乌鲁木齐TERMA场面监视雷达维修案例分析

何刚

摘  要：随着新疆民航空管事业快速发展，乌鲁木齐机场的飞行流量的快速增长，管制部门对于机场场面的监视设备的依赖程度也越来越大，从而对场面监视雷达设备运行的稳定性提出了更高的要求。由于目前乌鲁木齐机场只有一台场面监视雷达，缺乏冗余配置，且已连续运行近五年，即将进入硬件故障高发期，因此如何在硬件发生故障时，尽快使其恢复正常运行，是目前乃至今后设备运行维护的主要侧重点。文章介绍丹麦TERMA公司SCANTER2001场面监视雷达系统的组成及数据处理流程，通过对该雷达在乌鲁木齐现场曾出现的几起故障案例进行分析和总结，提炼出了该套雷达在正常运行和使用维护的经验，从而提高了维护人员的技术水平，保证机场场面的安全。

关键词：场面监视雷达;Terma;分析

中图分类号：V351         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）26-0058-03

Abstract： With the rapid development of air traffic control of civil aviation in Xinjiang and the rapid growth of flight flow at Urumqi airport， the control departments are becoming more and more dependent on scene surveillance radar. As a result， higher requirements are posed for the stability of the operation of the surface detection radar equipment. At present， Urumqi airport has only one surface detection radar， lacks redundant configuration， has been operating continuously for nearly five years， and is about to enter a period of high incidence of hardware failures， so how to restore its normal operation as soon as possible in the event of a hardware failure is the main focus of equipment operation and maintenance at present and even in the future. This paper introduces the composition and data processing flow of the SCANTER2001 scene surveillance radar system of TERMA Company in Denmark. Through the analysis and summary of several fault cases of the radar in Urumqi， the experience of normal operation and maintenance of the radar is extracted， so as to improve the technical level of the maintenance personnel and ensure the safety of the airport surface.

Keywords： scene surveillance radar; Terma; analysis

引言

由于烏鲁木齐机场T3航站楼的建设遮挡了塔台管制员的部分视线，新疆空管局为了帮助塔台管制员指挥地面滑行飞机，引进了一部X波段场面监视雷达。该雷达为丹麦TERMA公司，型号为SCANTER2001。由该雷达作为主要监视源的乌鲁木齐场面监视自动化系统于2014年5月建设完成并投入运行。2016年随着机场二跑道项目的实施，原建于跑道北边的场监雷达搬迁至塔台顶部。地面监视雷达主要用于监视机场场面内飞机活动区域内的地面飞机和车辆的活动，如跑道，滑行道，接触道路和T3终端。它的天线仰角为负数，垂直波瓣图具备反余割平方特性，以保证该雷达的目标为地面目标。X波段SCANTER 2001监视雷达的数据刷新率为1秒更新一次，该雷达天线的水平波束非常窄，故方位分辨率较高。特别是在雨，雾等恶劣天气条件下，该设备也可以提供可靠的服务，目前该设备业已成为机场场面不可或缺的监视设备。但是，该设备运行至今也曾出现过各种各样的故障，给管制工作带来了隐患。笔者对该设备故障排除方面的经验进行了一些分析和总结，以进一步提高未来工作中的维护设备水平。

1 设备现状

场面监视雷达主要由天线子系统和收发机子系统组成。场监雷达的收发机采用了双通道冗余配置的方式，即系统采用了双通道互为备份，而每个通道都有两个收发机。这两个收发机采用频率分集的工作方式（9.170GHz，和9.438GHz）。该雷达共用1套天线和天线驱动系统。雷达接收机系统获取目标的视频信号，通过视频传输线分别输出至2台冗余配置的雷达头处理器（RDP）设备。RDP将对接收的雷达视频信号进行处理，并通过交换机以网络方式发送到航管楼终端数据融合系统，最终提供给塔台管制部门使用。乌鲁木齐场面监视雷达设备结构如图1所示。

频率分集是指将两个不同频率的信号分别进行发送和接收。频率分集处理技术对目标的幅度衰减较快、目标不连续以及垂直波差等情况改善明显，提高了目标的准确性和稳定性。此外，利用频率分集技术可以使雷达的性能显著提升，其探测性能要明显强于单频率场面监视雷达。

