合肥Indra二次雷达编码器信号告警排除实例

摘要：民航安徽分局所辖合肥Indra二次雷达，是一部采购于西班牙Indra公司，型号为IRS-20MP/L 2NA型的S模式单脉冲二次雷达。该雷达于2017年正式投入运行，为合肥机场和空域提供监视覆盖保障。2020年8月份以来，该部雷达间歇性无规律的出现编码器信号告警，技术人员通过多方排查，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见，本文就此型号雷达编码器的工作原理、信号流程和此次告警排除的思路、过程、技术分析等做相关介绍。

关键词：二次雷达;编码器;干扰

一、Indra二次雷达编码器简介

（一）工作原理

合肥Indra二次雷达的编码器，采购于AMOSIN公司，分为测量尺和扫描头两个部分，基于纯感应原理工作。测量尺是不锈钢带，用了光刻技术在其上蚀刻可变磁阻的高精度定期刻度，同时用了微多层技术在基板上实现具有在测量方向上对齐的多个线圈的线圈结构。扫描头内部有线圈感应单元以及信号处理部分，扫描头和测量尺之间在测量方向上的相对角运动会周期性地更改各个线圈的互感，从而生成两个相位差为90°的正弦信号，通过信号调理评估以正弦波或方波信号形式提供增量输出。除周期性正交信号（A，B及其反相信号）外，还输出参考信号（RI及其反向信号）以确定绝对位置。该信号由集成到测量尺中的单个或多个参考标记生成，不需要任何其他部件。在二次雷达系统中，A、B及其反相信号经进一步处理即可得到ACP_A、ACP_B信号，RI及其反向信号经进一步处理即可得到ARP信号。

（二）信号流程

合肥Indra二次雷达有两个编码器，两个编码器的测量尺是公用部分，呈圆形，与天线基座转动部分中间连接，跟随天线以4秒一圈的角速度转动。两个扫描头分别位于测量尺两侧，相隔约180°。天线转动时，固定的扫描头就和转动的测量尺产生相对角运动，产生编码器的输出信号。每一路编码器信号以RS-422串口传输形式引出，依次经过扫描头供电盒、塔顶防雷器，沿天线塔向下进入设备机房室内，再依次经过室内防雷器、天线驱动系统控制箱（PCB）、询问机柜PAN分别至双通道MICE02。MICE02对送下来的增量信号和参考信号进行检测和处理，最终得到雷达所需要的ACP_A、ACP_B和ARP信号。

编码器的供电则由天线驱动系统控制箱（PCB）内的24V直流电源模块引出，经过扫描头供电盒内的DC-DC电源转换器转换至5V电源，供给编码器扫描头工作。

二、告警现象

2020年8月以来，合肥INDRA二次雷达间歇性出现告警，本地监控主机SLG显示告警信息：“ACP_A and ACP_B signal failure in Enconder#1”，此时某一通道（或双通道同时）MICE02模块变橙色，ACP 1变橙色，2秒后自动恢复正常，出现频次较高;另外，还有告警信息显示：“Incorrect Number of ACP Pulses per Scan in Encoder #1 ”，某一通道（或双通道同时）MICE02模块变橙色，ARP 1变红色，2秒后自动恢复正常，出现频次较低。因INDRA二次雷达有2个编码器，冗余备份，各自有单独的信号链路。此次告警为编码器1的告警，编码器2正常，所以未对雷达信号输出造成影响。但由于告警短暂且时间不规律，排查工作有一定难度。

三、告警排查过程

首先，我们在告警频次较高的时候对ACP和ARP信号进行测试，Indra雷达前面板测试点有归一化的ACP_A、ACP_B及ARP信号的测试点，技术人员手动将编码器选择至编码器1，用计数器在测试点测量一个旋转周期内的ACP信号个数，正常应为16384个，而在告警时测得的值却有概率出现超出16384个。对编码器的供电电压进行检查，PCB内的24V直流供电模块的输出为23.64V，打开扫描头供电盒，DC-DC电源转换器的输出为4.96V稳定不变，供电电压均在正常范围内。

