ATCR—33S雷达接收机故障诊断

摘 要 本文以意大利SELEX ATCR-33S DPC一次雷达为例，从雷达接收机的运作特点和参数测试，采用相关软件，以实现对雷达接收机噪声的显示和内部器件的状态监控，最后通过逐步的检测接收机各个部件的性能。从而能够清楚的了解接收机当前的工作状态，为尽快解决相关告警和故障，提供了有利的条件。

【关键词】一次雷达 接收机 故障 诊断

1 绪论

雷达是现代民航最重要的监视设备，在飞行管制中起着举足轻重的作用。其中，雷达接收机是核心部分，它结构复杂，指标多，数据要求精确。在民航业迅猛发展的今天，空中航道日趋拥挤，这就对雷达系统和维护提出了更高的要求。为了保证雷达系统的可靠性、测量数据的精确度，以及缩短维修时间。全国各空管分局站投入了大量的人力物力，系统地对技术保障人员进行培训，以形成一支高水平的综合保障技术队伍。

一次雷达的接收机是一种多通道接收机，是雷达系统中最关键的分系统之一，有I/Q解调器、数字移相器、LNA（低噪声放大）、滤波器、频率产生器、限幅器、控制电路及驱动等部件组成，它是集数字、高频、模拟、视频、微波为一体的复杂信号接收与处理系统，其性能、体积、重量、成本和可靠性，决定了空中的安全系数。

指标多，参数多、需要测试的设备多，是接收机的一大特点，其频谱特性、功率、频率、通道一致性、噪声特性等是重要的测试内容。

在民航空管行业，航管一次雷达的主要作用是对覆盖范围内二次雷达不能发现的目标进行补充监视，尤其是在繁忙的终端区域，由于飞机的数量较多，密度也更大，一次雷达的作用显得尤其重要。SELEX ATCR-33S DPC一次雷达是近年从意大利引进的一种数字脉冲压缩（DPC）雷达，能对覆盖空域进行有效监视，提高空管运行的效率。

2 雷达接收机的工作原理

2.1 概述

雷达一词是无线电探测和测距的英文缩写，源于二战海军的一个保密代码。雷达的基本作用是探测目标，并从中反射回的无线电波中分析目标的反射特性、角坐标、速度、距离等信息。

雷达发射机能定向发射电磁波，并通过天线辐射到空中，当雷达发射的无线电波碰到相关的目标后，到会反射回来一部分，当雷达天线接收到反射回来的电磁波后，雷达接收机将其放大后，通过设备，能把射频信息转变为数字信息或频信息显示出来。

作为雷达重要组成部分的接收机，通常由多组接收通道组成，通过滤波，放大变频、预选、解调和A/D变形后，形成目标的相位、幅度等视频或数字信号。

2.2 基本工作原理

超外差接收机体制，是现代雷达接收机的主要构成体制，ATCR-33S DPC一次雷达也不例外。其基本工作原理如图1所示。

ATCR-33S DPC雷达在接收到回波后，由波导和波导切换开关（WGTS）将微弱的回波信号送至前端接收机（FER），在前端接收机中进行低噪声放大，并与STALO产生的本振频率进行混频，得到第一次下变频后的640MHz信号。该信号被送至接收机后，首先到达波束选择开关（BEAM SELECTOR），经波束选择开关选择后，送入接收机的预中放模块（PRE-IF），在该模块中与670MHz频率混频，得到第二次下变频后的30MHz信号，该信号经放大后送至带通滤波器模块（PASS BAND FILTER）进行滤波，并分离出长短脉冲，之后送到相位检测模块（PHASE DETECTOR）中进行相位转换和修正，并将信号分离为I和Q分量送入信号处理器（SIGNAL PROCESSOR），最后经过信号和数字处理，显示相关目标信息。

2.3 接收机的基本组成

雷达接收机有三个重要组成部分，即频率源部分、前端接收机（FER）和中频接收部分。

前端接收机部分（如图2）：

接收机接收到的反射信号一般都比较微弱，经收发开关切入到接收通路后，输入射频低噪声放大器，进行信号放大。接收机还通过预选滤波器，以抑制外部电磁波的干扰。不同的接收机，射频滤波器既可放置在射频放大器之前，也可放置在射频放大器之后；射频信号通过混频器可变换成中频信号。一般来说，中频放大器比微波放大器增益好、成本低、稳定性好，其匹配滤波性能突出。通过变换本振频率可将不同频率以及不同频带的信号，在接收机中形成固定的中频信号和中频频率。

