时间:2024-05-04
陈云龙
(民航重庆空管分局,重庆 401120)
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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