陳云龍

(民航重慶空管分局，重慶 401120)

0 引言

隨著中國民航行業(yè)的高速發(fā)展，空中交通流量的日益增加，二次雷達(dá)A/C模式已不能滿足空中交通管制的需求。自20世紀(jì)80年代以來，經(jīng)過多年研究，S模式逐漸被國際民航組織(ICAO)接受，作為二次雷達(dá)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1]。與傳統(tǒng)A/C模式相比，S模式具有以下優(yōu)點：高度精度為25 ft，相較A/C模式的100 ft有較大提高；數(shù)據(jù)中包含24位地址，能夠為每架飛機分配唯一的地址碼；具備一定的數(shù)據(jù)鏈功能，能夠傳遞大量信息；具備數(shù)據(jù)校驗功能，確保數(shù)據(jù)傳輸可靠[2]。意大利SELEX公司設(shè)計生產(chǎn)的SIR-S型二次雷達(dá)，是具有S模式功能的單脈沖二次雷達(dá)，其雙通道配置可進(jìn)行主備機自動切換或手動切換[3]。文章主要就SIR-S型二次雷達(dá)的基本型、增強型S模式測試進(jìn)行了介紹，并就其出現(xiàn)的重碼故障進(jìn)行分析定位。

1 系統(tǒng)及監(jiān)控組成

1.1 系統(tǒng)組成

SIR-S型二次雷達(dá)為雙通道系統(tǒng)，互為冗余備份。每個通道主要由以下部分組成：電源組件、接收組件、發(fā)射組件、切換組件、應(yīng)答處理和通道管理組件(RPCM)。

切換組件(Changeover)為雙通道共用，具備切換通道、調(diào)整二次雷達(dá)和差通道相位、分配天線方位信號等功能。

發(fā)射組件主要由射頻源模塊、驅(qū)動放大模塊、主高功率放大模塊、輔高功率放大模塊、射頻輸出模塊、發(fā)射機狀態(tài)監(jiān)控模塊等組成。主要提供以下功能：對和、控制信號進(jìn)行脈沖調(diào)制；對和信號進(jìn)行差分相移鍵控；與應(yīng)答處理和通道管理組件進(jìn)行數(shù)據(jù)、監(jiān)控信息的交換；提供用于發(fā)射和接收下變頻的1 030 MHz信號。

接收組件主要由前置預(yù)選濾波器、移相器、射頻和測試振蕩模塊、對數(shù)放大和鑒相器模塊等組成。其主要功能為：接收來自前置預(yù)選濾波器的和、差、控制信號；將射頻信號下變頻為中頻信號；通過對數(shù)放大器對信號進(jìn)行放大，以保證脈寬和相位相匹配；將中頻信號轉(zhuǎn)為視頻信號。

1.2 監(jiān)控組成

SIR-S系統(tǒng)監(jiān)控主要由本地控制與監(jiān)視系統(tǒng)(LCMS)、二次雷達(dá)本地控制面板(SSR LCP)、雷達(dá)維護(hù)監(jiān)視系統(tǒng)(RMM)、雷達(dá)頭數(shù)據(jù)處理器(RHP)終端組成[4]。本地控制與監(jiān)視系統(tǒng)能夠連續(xù)對設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，實時顯示告警信息，并能通過顏色圖形表示設(shè)備故障的類型和位置，提供聲音報警，同時提供人機接口界面，保存日志和數(shù)據(jù)。本地控制面板可以觀察系統(tǒng)運行情況，并根據(jù)需要對二次雷達(dá)進(jìn)行控制，如開關(guān)輻射、切換通道等。雷達(dá)頭數(shù)據(jù)處理器接收從一次雷達(dá)或二次雷達(dá)(根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置)傳送來的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行以下功能：信號合成；追蹤和發(fā)送本地點跡、航跡信息到另外的工作站點；處理雷達(dá)系統(tǒng)的本地或遠(yuǎn)程的操作指令，接收每個設(shè)備的狀態(tài)信息，并激活所有告警和控制信號。

2 S模式測試

在啟用S 模式前，首先確認(rèn)雷達(dá)的工作處于正常狀態(tài)，并備份系統(tǒng)參數(shù)。

2.1 SSR LCP加載S模式參數(shù)組

(1)將需要更改模式的通道切換到備用，并關(guān)閉發(fā)射。

(2)在SSR LCP找到相應(yīng)通道的菜單Channel Configuration—》Update Setting。

(3)加載參數(shù)文件，下面兩種方法選其一即可。方法1(加載二進(jìn)制文件)：在菜單右側(cè)Update Setting部分找到Load Files，將3組參數(shù)均加載S模式參數(shù)組。方法2(加載TXT文件)：在菜單右側(cè)Update Setting部分找到FILE in Text Mode，將Load TXT File加載S模式參數(shù)組。

(4)另一通道的設(shè)置相同。

2.2 修改用戶應(yīng)用程序配置文件(UAP)參數(shù)

