INDRA二次雷达编码器故障案例分析

刘军

摘要：目前全国投产的INDRA雷达有30多套，其中湛江空管站INDRA雷达于2013年10月30日投入使用，湛江INDRA雷达除了作为航路雷达外还对湛江机场低空进行了覆盖，对空中管制提供有效的保障。而该设备从2017年3月份以来，编码器频繁出现故障，对运行保障造成压力，该文就最近INDRA雷达编码器频繁出现故障进行排查分析，且就更换编码器的步骤进行详细说明。

关键词：INDRA雷达；编码器；频繁故障

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）04-0210-02

1 概述

INDRA S模式单脉冲二次雷达为西班牙INDRA公司设计生产的具有S模式功能的单脉冲二次雷达，双通道配置，全固态设计。单脉冲测角引入一个用于接收的差通道，通过比较和、差通道信号，得到和差比（SDR），通过此值可得到对应的角度OBA（off boresightAngle）信息。天线视轴角度加上OBA值就可得出目标与正北间的方位角度，理论上一个应答脉冲就可以得出目标方位。录取器根据编码器给出的ACP、ARP脉冲及ARP延时得出天线视轴角，编码器的好坏直接影响雷达的测角。INDRA雷达天线系统有2个编码器，每个编码器的信号均送至两个通道，编码器信号源可选择Automatic，1#编码器的信号1A或1B，2#编码器的信号2A或2B。平时默认选择Automatic，录取器将自动选择性能较好的编码器信号。

2 编码器的原理和结构

航管INDRA雷达编码器属于增量式光电编码器，其结构如图1所示。编码器由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件、转换电路等组成。码盘由透光材料制成，上面有很多不透光的黑色刻线，编码器工作时码盘随着天线转动，光源在码盘的一端发生光信号，光电检测器件在码盘另外一端通过检测光信号的通断产生两个相差90°的ACP信号，如图1的A相、B相，利用A相和B相的相位关系可以判断编码器正转与反转（当A相超前B相90度认为正转，B相超前A相90度认为反转），Z相产生的脉冲为基准脉冲，它是码盘转一周在固定位置上产生的一个脉冲，又称ARP脉冲。就INDRA雷达编码器而言，天线旋转一周产生16384个相同的ACP脉冲、1个ARP脉冲。由此每个ACP脉冲的角度为360°/16384≈0.022°。码盘随着天线同步转动，天线转过的角度等于转动期间产生的ACP脉冲数Nx0.022°，雷达以ARP脉冲产生为参考对ACP脉冲计数处理从而得出天线转过的角度。更换编码器后，ARP脉冲产生的时候不能保证雷达天线的主波束与正北方向重叠，此时雷达天线主波束和正北有一个夹角θ，这个角度需通过SLG进行调整抵消，具体调整方法后面有详细说明。

3 故障现象

2017年3月开始INDRA雷达监控SLG项目栏上不定时弹出“ACP_A Signal Failure in Encode和ACP_B Signal Failure in Encode”告警信息，2秒后自动恢复，但SLG监控图形区上编码器模块状态正常，咨询厂家答复可能是假告警。

2017年3月8日INDRA雷达SLG监控图形区上双通道MEX变橙色降级状态，ACP1和ARP1（1#编碼器）显红色告警状态，MIC02橙色告警状态，更换1#编码器后雷达恢复正常。

2017年4月9日，INDRA雷达再次出现“ACP_A Signal Failure in Encode和ACP_B Signal Failure in Encode”告警信息，但SLG监控图形区上编码器模块状态正常，该告警出现两天后自动消失。

2017年8月6日INDRA雷达SLG监控图形区上双通道MEX显橙色降级状态，ACP1和ARP1显红色告警状态，MIC02橙色降级状态。更换1#编码器后雷达告警消失。

2017年9月9日INDRA雷达出现“ACP_A Signal Failure in Encode和ACP_B Signal Failure in Encode”告警信息。

4 故障处理

编码器信号流程简图见图3。编码器产生ACP、ARP信号，经过室外馈线到达室内PAN板，PAN板把信号一分二送至A、B通道录取器处理。雷达监控出现ACP告警，可能是编码器问题，可能是传输的问题，也可能是录取器处理的问题。