TERMA厂家号称其场监雷达使用了“真频率分级”，

是指：

（1）在每个雷达的脉冲重复周期期间，目标被两个不同频率的脉冲探测，场面目标的发现的概率要比单频率雷达优良。

（2）该雷达的接收器动态范围较大，可以处理不同类型、不同大小的目标。因此在各种不同的复杂天气因素下，该雷达依旧可以提供清晰的目标图像，避免脉冲扩展，提高雷达的信杂比，因此可以将目标与杂波分离。

（3）雷达的灵敏度较高，可以在雷达作用的所有区域和方向上提供最合适的探测。

（4）如该雷达的信号处理算法适当，可以对目标的速度进行优化，避免丢失快速目标。

2 调制器故障

场面监视雷达中调制器的主要作用是产生磁控管所需要高压及灯丝电源;并通过连接TC3处理板监测并控制磁控管的工作状态。

2.1 故障现象

场监2号机即TX/RX2#的A路没有前项功率，视频处理卡（VP3）模块显示无视频输入告警。技术人员手动将工作通道由“TxRx1”切换为“TxRx2”时，发现维护显示终端（RTCMC）上提示receiver A模块“AFC high tune”告警，VP3模块 “Digital Video input Ch.A Input trigger Ch.A Fall back to Ch.B”告警， 该通道无法加辐射。此时TxRx1的B通道工作正常，场监雷达仍能提供信号。

2.2 故障分析与排除过程

维护人员首先重启TxRx2通道后，将TxRx2设置为主用通道，并置“Tx”为On状态（即打开通道2的辐射），故障现象依旧;据此维护人员排除了天线公共部分的故障，初步判断故障点在2通道的磁控管或是调制器。查看2通道的工作检查记录，发现A路磁控管的前项功率为18.7kW，发射累积工作时间为6538小时;工作现场没有大的改变，不存在磁控管因磁化而损坏的可能，所以它的功率不太可能会突然下降为0。磁控管正常工作情况下，输出功率下降是一个缓慢的过程，功率一般不会突然变为0;此外，磁控管理论上的发射寿命可以达到15000小时，而该磁控管只工作了6000多小时，远远小于设计寿命。基于上述这两点，维护人员判断磁控管故障的可能性很小。维护人员随后继续观察设备自检时各个系统子模块测量值，发现调制器A的开关温度较平时稍高，而且上升速率较快，很快将要达到告警门限。查看调制器内部连接图如图2所示，判断为固态电源开关已被击穿，因此调制器无法给速调管提供驱动电源，致使磁控管无功率输出，导致系统提示Forward power告警。由于调制器为全固态模块，无法更换其内部的电子元器件，只能进行整机更换为备件。更换备件后，发现雷达的原始视频回复正常、功率测量值也恢复正常，而系统自检时，调制器A的温度告警也显示温度正常，系统告警消失，设备恢复正常。

2.3 故障小结

设备故障排除应遵照先易后难的原则，经过一系列部件替换测试法，最终判断为Modulator故障导致无法对磁控管加高压，导致TxRx2的A通道失效，该通道的磁控管与接收机组件均完好。

由于场监雷达发射机部分主备通道为冷备份，即备用通道不发射射频信号，因此自检系统无法判断备用通道发射机的工作状态，因此雷达主备通道需定期切换测试，以掌握备用通道的工作状态。在日常运行中，应定期切换主备用通道，使两通道性能尽量保持一致，避免性能差异导致切换通道后信号质量下降。

3 RDP案例分析

RDP是雷达头处理器的简称，它主要是将来自VP3处理的数字信号和模拟信号进行点迹和航迹处理，并通过网络输出给场监融合自动化系统特定格式的雷达信息。

3.1 故障现象

场监雷达维护显示终端（CMS）系统上出现了雷达头处理服务器（RDP01）次要告警，查看RDP内部监控模块，发现系统提示为硬盘（DISK）模块告警。

3.2 故障分析与排除过程

（1）远程登录至该服务器主机，使用命令查看主机的硬盘发现磁盘的使用率为94%。磁盘使用率业已超过了系统对磁盘余量的设置的上限（10%）。故初步断定为磁盘余量过低导致系统出现了硬盘告警。

