ATCR—33S雷達(dá)接收機(jī)故障診斷

摘 要 本文以意大利SELEX ATCR-33S DPC一次雷達(dá)為例，從雷達(dá)接收機(jī)的運(yùn)作特點(diǎn)和參數(shù)測(cè)試，采用相關(guān)軟件，以實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)接收機(jī)噪聲的顯示和內(nèi)部器件的狀態(tài)監(jiān)控，最后通過(guò)逐步的檢測(cè)接收機(jī)各個(gè)部件的性能。從而能夠清楚的了解接收機(jī)當(dāng)前的工作狀態(tài)，為盡快解決相關(guān)告警和故障，提供了有利的條件。

【關(guān)鍵詞】一次雷達(dá) 接收機(jī) 故障 診斷

1 緒論

雷達(dá)是現(xiàn)代民航最重要的監(jiān)視設(shè)備，在飛行管制中起著舉足輕重的作用。其中，雷達(dá)接收機(jī)是核心部分，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，指標(biāo)多，數(shù)據(jù)要求精確。在民航業(yè)迅猛發(fā)展的今天，空中航道日趨擁擠，這就對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)和維護(hù)提出了更高的要求。為了保證雷達(dá)系統(tǒng)的可靠性、測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度，以及縮短維修時(shí)間。全國(guó)各空管分局站投入了大量的人力物力，系統(tǒng)地對(duì)技術(shù)保障人員進(jìn)行培訓(xùn)，以形成一支高水平的綜合保障技術(shù)隊(duì)伍。

一次雷達(dá)的接收機(jī)是一種多通道接收機(jī)，是雷達(dá)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的分系統(tǒng)之一，有I/Q解調(diào)器、數(shù)字移相器、LNA（低噪聲放大）、濾波器、頻率產(chǎn)生器、限幅器、控制電路及驅(qū)動(dòng)等部件組成，它是集數(shù)字、高頻、模擬、視頻、微波為一體的復(fù)雜信號(hào)接收與處理系統(tǒng)，其性能、體積、重量、成本和可靠性，決定了空中的安全系數(shù)。

指標(biāo)多，參數(shù)多、需要測(cè)試的設(shè)備多，是接收機(jī)的一大特點(diǎn)，其頻譜特性、功率、頻率、通道一致性、噪聲特性等是重要的測(cè)試內(nèi)容。

在民航空管行業(yè)，航管一次雷達(dá)的主要作用是對(duì)覆蓋范圍內(nèi)二次雷達(dá)不能發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)充監(jiān)視，尤其是在繁忙的終端區(qū)域，由于飛機(jī)的數(shù)量較多，密度也更大，一次雷達(dá)的作用顯得尤其重要。SELEX ATCR-33S DPC一次雷達(dá)是近年從意大利引進(jìn)的一種數(shù)字脈沖壓縮（DPC）雷達(dá)，能對(duì)覆蓋空域進(jìn)行有效監(jiān)視，提高空管運(yùn)行的效率。

2 雷達(dá)接收機(jī)的工作原理

2.1 概述

雷達(dá)一詞是無(wú)線電探測(cè)和測(cè)距的英文縮寫，源于二戰(zhàn)海軍的一個(gè)保密代碼。雷達(dá)的基本作用是探測(cè)目標(biāo)，并從中反射回的無(wú)線電波中分析目標(biāo)的反射特性、角坐標(biāo)、速度、距離等信息。

雷達(dá)發(fā)射機(jī)能定向發(fā)射電磁波，并通過(guò)天線輻射到空中，當(dāng)雷達(dá)發(fā)射的無(wú)線電波碰到相關(guān)的目標(biāo)后，到會(huì)反射回來(lái)一部分，當(dāng)雷達(dá)天線接收到反射回來(lái)的電磁波后，雷達(dá)接收機(jī)將其放大后，通過(guò)設(shè)備，能把射頻信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信息或頻信息顯示出來(lái)。

作為雷達(dá)重要組成部分的接收機(jī)，通常由多組接收通道組成，通過(guò)濾波，放大變頻、預(yù)選、解調(diào)和A/D變形后，形成目標(biāo)的相位、幅度等視頻或數(shù)字信號(hào)。

