摘 要 本文以意大利SELEX ATCR-33S DPC一次雷達為例，從雷達接收機的運作特點和參數(shù)測試，采用相關(guān)軟件，以實現(xiàn)對雷達接收機噪聲的顯示和內(nèi)部器件的狀態(tài)監(jiān)控，最后通過逐步的檢測接收機各個部件的性能。從而能夠清楚的了解接收機當前的工作狀態(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 接收機 故障 診斷

1 緒論

雷達是現(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，雷達接收機是核心部分，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，指標多，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，這就對雷達系統(tǒng)和維護提出了更高的要求。為了保證雷達系統(tǒng)的可靠性、測量數(shù)據(jù)的精確度，以及縮短維修時間。全國各空管分局站投入了大量的人力物力，系統(tǒng)地對技術(shù)保障人員進行培訓(xùn)，以形成一支高水平的綜合保障技術(shù)隊伍。

一次雷達的接收機是一種多通道接收機，是雷達系統(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)。

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

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

2 雷達接收機的工作原理

2.1 概述

雷達一詞是無線電探測和測距的英文縮寫，源于二戰(zhàn)海軍的一個保密代碼。雷達的基本作用是探測目標，并從中反射回的無線電波中分析目標的反射特性、角坐標、速度、距離等信息。

雷達發(fā)射機能定向發(fā)射電磁波，并通過天線輻射到空中，當雷達發(fā)射的無線電波碰到相關(guān)的目標后，到會反射回來一部分，當雷達天線接收到反射回來的電磁波后，雷達接收機將其放大后，通過設(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。

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

2.2 基本工作原理

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

ATCR-33S DPC雷達在接收到回波后，由波導(dǎo)和波導(dǎo)切換開關(guān)（WGTS）將微弱的回波信號送至前端接收機（FER），在前端接收機中進行低噪聲放大，并與STALO產(chǎn)生的本振頻率進行混頻，得到第一次下變頻后的640MHz信號。該信號被送至接收機后，首先到達波束選擇開關(guān)（BEAM SELECTOR），經(jīng)波束選擇開關(guān)選擇后，送入接收機的預(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，該信號經(jīng)放大后送至帶通濾波器模塊（PASS BAND FILTER）進行濾波，并分離出長短脈沖，之后送到相位檢測模塊（PHASE DETECTOR）中進行相位轉(zhuǎn)換和修正，并將信號分離為I和Q分量送入信號處理器（SIGNAL PROCESSOR），最后經(jīng)過信號和數(shù)字處理，顯示相關(guān)目標信息。

2.3 接收機的基本組成

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

前端接收機部分（如圖2）：

接收機接收到的反射信號一般都比較微弱，經(jīng)收發(fā)開關(guān)切入到接收通路后，輸入射頻低噪聲放大器，進行信號放大。接收機還通過預(yù)選濾波器，以抑制外部電磁波的干擾。不同的接收機，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；射頻信號通過混頻器可變換成中頻信號。一般來說，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。通過變換本振頻率可將不同頻率以及不同頻帶的信號，在接收機中形成固定的中頻信號和中頻頻率。

中頻接收部分（如圖3）：

主通道接收機將多路信號經(jīng)過二次混頻和中頻放大，再經(jīng)A/D變化后進行中頻濾波采樣，數(shù)字正交，輸出數(shù)字I、Q信號至雷達信號處理器進行信號處理產(chǎn)生點跡（plot）。

頻率源部分（如圖4）：

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

2.4 理論基礎(chǔ)

接收機輸入端的最小輸入信號功率（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；接收機輸入端的絕對溫度為T0；接收機的噪聲帶寬為B；接收機的噪聲系數(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，這僅與信號調(diào)制方式有關(guān)）。在一個系統(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噪聲系數(shù)NF。因此，要提高接收機的靈敏度，則應(yīng)當盡量減小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，極大地影響著接收機的整體性。在多級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的系統(tǒng)中，整機的噪聲系數(shù)如下：

式子中的F1、F2、F3、F4，代表各級端口網(wǎng)絡(luò)在獨立存在時的噪聲系數(shù)，Kp1、Kp2、Kp3代表相應(yīng)的額定功率增益。因此，對于一個多級級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的系統(tǒng)，其整機噪聲系數(shù)，一般由前級放大器的增益和噪聲系數(shù)決定，這對前端接收機的檢測十分重要。

3 故障現(xiàn)象和分析

通過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，屏幕上臺站附近35nm都是白茫茫的一片噪聲。還可以通過從DETECTOR板件的J3或J5口耦合出來的的信號和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通道肯定出了些問題。

接收機由三大塊組成，其中中頻接收機和頻率源可以從監(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)控電腦上確定問題板件，并及時更換備件。但此時的監(jiān)控軟件上顯示這一切都是正常的，因此，可以推斷問題可能出現(xiàn)在FER里。但還是需要通過儀表和數(shù)據(jù)才能證實這一點。

4 故障的確定和處理

通過之前的介紹，可以初步的了解了FER內(nèi)部的構(gòu)造，為了確定問題的板件，這需要從FER的J1口灌入一個頻率為2775MHZ大小為10dbm的射頻信號，這個射頻信號由信號發(fā)生器來產(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（這里選擇平均功率計），這樣功率計上顯示的值恰好是最后輸入FER的信號電平。通過ATCR33S_RECEIVER GROUP手冊可知，信號經(jīng)過波導(dǎo)和protector（耦合是30dbm），接著通過LNA（增益為32dbm），隔離器（衰減為13dbm）最后通過功分器（增益為3dbm）送至接收機單元（RXU）。故理論上從功分器出來的值應(yīng)該在2dbm左右才算是正常的。

通過逐個測量各個器件輸出功率發(fā)現(xiàn)：

（1）LNA的增益較低，更換備件后增益正常

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

5 結(jié)語

本文對一次雷達接收機如何實現(xiàn)功能的內(nèi)部框圖進行了分析，在此基礎(chǔ)上分析了工作中接收機出現(xiàn)的故障，提出了一些檢測故障的參考方法，希望能對從事SELEX一次雷達維護維修的技術(shù)人員有所幫助，文中不妥之處，敬請批評指正。

參考文獻

[1]丁璐飛，耿富錄.雷達原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.

[2]ATCR33S_RECEIVER GROUP TM-10M/E1564，2010.

[3]戈穩(wěn).雷達接收機技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

作者簡介

符博杰（1990-），男，海南省東方市人。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)為中國民航三亞空中交通管理站助理工程師。研究方向為航空通信與監(jiān)視。

作者單位

中國民航三亞空中交通管理站 海南省三亞市 572000