SIR-S型二次雷达S模式测试及重码分析

陈云龙

(民航重庆空管分局，重庆 401120)

0 引言

随着中国民航行业的高速发展，空中交通流量的日益增加，二次雷达A/C模式已不能满足空中交通管制的需求。自20世纪80年代以来，经过多年研究，S模式逐渐被国际民航组织(ICAO)接受，作为二次雷达的行业标准[1]。与传统A/C模式相比，S模式具有以下优点：高度精度为25 ft，相较A/C模式的100 ft有较大提高；数据中包含24位地址，能够为每架飞机分配唯一的地址码；具备一定的数据链功能，能够传递大量信息；具备数据校验功能，确保数据传输可靠[2]。意大利SELEX公司设计生产的SIR-S型二次雷达，是具有S模式功能的单脉冲二次雷达，其双通道配置可进行主备机自动切换或手动切换[3]。文章主要就SIR-S型二次雷达的基本型、增强型S模式测试进行了介绍，并就其出现的重码故障进行分析定位。

1 系统及监控组成

1.1 系统组成

SIR-S型二次雷达为双通道系统，互为冗余备份。每个通道主要由以下部分组成：电源组件、接收组件、发射组件、切换组件、应答处理和通道管理组件(RPCM)。

切换组件(Changeover)为双通道共用，具备切换通道、调整二次雷达和差通道相位、分配天线方位信号等功能。

发射组件主要由射频源模块、驱动放大模块、主高功率放大模块、辅高功率放大模块、射频输出模块、发射机状态监控模块等组成。主要提供以下功能：对和、控制信号进行脉冲调制；对和信号进行差分相移键控；与应答处理和通道管理组件进行数据、监控信息的交换；提供用于发射和接收下变频的1 030 MHz信号。

接收组件主要由前置预选滤波器、移相器、射频和测试振荡模块、对数放大和鉴相器模块等组成。其主要功能为：接收来自前置预选滤波器的和、差、控制信号；将射频信号下变频为中频信号；通过对数放大器对信号进行放大，以保证脉宽和相位相匹配；将中频信号转为视频信号。

1.2 监控组成

SIR-S系统监控主要由本地控制与监视系统(LCMS)、二次雷达本地控制面板(SSR LCP)、雷达维护监视系统(RMM)、雷达头数据处理器(RHP)终端组成[4]。本地控制与监视系统能够连续对设备进行状态监控，实时显示告警信息，并能通过颜色图形表示设备故障的类型和位置，提供声音报警，同时提供人机接口界面，保存日志和数据。本地控制面板可以观察系统运行情况，并根据需要对二次雷达进行控制，如开关辐射、切换通道等。雷达头数据处理器接收从一次雷达或二次雷达(根据系统设置)传送来的数据，并执行以下功能：信号合成；追踪和发送本地点迹、航迹信息到另外的工作站点；处理雷达系统的本地或远程的操作指令，接收每个设备的状态信息，并激活所有告警和控制信号。

2 S模式测试

在启用S 模式前，首先确认雷达的工作处于正常状态，并备份系统参数。

2.1 SSR LCP加载S模式参数组

(1)将需要更改模式的通道切换到备用，并关闭发射。

(2)在SSR LCP找到相应通道的菜单Channel Configuration—》Update Setting。

(3)加载参数文件，下面两种方法选其一即可。方法1(加载二进制文件)：在菜单右侧Update Setting部分找到Load Files，将3组参数均加载S模式参数组。方法2(加载TXT文件)：在菜单右侧Update Setting部分找到FILE in Text Mode，将Load TXT File加载S模式参数组。

(4)另一通道的设置相同。

2.2 修改用户应用程序配置文件(UAP)参数

SELEX SIR-S二次雷达系统正常工作时生成点迹文件，且该点迹文件采用SELEX厂家自定义格式，用户使用的航迹数据通过雷达头处理器(RHP)生成。该航迹数据根据用户应用程序配置文件(User Application Profile)的定义使用相应格式来进行封装。

SELEX所用的两种封装格式，均为欧控(Euro Control)定义的ASTERIX格式，分别为该格式下的Category001，002(A/C模式目标报和服务报)，Category034，048(S模式服务报和目标报)。RHP在配置文件TRH.INI中对其输出端口的UAP进行了定义。修改UAP配置的具体流程如下：

(1)用LCP SSR电脑上FTP服务器远程访问到RHP。

(2)拷贝TRH.INI和TRH.DAT到本地电脑并备份。

(3)修改TRH.INI，在文件中找到UAP定义部分[fc_uap]。

(4)修改对应端口的配置参数。根据[fc_uap]说明部分的详细解释可知，SELEX SIR-S型二次雷达所使用的Category001，002对应的参数为17，Category034，048对应的参数为12。

(5)修改完成后保存TRH.INI并远程登录RHP上传，覆盖原有TRH.INI文件，并删除参数配置文件TRH.DAT(删除原有参数配置文件TRH.DAT后，重启RHP，系统会根据TRH.INI文件生成新参数配置文件TRH.DAT；若不删除原参数配置文件TRH.DAT，会导致修改参数无法生效)。

(6)重启相应RHP，在LCP上开启相应通道辐射，完成二次雷达基本型S模式启用(在修改RHP1用户应用程序配置文件参数时，需把RHP2关机，避免RHP1重启时从RHP2读取数据，导致UAP参数更改失败，或者在RHP1和RHP2的TRH.INI文件都更改完成后再进行重启)。