其次，我们对整个的编码器信号链路进行常规物理检查后，未发现接口松动或线缆破损的情况，考虑到信号链路上的避雷器可能会对信号造成衰减，将编码器上的信号避雷器去除，发现告警依旧，至此排除了避雷系统的影响。

在上述常规检查未找出原因后，我们采取从下至上、逐节排查的方法，依次调换编码器1和2的信号连接线缆，观察告警是否发生转移，进行故障锁定和故障定位。首先调换机柜PAN板输入的两个编码器信号线缆，告警发生了转移，编码器1信号正常，编码器2出现了告警，因此定位故障点在此往上;恢复上述接线后接着对调PCB输入两个编码器信号线缆，告警还是转移至编码器2，所以继续向上寻找故障点;恢复上述接线后，在塔顶调换扫描头输出端的编码器线缆，告警依旧转移，这时基本确定了下方线缆是正常的，故障仍在上一级;恢复上述接线后，继续调换两个编码器扫描头的输出线缆，告警还是发生了转移，排除了扫描头配电盒内部故障，至此将信号告警的源头定位到了编码器上。

我们更换了编码器1的扫描头，发现告警仍然存在。嘗试了更换不同的备件扫描头，以及调整扫描头的安装位置，告警依旧。至此排除了扫描头的故障。

信号链路上目前只剩编码器测量尺未进行更换确认了，但由于编码器测量尺是无源器件，外观上来看没有任何损坏痕迹，而且测量尺拆卸安装时需要非常精密，位置和水平不能出现偏差，目前没有任何拆卸和安装经验，对于现场维护人员来说是相当困难的。其次由于编码器测量尺是两个编码器的公共部分，而目前只有一个编码器信号发生告警，所以我们认为测量尺损坏的可能性是非常低的。

根据排故由易到难的原则，我们开始考虑信号链路以外的故障因素，总结排查过程中的发现，雷达运行中不开启辐射或者辐射模式为A/C模式的情况下，编码器不发生告警，只有在询问策略中包含S模式选呼的情况下，才产生编码器告警。因此我们怀疑雷达射频辐射通路出现问题，但通过雷达本地监控来看，射频辐射通路并没有任何告警，使用矢量网络分析仪测量雷达Σ、Δ、Ω三个射频通道在频率1030Mhz和1090Mhz时的VSWR数值，均小于1.5，在正常范围内。由于射频通道旋转铰链上方正好穿过编码器测量尺，我们最后还是决定对此处做拆卸检查，拆卸下后发现其上端至天线的三根射频线缆接头均有不同程度的松动，在重新拧紧恢复后，开启设备，编码器信号告警未再出现。

四、技术分析

通过一系列的排查，基本可以确认是射频旋转铰链上端的接口松动导致射频信号泄露，影响了编码器的信号。目前国内二次雷达使用的编码器从工作原理上主要分光电式、磁电式和触点电刷式等几种，而采用磁电式编码器的雷达为数不多，同时射频通道在编码器内部穿过的设计也比较少见，目前主要是Indra这一批次的二次雷达系统。此类依据互感原理设计的编码器，应该要考虑对电磁干扰的屏蔽设计。实际上Indra二次雷达使用的编码器在外部确有金属保护盖，防止灰尘以及起到电磁屏蔽的效果，然而此型号的Indra二次雷达在设计上却让射频通道在内部穿过了编码器结构，若射频信号泄露，在如此近距离情况下，编码器是未完全受到电磁屏蔽的，射频信号引起的高功率的电磁场会影响到了编码器扫描头内的线圈感应，导致输出波形异常，进而导致雷达检查编码器信号异常。

五、结束语

此次告警的原因是非常罕见的，今后在此类编码器信号告警排除时应不仅仅拘于表象，也要考虑到内外部电磁干扰的因素。这对采用相同编码器设计的雷达系统也具有一定的借鉴意义，同时通过此次排查过程，也提醒了对于我们设备维护人员来说，只有熟悉雷达每个部件的工作原理，才能拓展排故思路，解决非常规的告警问题，更好地做好设备维护保障工作。

参  考  文  献

[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

作者单位：高永刚    民航安徽空管分局

高永刚（1978-），男，汉族，安徽合肥，民航安徽空管分局主任工程师，研究方向：通信导航监视设备维护管理。