中频接收部分（如图3）：

主通道接收机将多路信号经过二次混频和中频放大，再经A/D变化后进行中频滤波采样，数字正交，输出数字I、Q信号至雷达信号处理器进行信号处理产生点迹（plot）。

频率源部分（如图4）：

每个中频接收机通道都含有频率产生器，输出晶振控制的发生信号并调制出需要的发生波形，并产生第一本振信号670MHz、第二本振信号30MHz。670MHz的中频信号是由640/670MHz信号产生器产生，30MHz中频信号是由中频相干振荡器产生（COHO）产生。

2.4 理论基础

接收机输入端的最小输入信号功率（即接收灵敏度）：Pmin=k ·T0 · B · NF · （SNR）min （1）玻尔兹曼常数k为1.38×10-23焦耳/度；接收机输入端的绝对温度为T0；接收机的噪声带宽为B；接收机的噪声系数为NF；解调器所需最小信噪比为（SNR）min（在一定的误码率下，这仅与信号调制方式有关）。在一个系统中，调制方式和噪声带宽确定后，在系统中，影响接收灵敏度的便只有整机噪声系数NF。因此，要提高接收机的灵敏度，则应当尽量减小NF的值。

处于前端位置的低噪声放大器，在微波接收系统中其性能指标，极大地影响着接收机的整体性。在多级联网络构成的系统中，整机的噪声系数如下：

式子中的F1、F2、F3、F4，代表各级端口网络在独立存在时的噪声系数，Kp1、Kp2、Kp3代表相应的额定功率增益。因此，对于一个多级级联网络构成的系统，其整机噪声系数，一般由前级放大器的增益和噪声系数决定，这对前端接收机的检测十分重要。

3 故障现象和分析

通过RMM上的软件可以发现，B通道的噪声回波比A通道的噪声要大很多，屏幕上台站附近35nm都是白茫茫的一片噪声。还可以通过从DETECTOR板件的J3或J5口耦合出来的的信号和J16口的触发接入示波器，观察比较两通道的噪声电平。如图5所示，B通道肯定出了些问题。

接收机由三大块组成，其中中频接收机和频率源可以从监控软件上发现故障，所以如果出现告警或者故障，可以从监控电脑上确定问题板件，并及时更换备件。但此时的监控软件上显示这一切都是正常的，因此，可以推断问题可能出现在FER里。但还是需要通过仪表和数据才能证实这一点。

4 故障的确定和处理

通过之前的介绍，可以初步的了解了FER内部的构造，为了确定问题的板件，这需要从FER的J1口灌入一个频率为2775MHZ大小为10dbm的射频信号，这个射频信号由信号发生器来产生。由于连接的线缆也带有一定的衰减，因此先将仪表和线缆一并接入功率计（这里选择平均功率计），这样功率计上显示的值恰好是最后输入FER的信号电平。通过ATCR33S_RECEIVER GROUP手册可知，信号经过波导和protector（耦合是30dbm），接着通过LNA（增益为32dbm），隔离器（衰减为13dbm）最后通过功分器（增益为3dbm）送至接收机单元（RXU）。故理论上从功分器出来的值应该在2dbm左右才算是正常的。

通过逐个测量各个器件输出功率发现：

（1）LNA的增益较低，更换备件后增益正常

（2）功分器的一个端口输出的信号电平值是2.3dbm，另一个端口输出的信号电平值是-0.43dbm。最后打开了功分器检查，发现问题的端口内部的连接线早已断开，焊好连接线后器件恢复正常。

5 结语

本文对一次雷达接收机如何实现功能的内部框图进行了分析，在此基础上分析了工作中接收机出现的故障，提出了一些检测故障的参考方法，希望能对从事SELEX一次雷达维护维修的技术人员有所帮助，文中不妥之处，敬请批评指正。

参考文献

[1]丁璐飞，耿富录.雷达原理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.

[2]ATCR33S_RECEIVER GROUP TM-10M/E1564，2010.

[3]戈稳.雷达接收机技术[M].北京：电子工业出版社，2005.

作者简介

符博杰（1990-），男，海南省东方市人。大学本科学历。现为中国民航三亚空中交通管理站助理工程师。研究方向为航空通信与监视。

作者单位

中国民航三亚空中交通管理站 海南省三亚市 572000