若需启用增强型S模式，除以上步骤外，还需在TRH.INI文件中将相应BDS寄存器(如BDS40，50，60)“flag”由“off”修改为“on”。

成功启用二次雷达S模式后，可通过本地监控软件对雷达目标进行观察：观察雷达对机载应答器的BDS10(数据链能力报告)、BDS17(普通使用GICB能力报告)、BDS20(飞机呼号)寄存器信息获取是否正常，可知二次雷达基本型S模式功能是否正常；观察雷达对机载应答器的BDS40(飞机意图)、BDS50(航迹和转弯报告)、BDS60(航向和速度报告)寄存器信息获取是否正常，可知二次雷达增强型S模式功能是否正常。

3 重码故障分析

3.1 现象描述

SIR-S型二次雷达双通道分别开启S模式后，观察通道一设备指示灯均正常，雷达维护监视系统(RMM)显示目标信号正常，本地控制与监视系统(LCMS)无告警，本地控制面板(LCP)无告警；观察通道二设备指示灯均正常，RMM显示部分目标重码，LCMS无告警，LCP无告警。

3.2 接收信号流程

二次雷达应答信号分为和、差、控制信号，均通过同轴线缆送到切换组件。在切换组件上，差信号可以通过旋钮进行相位调整，以使两个通道的相位匹配。之后，差信号直接进入接收机，而和、控制信号要先通过低通滤波器、功率检测器和环流器再进入接收机。

进入接收机后，信号首先进入前置预选滤波器，滤除信号的镜像频率和射频，从而保护接收机组件，随后信号进入移相器，对和、差信号的相位差进行还原，以保证和、差信号的相参。

之后，信号被送入射频和测试振荡组件。其包括了限幅器、耦合器、低噪放大器、带通滤波器和混频器。限幅器的主要功能是通过控制射频功率级从而保护接收机；耦合器通过结合本地产生的1 090 MHz测试信号，从而实现自动环路控制并产生自检信息；低噪放大器具有高增益和低噪声特性，因此可以减小接收信号的噪声系数；带通滤波器的作用是在信号进入混频器前滤除镜像频率；混频器则通过将接收到的射频信号与发射机传来的连续波信号混频，从而得到中频信号。

中频信号随后被送到对数放大和鉴相器组件，对信号进行对数放大和鉴相，从而获取偏离瞄准轴的角度信息及I/Q分量。输出的I/Q分量被送到应答处理和通道管理组件，进行模数转换、应答处理等操作后，对信号进行点迹录取，最后点迹信号传送至雷达头处理器生成目标航迹信号。

3.3 故障分析

SIR-S型二次雷达通道二开启S模式后，设备指示灯、LCMS、LCP均无告警指示，仅RMM显示部分目标重码，且常规A/C模式运行正常，可从软件参数和硬件设备两方面进行分析。

软件参数方面，怀疑为通道二S模式下运算不准确导致目标分裂。在SSR LCP软件上找到二次雷达通道二S模式相关参数，尝试通过更改和、差通道信号增益补偿量来校正目标(增益补偿的原理是：由于和、差通道存在性能差异，而目标的位置又是通过和差通道幅度运算出来的，所以增益补偿可以做到保持雷达运算目标的正确性)。尝试修改设定取值生效后，通道二重码情况依然存在，可知重码与和、差通道信号增益补偿无关。

硬件设备方面，SIR-S型二次雷达应答处理和通道管理组件(RPCM)主要功能为：与RHP数据交互；计时功能；询问模式选择；应答处理及相关；校正接收通道；记录/回放功能；外部单元管理；BITE管理。同时，如图1所示，RPCM组件由输入输出控制器(IP CARRIER)、主处理板(MVME5500)、VME时间生成器(VEG)、应答处理板(REP)、视频接口板(VIM)组成。

图1 RPCM组件

分析主处理板MVME5500，因其具备S模式时序控制及点迹录取功能，若是主处理板功能出现性能降级，则可能导致部分目标重码。更换备件后，故障现象不变，故排除其故障的可能。

随后，分析应答处理器(REP)板主要功能如下。

(1)MPC(单脉冲通道)实现常规模式和S模式通道的共用处理功能：增益修正和数字信号补偿；输入信号过滤；产生可编程时间控制灵敏度门限；产生A/C和S模式存在信号；OBI信息产生。

(2)ATC(常规通道)实现常规通道处理功能：应答信号前沿和后延确认；框架检测；抗虚假目标；抗串扰；单脉冲测量；解码；应答数据报告产生和存储；抗交错；原始视频产生。

(3)MSC (S模式通道)实现S模式通道处理功能：应答信号前沿和后延确认；检测识别S模式应答头；单脉冲测量；解码；已解代码错误识别和修正；应答数据报告产生和存储。

因为SIR-S型二次雷达通道二能正常开启A/C模式且目标信号正常，开启S模式后出现部分目标重码问题，由此，怀疑S模式出现重码故障是由于REP板中功能3(S模式通道管理)降级导致的。

尝试更换应答处理器(REP)备件后，SIR-S型二次雷达通道二再次开启S模式，重码情况消失，S模式信号正常，因此最后定位故障在REP板中S模式管理部分。

4 结语

随着时代发展，科学技术进步，民航空管雷达设备模块化程度越来越高，设备监控告警功能愈发完善。利用监控告警信息实现故障快速定位，已成为设备维护人员工作中必不可少的一环。文中因应答处理器功能降级导致SIR-S型二次雷达单通道S模式部分目标重码，同时设备指示灯、监控软件均无任何告警的情况较为少见，本文简短地介绍了该种情况下SIR-S型二次雷达故障分析过程，同时就S模式的测试流程进行了描述，希望对同型号雷达维护人员的工作有所帮助。