒后自動(dòng)恢復(fù)正常，出現(xiàn)頻次較低。因INDRA二次雷達(dá)有2個(gè)編碼器，冗余備份，各自有單獨(dú)的信號(hào)鏈路。此次告警為編碼器1的告警，編碼器2正常，所以未對(duì)雷達(dá)信號(hào)輸出造成影響。但由于告警短暫且時(shí)間不規(guī)律，排查工作有一定難度。

三、告警排查過程

首先，我們?cè)诟婢l次較高的時(shí)候?qū)CP和ARP信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，Indra雷達(dá)前面板測(cè)試點(diǎn)有歸一化的ACP_A、ACP_B及ARP信號(hào)的測(cè)試點(diǎn)，技術(shù)人員手動(dòng)將編碼器選擇至編碼器1，用計(jì)數(shù)器在測(cè)試點(diǎn)測(cè)量一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的ACP信號(hào)個(gè)數(shù)，正常應(yīng)為16384個(gè)，而在告警時(shí)測(cè)得的值卻有概率出現(xiàn)超出16384個(gè)。對(duì)編碼器的供電電壓進(jìn)行檢查，PCB內(nèi)的24V直流供電模塊的輸出為23.64V，打開掃描頭供電盒，DC-DC電源轉(zhuǎn)換器的輸出為4.96V穩(wěn)定不變，供電電壓均在正常范圍內(nèi)。

其次，我們對(duì)整個(gè)的編碼器信號(hào)鏈路進(jìn)行常規(guī)物理檢查后，未發(fā)現(xiàn)接口松動(dòng)或線纜破損的情況，考慮到信號(hào)鏈路上的避雷器可能會(huì)對(duì)信號(hào)造成衰減，將編碼器上的信號(hào)避雷器去除，發(fā)現(xiàn)告警依舊，至此排除了避雷系統(tǒng)的影響。

在上述常規(guī)檢查未找出原因后，我們采取從下至上、逐節(jié)排查的方法，依次調(diào)換編碼器1和2的信號(hào)連接線纜，觀察告警是否發(fā)生轉(zhuǎn)移，進(jìn)行故障鎖定和故障定位。首先調(diào)換機(jī)柜PAN板輸入的兩個(gè)編碼器信號(hào)線纜，告警發(fā)生了轉(zhuǎn)移，編碼器1信號(hào)正常，編碼器2出現(xiàn)了告警，因此定位故障點(diǎn)在此往上;恢復(fù)上述接線后接著對(duì)調(diào)PCB輸入兩個(gè)編碼器信號(hào)線纜，告警還是轉(zhuǎn)移至編碼器2，所以繼續(xù)向上尋找故障點(diǎn);恢復(fù)上述接線后，在塔頂調(diào)換掃描頭輸出端的編碼器線纜，告警依舊轉(zhuǎn)移，這時(shí)基本確定了下方線纜是正常的，故障仍在上一級(jí);恢復(fù)上述接線后，繼續(xù)調(diào)換兩個(gè)編碼器掃描頭的輸出線纜，告警還是發(fā)生了轉(zhuǎn)移，排除了掃描頭配電盒內(nèi)部故障，至此將信號(hào)告警的源頭定位到了編碼器上。

我們更換了編碼器1的掃描頭，發(fā)現(xiàn)告警仍然存在。嘗試了更換不同的備件掃描頭，以及調(diào)整掃描頭的安裝位置，告警依舊。至此排除了掃描頭的故障。

信號(hào)鏈路上目前只剩編碼器測(cè)量尺未進(jìn)行更換確認(rèn)了，但由于編碼器測(cè)量尺是無源器件，外觀上來看沒有任何損壞痕跡，而且測(cè)量尺拆卸安裝時(shí)需要非常精密，位置和水平不能出現(xiàn)偏差，目前沒有任何拆卸和安裝經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員來說是相當(dāng)困難的。其次由于編碼器測(cè)量尺是兩個(gè)編碼器的公共部分，而目前只有一個(gè)編碼器信號(hào)發(fā)生告警，所以我們認(rèn)為測(cè)量尺損壞的可能性是非常低的。