4.1 确定故障点

我们把编码器信号流程分成三部分：1、编码器部分；2、传输馈线部分；3、室内处理部分。通过对调相应馈线接口确定故障点。

4.1.1 对调PAN板馈线接口

在PAN板上把天线下来的两根馈线Encoder1、Encoder2对调，对调后发现SLG上的告警从1#编码器转移到2#编码器。如果是室内处理有问题，故障现象不会转移，故能排除室内通道问题。

4.1.2 对调天线处馈线接口

在天线基座端把两个编码器的馈线口对调，发现告警从2#编码器转移至1#编码器，故障现象转移说明传输馈线正常。

4.1.3 更换故障编码器

前两次对调我们确定故障点在1#编码器，更换1#编码器后雷达告警消失。

4.2 编码器偏置调整

编码器更换后维护人员需在SLG上对编码器进行调整，SLG参数设置区Site/Tracking Tab 功能标签上提供了Encoder1 Azimuth Offset、Encoder2 Azimuth Offset两个功能选项（见图5）：分别用于校准编码器1和编码器2的ARP信号角度与正北方向的方位偏置，单位为度。上述两功能项数据校准需要借助模拟应答机，模拟应答机相当于一个真实的目标，它的天线是固定的，因此它和雷达天线的连线与正北方向夹角也是固定的，这个角度在设备安装时就已确定。以更换1#编码器为例，选用1#编码器信号后在VR3000上观察到模拟应答机位置由A点变到B点（见图4），那么更换编码器后目标的角度与真实目标角度就相差角度y。为消除这个角度y，Encoder1 Azimuth Offset这栏数值应增加y（注：Encoder Azimuth Offset调整数值范围为0°-365°，超过365°需减365°）。编码器偏置调整是通过ARP延时来调整正北基准的，具体由SLG控制通道的MIC02卡实现。

5 隐患排查

半年时间更换了两个编码器，且没多久雷达又出现了编码器告警，这说明问题并没有完全解决。

5.1 检查编码器电源

由于出现故障的均是1#编码器，我们怀疑是1#编码器电源输出不稳导致频繁故障，编码器的电源由雷达室内天线控制箱提供。用示波器对天线控制箱里13.5V的编码器电源进行检测，测量显示1#编码器电源电压正常且波形平滑。

5.2 检查天线散热

天线运行时打开天线基座检查其两散热风扇均正常，用红外点温仪测量基座各部件温度无发现异常，两个编码器表面温度基本一致。

5.3 测量编码器信号

把之前换下故障编码器重新换上并用示波器测量该故障编码器的ACP波形（见图2），我们可以看到该编码器ACP脉冲缺失，且ACP脉冲宽度不一致。用计数器对该编码器ACP脉冲数进行测量发现脉冲数跳变。

5.4 检查故障编码器

我们怀疑是编码器码盘或计数器有问题，拆开两个故障编码器检查，发现两个故障编码器码盘上均覆盖着黄油，码盘刻度被遮挡。

5.5 检查在用2#编码器

拆开正常在用的2#编码器并没发现码盘进黄油现象。

5.6 排查结果

至此，编码器故障的根本原因已经找到。黄油进入编码器内部遮挡了码盘，影响其光电检测元件检测，导致ACP脉冲丢失，经观察2#编码器附近注油点比较靠内，相对1#编码器加油量要少，所以并未出现此问题。

6 结束语

二次雷达是现代航空交通管制系统中的重要组成部分，它

相当于管制员的双眼，其重要性不言而喻。编码器频繁故障严重影响了INDRA雷达的正常运行，维护人员先后检查编码器电源、工作环境，发现结果均正常。测量编码器ACP脉冲时发现其波形缺失，结合编码器工作原理我们怀疑是编码器码盘或者计数器的问题，拆开故障编码器检查发现了编码器内部进黄油。维护人员对2个故障编码器清洁处理后上机测试正常，解决了编码器备件少，采购周期長的问题，极大缓解了运行保障压力。本文就此次案例故障处理及隐患排查过程做了简要说明，希望对同行处理编码器故障有一定帮助。

参考文献：

[1] 王显军.光电编码器的应用——分类源于角度测量基准[J].光机电信息，2010（10）.