2.2 基本工作原理

超外差接收機(jī)體制，是現(xiàn)代雷達(dá)接收機(jī)的主要構(gòu)成體制，ATCR-33S DPC一次雷達(dá)也不例外。其基本工作原理如圖1所示。

ATCR-33S DPC雷達(dá)在接收到回波后，由波導(dǎo)和波導(dǎo)切換開(kāi)關(guān)（WGTS）將微弱的回波信號(hào)送至前端接收機(jī)（FER），在前端接收機(jī)中進(jìn)行低噪聲放大，并與STALO產(chǎn)生的本振頻率進(jìn)行混頻，得到第一次下變頻后的640MHz信號(hào)。該信號(hào)被送至接收機(jī)后，首先到達(dá)波束選擇開(kāi)關(guān)（BEAM SELECTOR），經(jīng)波束選擇開(kāi)關(guān)選擇后，送入接收機(jī)的預(yù)中放模塊（PRE-IF），在該模塊中與670MHz頻率混頻，得到第二次下變頻后的30MHz信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)放大后送至帶通濾波器模塊（PASS BAND FILTER）進(jìn)行濾波，并分離出長(zhǎng)短脈沖，之后送到相位檢測(cè)模塊（PHASE DETECTOR）中進(jìn)行相位轉(zhuǎn)換和修正，并將信號(hào)分離為I和Q分量送入信號(hào)處理器（SIGNAL PROCESSOR），最后經(jīng)過(guò)信號(hào)和數(shù)字處理，顯示相關(guān)目標(biāo)信息。

2.3 接收機(jī)的基本組成

雷達(dá)接收機(jī)有三個(gè)重要組成部分，即頻率源部分、前端接收機(jī)（FER）和中頻接收部分。

前端接收機(jī)部分（如圖2）：

接收機(jī)接收到的反射信號(hào)一般都比較微弱，經(jīng)收發(fā)開(kāi)關(guān)切入到接收通路后，輸入射頻低噪聲放大器，進(jìn)行信號(hào)放大。接收機(jī)還通過(guò)預(yù)選濾波器，以抑制外部電磁波的干擾。不同的接收機(jī)，射頻濾波器既可放置在射頻放大器之前，也可放置在射頻放大器之后；射頻信號(hào)通過(guò)混頻器可變換成中頻信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，中頻放大器比微波放大器增益好、成本低、穩(wěn)定性好，其匹配濾波性能突出。通過(guò)變換本振頻率可將不同頻率以及不同頻帶的信號(hào)，在接收機(jī)中形成固定的中頻信號(hào)和中頻頻率。

中頻接收部分（如圖3）：

主通道接收機(jī)將多路信號(hào)經(jīng)過(guò)二次混頻和中頻放大，再經(jīng)A/D變化后進(jìn)行中頻濾波采樣，數(shù)字正交，輸出數(shù)字I、Q信號(hào)至雷達(dá)信號(hào)處理器進(jìn)行信號(hào)處理產(chǎn)生點(diǎn)跡（plot）。

頻率源部分（如圖4）：

每個(gè)中頻接收機(jī)通道都含有頻率產(chǎn)生器，輸出晶振控制的發(fā)生信號(hào)并調(diào)制出需要的發(fā)生波形，并產(chǎn)生第一本振信號(hào)670MHz、第二本振信號(hào)30MHz。670MHz的中頻信號(hào)是由640/670MHz信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生，30MHz中頻信號(hào)是由中頻相干振蕩器產(chǎn)生（COHO）產(chǎn)生。

2.4 理論基礎(chǔ)

接收機(jī)輸入端的最小輸入信號(hào)功率（即接收靈敏度）：Pmin=k ·T0 · B · NF · （SNR）min （1）玻爾茲曼常數(shù)k為1.38×10-23焦耳/度；接收機(jī)輸入端的絕對(duì)溫度為T0；接收機(jī)的噪聲帶寬為B；接收機(jī)的噪聲系數(shù)為NF；解調(diào)器所需最小信噪比為（SNR）min（在一定的誤碼率下，這僅與信號(hào)調(diào)制方式有關(guān)）。在一個(gè)系統(tǒng)中，調(diào)制方式和噪聲帶寬確定后，在系統(tǒng)中，影響接收靈敏度的便只有整機(jī)噪聲系數(shù)NF。因此，要提高接收機(jī)的靈敏度，則應(yīng)當(dāng)盡量減小NF的值。