根據(jù)排故由易到難的原則，我們開始考慮信號(hào)鏈路以外的故障因素，總結(jié)排查過程中的發(fā)現(xiàn)，雷達(dá)運(yùn)行中不開啟輻射或者輻射模式為A/C模式的情況下，編碼器不發(fā)生告警，只有在詢問策略中包含S模式選呼的情況下，才產(chǎn)生編碼器告警。因此我們懷疑雷達(dá)射頻輻射通路出現(xiàn)問題，但通過雷達(dá)本地監(jiān)控來看，射頻輻射通路并沒有任何告警，使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量雷達(dá)Σ、Δ、Ω三個(gè)射頻通道在頻率1030Mhz和1090Mhz時(shí)的VSWR數(shù)值，均小于1.5，在正常范圍內(nèi)。由于射頻通道旋轉(zhuǎn)鉸鏈上方正好穿過編碼器測(cè)量尺，我們最后還是決定對(duì)此處做拆卸檢查，拆卸下后發(fā)現(xiàn)其上端至天線的三根射頻線纜接頭均有不同程度的松動(dòng)，在重新擰緊恢復(fù)后，開啟設(shè)備，編碼器信號(hào)告警未再出現(xiàn)。

四、技術(shù)分析

通過一系列的排查，基本可以確認(rèn)是射頻旋轉(zhuǎn)鉸鏈上端的接口松動(dòng)導(dǎo)致射頻信號(hào)泄露，影響了編碼器的信號(hào)。目前國(guó)內(nèi)二次雷達(dá)使用的編碼器從工作原理上主要分光電式、磁電式和觸點(diǎn)電刷式等幾種，而采用磁電式編碼器的雷達(dá)為數(shù)不多，同時(shí)射頻通道在編碼器內(nèi)部穿過的設(shè)計(jì)也比較少見，目前主要是Indra這一批次的二次雷達(dá)系統(tǒng)。此類依據(jù)互感原理設(shè)計(jì)的編碼器，應(yīng)該要考慮對(duì)電磁干擾的屏蔽設(shè)計(jì)。實(shí)際上Indra二次雷達(dá)使用的編碼器在外部確有金屬保護(hù)蓋，防止灰塵以及起到電磁屏蔽的效果，然而此型號(hào)的Indra二次雷達(dá)在設(shè)計(jì)上卻讓射頻通道在內(nèi)部穿過了編碼器結(jié)構(gòu)，若射頻信號(hào)泄露，在如此近距離情況下，編碼器是未完全受到電磁屏蔽的，射頻信號(hào)引起的高功率的電磁場(chǎng)會(huì)影響到了編碼器掃描頭內(nèi)的線圈感應(yīng)，導(dǎo)致輸出波形異常，進(jìn)而導(dǎo)致雷達(dá)檢查編碼器信號(hào)異常。

五、結(jié)束語

此次告警的原因是非常罕見的，今后在此類編碼器信號(hào)告警排除時(shí)應(yīng)不僅僅拘于表象，也要考慮到內(nèi)外部電磁干擾的因素。這對(duì)采用相同編碼器設(shè)計(jì)的雷達(dá)系統(tǒng)也具有一定的借鑒意義，同時(shí)通過此次排查過程，也提醒了對(duì)于我們?cè)O(shè)備維護(hù)人員來說，只有熟悉雷達(dá)每個(gè)部件的工作原理，才能拓展排故思路，解決非常規(guī)的告警問題，更好地做好設(shè)備維護(hù)保障工作。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] INDRA MSSR Technical manual 0018110000901MA02_A_0_PED_MTM [Z].Spain.INDRA.2015

[2] Product overview：Incremental & Absolute LENGTH-AND ANGLE MEASURING SYSTEMS based on the AMOSIN?–Inductive Measuring Principle [Z].Germany. AMO GmbH.2013

作者單位：高永剛? ? 民航安徽空管分局

高永剛（1978-），男，漢族，安徽合肥，民航安徽空管分局主任工程師，研究方向：通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備維護(hù)管理。