ALENIA二次雷达性能下降原因与改善方法

吴亮

摘 要：民航空中交通管理体系中，航管二次雷达作为空中交通管制主要监视设备，为管制部门提供了可视化指挥依据，目前国内使用的航管二次雷达在运行过程中都会出现或大或小的问题，有的会造成其性能下降，为此对可能引起合肥ALENIA二次雷达设备性能下降的原因进行了简要分析总结。

关键词：二次雷达；ALENIA；接收机

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2015）20022002

合肥ALENIA航管二次雷达是安徽民航部门引进的第一部国外先进雷达，位于老骆岗机场跑道边，于1991年10月安装，1992年12月投产使用，在2013年5月底前，承担着合肥骆岗本场起降，实现低中高空覆盖的任务，2013年6月，合肥新桥机场的启用后，该雷达任务改为合肥中高空和上海高空提供保障。根据我国民航设备使用规定，二次雷达的更新周期为15年，目前，合肥这套雷达已连续运行达23年，设备内部电子元器件老化严重，整体性能下降，作用距离降低，覆盖范围为200海里（现今使用的航管二次雷达覆盖范围为250海里）。

2014年底，该雷达B通道出现“51、59”故障，更换相应对数中放后无告警，观察发现B通道性能仅为A通道的一半，远不能满足管制部门运行指挥需求，随紧急从上海借调部分接收机备件，多次停机测试，最终将B通道性能恢复到与A通道相同。本文对可能引起B通道性能下降的原因进行分析总结。

1 设备B通道性能下降现象

（1）通过监控显示器VDU对比观察两个通道输入点迹与输出点航迹情况，高峰期同一时段情况下，A通道输入点迹近100，输出航迹95，而B通道输入点迹仅70，输出航迹只有60，从此看出B通道性能下降明显。

（2）通过本地显示CDS对比观察两通道工作情况，高峰期由A通道切换到B通道时，瞬间从屏幕上可以看到全方位存在大面积丢点现象，已无法满足管制部门指挥需求，B通道基本处于“瘫痪”状态。通过比较A、B通道原始视频，B通道原始视频较弱，远距离基本没有。

（3）B通道频繁出现“5901”告警，通过和差统调和调整门限值可以暂时消除告警，但运行一段时间后，“5901”告警仍会出现。

2 可能引起的原因分析

图1 雷达信号流程图

通过图1所示雷达信号流程图，雷达询问信号由雷达发射机发出，经馈线传输至天线端发射，飞机机载接收机收到雷达询问信号后，给出相应的应答信号，雷达通过天线接收，并将应答信号送往接收机、录取器、处理器处理，最后在终端显示器上显示。

按照从前级到后级、先易后难、先软后硬的排查顺序，逐步系统分析排查可能引起雷达性能下降的原因：

（1）信号源头分析。首先对发射机进行分析，因控制面板上未出现“4101、4201、43XX、44XX”等与发射机性能有关告警，再次，通过维护程序检查发射机功率设置值与A通道一致，故判断发射机部件正常。

（2）信号接收传输分析。对馈线和编码器分析，若馈线系统和编码器出现问题，则A通道会出现相对应的故障或告警，但A通道运行正常，从而排除了馈线和编码器的原因。

（3）信号处理分析。雷达天线接收到的信号先送到接收机处理，再送到录取器处理，最后送到雷达头处理器RHP处理并输出显示。

①因接收机模块较多，判断故障比较麻烦，所以先对后级容易判断的录取器和RHP进行分析。

②录取器的检查。按下B通道控制面板上的CLR键，录取器进入开线自检程序，自动检查录取器，无故障代码出现，说明录取器正常。通过维护程序比较A、B通道录取器灵敏度时间控制STC曲线的设置参数，STC曲线是利用时间控制衰减接收信号，即接收到信号的时间短衰减大，时间长衰减小。由此判断录取器的接收设置正常。

③对比两个RHP的输出数据。A、B通道各自为主用时输出的点航迹信息完全相同，说明两个RHP正常。

鉴于以上分析，得出引起ALENIA雷达B通道性能下降的原因在接收机部分。因此，重点对接收机部分进行分析。

（4）接收机组件分析。接收机组件的组成与信号流程如下图2所示。

图2 ALENIA二次雷达接收机组件信号流程示意图

从图2中，我们可以看出接收机内部组成较为复杂，想要判断各模块故障点就必须要熟悉接收机的功能和信号流程。

2.1 接收机的功能

接收机接收来自天线的应答信号，其内部是模拟信号的处理，得到所需飞机的识别信息LOGΣ，目标偏离瞄准轴信息LOGΣ/Δ，接收机旁瓣抑制信息LOGΣ/Ω，符号方位信息SIGN（+/-），即目标相对天线瞄准轴的位置是偏左还是偏右。