處于前端位置的低噪聲放大器，在微波接收系統(tǒng)中其性能指標(biāo)，極大地影響著接收機(jī)的整體性。在多級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的系統(tǒng)中，整機(jī)的噪聲系數(shù)如下：

式子中的F1、F2、F3、F4，代表各級(jí)端口網(wǎng)絡(luò)在獨(dú)立存在時(shí)的噪聲系數(shù)，Kp1、Kp2、Kp3代表相應(yīng)的額定功率增益。因此，對(duì)于一個(gè)多級(jí)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的系統(tǒng)，其整機(jī)噪聲系數(shù)，一般由前級(jí)放大器的增益和噪聲系數(shù)決定，這對(duì)前端接收機(jī)的檢測(cè)十分重要。

3 故障現(xiàn)象和分析

通過(guò)RMM上的軟件可以發(fā)現(xiàn)，B通道的噪聲回波比A通道的噪聲要大很多，屏幕上臺(tái)站附近35nm都是白茫茫的一片噪聲。還可以通過(guò)從DETECTOR板件的J3或J5口耦合出來(lái)的的信號(hào)和J16口的觸發(fā)接入示波器，觀察比較兩通道的噪聲電平。如圖5所示，B通道肯定出了些問(wèn)題。

接收機(jī)由三大塊組成，其中中頻接收機(jī)和頻率源可以從監(jiān)控軟件上發(fā)現(xiàn)故障，所以如果出現(xiàn)告警或者故障，可以從監(jiān)控電腦上確定問(wèn)題板件，并及時(shí)更換備件。但此時(shí)的監(jiān)控軟件上顯示這一切都是正常的，因此，可以推斷問(wèn)題可能出現(xiàn)在FER里。但還是需要通過(guò)儀表和數(shù)據(jù)才能證實(shí)這一點(diǎn)。

4 故障的確定和處理

通過(guò)之前的介紹，可以初步的了解了FER內(nèi)部的構(gòu)造，為了確定問(wèn)題的板件，這需要從FER的J1口灌入一個(gè)頻率為2775MHZ大小為10dbm的射頻信號(hào)，這個(gè)射頻信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生。由于連接的線纜也帶有一定的衰減，因此先將儀表和線纜一并接入功率計(jì)（這里選擇平均功率計(jì)），這樣功率計(jì)上顯示的值恰好是最后輸入FER的信號(hào)電平。通過(guò)ATCR33S_RECEIVER GROUP手冊(cè)可知，信號(hào)經(jīng)過(guò)波導(dǎo)和protector（耦合是30dbm），接著通過(guò)LNA（增益為32dbm），隔離器（衰減為13dbm）最后通過(guò)功分器（增益為3dbm）送至接收機(jī)單元（RXU）。故理論上從功分器出來(lái)的值應(yīng)該在2dbm左右才算是正常的。

通過(guò)逐個(gè)測(cè)量各個(gè)器件輸出功率發(fā)現(xiàn)：

（1）LNA的增益較低，更換備件后增益正常

（2）功分器的一個(gè)端口輸出的信號(hào)電平值是2.3dbm，另一個(gè)端口輸出的信號(hào)電平值是-0.43dbm。最后打開(kāi)了功分器檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的端口內(nèi)部的連接線早已斷開(kāi)，焊好連接線后器件恢復(fù)正常。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)一次雷達(dá)接收機(jī)如何實(shí)現(xiàn)功能的內(nèi)部框圖進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上分析了工作中接收機(jī)出現(xiàn)的故障，提出了一些檢測(cè)故障的參考方法，希望能對(duì)從事SELEX一次雷達(dá)維護(hù)維修的技術(shù)人員有所幫助，文中不妥之處，敬請(qǐng)批評(píng)指正。

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作者簡(jiǎn)介

符博杰（1990-），男，海南省東方市人。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)為中國(guó)民航三亞空中交通管理站助理工程師。研究方向?yàn)楹娇胀ㄐ排c監(jiān)視。

作者單位

中國(guó)民航三亞空中交通管理站 海南省三亞市 572000