（2）维护人员利用操作命令，查看硬盘上的文件结构，并将其与没有告警的RDP02主机进行对比，发现RDP01服务器对的系统文件夹/home/hittsys中多了两个core文件，每个文件大小均为3G左右，占用了硬盘容量的60%。

（3）将上述两个文件备份至U盘后，删除这两个core文件后，磁盘余量恢复为正常值，系统的告警也消失。

维护人员查阅相关技术资料发现：core文件一般是当操作系统程序运行崩溃时，系统将当时的内存进行存储，并映射为core文件。如当操作系统程序出现段错误时，系统内核会发送SIGSEGV信号给主程序，使主程序产生中断，并把该程序的内存写入到core文件进行保存。因此core文件中只是程序的内存映像，删除该文件不会对系统正常运行产生影响。系统维护工程师可以使用Linux的gdb工具来查看及调试core文件，以了解系统产生故障的原因。

3.3 故障小结

场面监视雷达的服务器正常运行时，系统盘的容量是可以能够满足运行要求，但需要定期（建议为两个月）对服务器的硬盘容量进行检查，并进行相应登记，以便定期对比分析。当系統盘余量达到20%以下时，维护人员需要密切关注该服务器的硬盘使用情况，及时将无用文件移出磁盘，以便进行分析。此外，Linux操作时必须按照厂家提供的技术手册进行操作，避免因错误操作而产生各类大容量的无用文件。

4 天线电机故障

TERMA场面监视雷达天线采用了单2.2kW三相电机进行驱动，故如果该电机出现故障，将导致整个系统无法工作。

4.1 故障现象

场监雷达CMS系统主用通道调试器A、B安全环路开环告警（safety loop open），母版及电源显示电机控制告警（motor control），电机控制器模块显示过流、轻载及接地告警（overcur. underload. earth fault）。

4.2 故障分析与排除过程

（1）维护人员首先检查安全环路各个连接接头，发现安全环路开关内接地线缆头接地屏蔽线接触不良，重新制作接地线缆头，恢复设备连线后安全环路告警消除。

（2）设备重新开机后天线运转几圈后停止，无法正常运转，且CMS系统告警提示过流保护。维护人员对天线结构进行检查，推动天线正常旋转，天线结构无明显异响，对天线水平进行测量，天线大盘及天线均处于水平状态。

（3）检查天线驱动电机，发现电机两侧温度较高，对电机进行单独加电测试，电机运转不均衡，线圈发烫，轴承有偏位现象，判定驱动电机故障导致天线无法正常启动。

（4）将新电机直接连接原有电机的电缆，对比两电机噪音及运转情况，确认旧电机故障。

（5）对场监雷达进行更换电机，加注机油，开机后设备告警消除，天线正常启动运转，开启辐射设备恢复正常运行。

4.3 故障小结

TERMA场面监视雷达只配备了一个电机，该电机全年24小时不中断运行是设备故障的一个隐患点。该雷达辐射信号频率高，管制工作又对其十分依赖，故无法随时随地的对其进行检测维护，维护人员只能充分利用设备换季维护等维护机会，密切观察电机、齿轮箱等部件的运行状况，此外可以利用兆欧表对电机的绕组进行检测。

5 结束语

设备的故障排除需要利用告警日志消息、实时测量数据、设施设备原理图、以及故障排除手册。场面监视雷达设备的技术手册不是很齐全，因此可以利用工具书及故障排除手冊来确定故障点。此外需要对场面监视雷达进行定期的巡检，记录设备的运行参数，充分了解设备的运行状态，以备排故时进行对比分析。此外，场面监视雷达由于安装在室外，需要定期对其进行清洁保养，确保其工作性能处于最佳状态。目前Terma场面监视雷达在国内民航系统上应用得越来越多，笔者希望本文能给其他同行予以借鉴。

参考文献：

[1]Steven Michael C. Secondary surveillance radar[M]. Artech House Boston and London. 1988.

[2]丁鹭飞.雷达原理[M].电子工业出版社，2014.