2.2 接收机的信号流程

如图2所示，天线接收应答信号分别通过三个通道（Σ、Δ、Ω）进入接收机，其中Σ、Δ信号经馈线传输至耦合组件，在这里强信号进入后将被限幅，从而保护接收机。同时信号产生组件产生的测试信号也经耦合组件加入接收机，在无应答信号时对接收机各通道进行自检。耦合组件输出的Σ、Δ信号经射频放大组件传输至混频组件中，信号在混频组件中与Ω接收机组件送来的1030MHz本振信号进行混频，形成60MHz的中频信号，此中频信号送入相幅均衡组件中。幅均衡组件利用COS组件送来的在线自检信号进行在线自检和AGC环路信号调整Σ、Δ通道的相位、幅度和增益，并将调整后的Σ、Δ信号分通道送入Σ、Δ对数中放进行检波和对数放大，形成的LOGΣ、LOGΔ视频信号分别送往录取器、鉴相组件和增益校准组件。录取器根据LOGΣ视频信号获得飞机识别信息。鉴相组件通过测量LOGΣ、LOGΔ信号的相位差，形成录取器所需的符号方位信息SIGN（+/-）。增益校准组件主要是产生LOG Σ/Δ信号，录取器用此来获得目标偏离瞄准轴信息，并将自动增益控制AGC环路信号送往相幅均衡组件。自动增益控制AGC环路由相幅均衡组件、对数中放组件和增益校准组件组成，其中增益校准组件接收录取器的控制取样Σ、Δ通道中的在线自检信号，然后送入相幅均衡组件中，分别控制Σ、Δ通道增益，Σ、Δ通道的对数中放则分别放大各自通道的在线自检信号，送给COS组件，形成AGC环路信號。

Ω信号经预选滤波组件后可以有效防止镜像频率和虚假频率进入后续接收通道，再经限幅组件后送往Ω接收机，形成的LOGΩ视频信号，送往增益校准组件，由增益校准组件形成用于接收机旁瓣抑制的LOGΣ/Ω信息。

2.3 接收机故障点检测

（1）检查接收机各模块连接线缆情况，确保接头连接良好，无松动迹象，排除线缆接触不良问题。

（2）检查限幅耦合组件。开机时，该模块引入信号产生组件自检信号进行在线自检，控制面板未同时出现51、52、53告警，排除限幅耦合组件故障的可能性。

（3）檢查射频放大组件。该模块本身有较高的稳定性，不易损坏。

（4）预选滤波组件同样具有很高的稳定性，也可以排除在外。

（5）控制面板无53告警，说明Ω接收机正常。

（6）检查混频组件、相幅均衡组件、增益校准组件、对数中放、鉴相组件。需要通过开线自检程序判断是否故障。经开线自检程序，各模块中均无红色故障灯亮，据此很难确定究竟是哪个环节造成的性能下降。

（7）因B通道经常出现5901告警，即Σ/Δ相位错误，且每次出现告警时用万用表测得增益校准组件的J11口和J12口都不为0V，加之B通道CDS上原始视频较弱，比较A、B通道对数中放的J3口的输出的信号大小，即logΣ和logΔ幅度，B通道较低，从而基本能够判定是AGC环路上的组件出现问题导致信号增益不足，排除鉴相组件，故障出在相幅均衡组件、增益校准组件、Σ对数中放这三个模块中。

3 改善方法

在雷达站现场很少有检测接收机模块的仪器仪表，为节约时间，我们能做的就是用备件一一替换测试。此次故障发生时，合肥现场仅有一块对数中放备件，替换上机后，虽然可正常开启，无明显故障现象，但在进行增益均衡维护程序时，调节相幅均衡组件上的电位器R8和R37，使对数中放J3口输出电平与A通道一致，但电平始终达不到A通道水平，调高就会出现51、52告警，我们据此判断该对数中放性能不佳。这可能也是导致频繁出现5901告警的原因，但也不排除是相幅均衡组件和增益校准组件性能降低的可能性。

于是从上海申请调拨了相幅均衡组件、增益校准组件和对数中放。

按照信号流程，先更换了相幅均衡组件，观察结果无明显变化。其次更换增益校准组件，进行增益均衡维护程序，观察输出点航迹数量总体有所提升，且对比同一时段的A通道，稳定在仅相差10架左右。再次更换了Σ对数中放，再进行增益均衡维护程序，调节相幅均衡组件上的电位器R8和R37，使对数中放电平输出与A通道一致，然后分别调节增益校准组件的电位器R9和R122，使J11和J12端的输出电平为0，最后调节鉴相组件电位器R100，消除59告警，观察输出点航迹数量再次上升，切换到A通道比较，基本相同，保持B通道运行一段时间后无告警产生。至此，改善恢复ALENIA二次雷达B通道性能工作结束。

按照接收机性能测试标准，还应当做接收机切线灵敏度测试，但合肥现场无相应的检测设备，因此未进行该项检测。可以确定的是，发生此类故障时，切线灵敏度肯定低于正常值范围。

4 总结

引发此次ALENIA雷达通道性能下降的主要原因是：设备长时间运行，内部器件老化，使对数中放工作点漂移，导致AGC环路增益不稳定，影响了接收机后端处理，易出现51、52、59系列告警。

合肥ALENIA二次雷达是国内最早引进的一批国外雷达设备，时至今日，性能逐渐下降，任何部件都可能出现问题，本文重点对接收机部件进行了分析，希望今后对出现类似故障时的排查有所帮助，缩短排故时间。

参考文献

[1]杜文一.航管二次监视雷达[J].中国民航学院，2004，（12）.

[2]苏志刚.二次雷达设备[J].中国民用航空学院学报，1998，（4）.