SELEX SIR-S二次雷達(dá)系統(tǒng)正常工作時生成點跡文件，且該點跡文件采用SELEX廠家自定義格式，用戶使用的航跡數(shù)據(jù)通過雷達(dá)頭處理器(RHP)生成。該航跡數(shù)據(jù)根據(jù)用戶應(yīng)用程序配置文件(User Application Profile)的定義使用相應(yīng)格式來進(jìn)行封裝。

SELEX所用的兩種封裝格式，均為歐控(Euro Control)定義的ASTERIX格式，分別為該格式下的Category001，002(A/C模式目標(biāo)報和服務(wù)報)，Category034，048(S模式服務(wù)報和目標(biāo)報)。RHP在配置文件TRH.INI中對其輸出端口的UAP進(jìn)行了定義。修改UAP配置的具體流程如下：

(1)用LCP SSR電腦上FTP服務(wù)器遠(yuǎn)程訪問到RHP。

(2)拷貝TRH.INI和TRH.DAT到本地電腦并備份。

(3)修改TRH.INI，在文件中找到UAP定義部分[fc_uap]。

(4)修改對應(yīng)端口的配置參數(shù)。根據(jù)[fc_uap]說明部分的詳細(xì)解釋可知，SELEX SIR-S型二次雷達(dá)所使用的Category001，002對應(yīng)的參數(shù)為17，Category034，048對應(yīng)的參數(shù)為12。

(5)修改完成后保存TRH.INI并遠(yuǎn)程登錄RHP上傳，覆蓋原有TRH.INI文件，并刪除參數(shù)配置文件TRH.DAT(刪除原有參數(shù)配置文件TRH.DAT后，重啟RHP，系統(tǒng)會根據(jù)TRH.INI文件生成新參數(shù)配置文件TRH.DAT；若不刪除原參數(shù)配置文件TRH.DAT，會導(dǎo)致修改參數(shù)無法生效)。

(6)重啟相應(yīng)RHP，在LCP上開啟相應(yīng)通道輻射，完成二次雷達(dá)基本型S模式啟用(在修改RHP1用戶應(yīng)用程序配置文件參數(shù)時，需把RHP2關(guān)機，避免RHP1重啟時從RHP2讀取數(shù)據(jù)，導(dǎo)致UAP參數(shù)更改失敗，或者在RHP1和RHP2的TRH.INI文件都更改完成后再進(jìn)行重啟)。

若需啟用增強型S模式，除以上步驟外，還需在TRH.INI文件中將相應(yīng)BDS寄存器(如BDS40，50，60)“flag”由“off”修改為“on”。

成功啟用二次雷達(dá)S模式后，可通過本地監(jiān)控軟件對雷達(dá)目標(biāo)進(jìn)行觀察：觀察雷達(dá)對機載應(yīng)答器的BDS10(數(shù)據(jù)鏈能力報告)、BDS17(普通使用GICB能力報告)、BDS20(飛機呼號)寄存器信息獲取是否正常，可知二次雷達(dá)基本型S模式功能是否正常；觀察雷達(dá)對機載應(yīng)答器的BDS40(飛機意圖)、BDS50(航跡和轉(zhuǎn)彎報告)、BDS60(航向和速度報告)寄存器信息獲取是否正常，可知二次雷達(dá)增強型S模式功能是否正常。

3 重碼故障分析

3.1 現(xiàn)象描述

SIR-S型二次雷達(dá)雙通道分別開啟S模式后，觀察通道一設(shè)備指示燈均正常，雷達(dá)維護(hù)監(jiān)視系統(tǒng)(RMM)顯示目標(biāo)信號正常，本地控制與監(jiān)視系統(tǒng)(LCMS)無告警，本地控制面板(LCP)無告警；觀察通道二設(shè)備指示燈均正常，RMM顯示部分目標(biāo)重碼，LCMS無告警，LCP無告警。

3.2 接收信號流程

二次雷達(dá)應(yīng)答信號分為和、差、控制信號，均通過同軸線纜送到切換組件。在切換組件上，差信號可以通過旋鈕進(jìn)行相位調(diào)整，以使兩個通道的相位匹配。之后，差信號直接進(jìn)入接收機，而和、控制信號要先通過低通濾波器、功率檢測器和環(huán)流器再進(jìn)入接收機。

進(jìn)入接收機后，信號首先進(jìn)入前置預(yù)選濾波器，濾除信號的鏡像頻率和射頻，從而保護(hù)接收機組件，隨后信號進(jìn)入移相器，對和、差信號的相位差進(jìn)行還原，以保證和、差信號的相參。

之后，信號被送入射頻和測試振蕩組件。其包括了限幅器、耦合器、低噪放大器、帶通濾波器和混頻器。限幅器的主要功能是通過控制射頻功率級從而保護(hù)接收機；耦合器通過結(jié)合本地產(chǎn)生的1 090 MHz測試信號，從而實現(xiàn)自動環(huán)路控制并產(chǎn)生自檢信息；低噪放大器具有高增益和低噪聲特性，因此可以減小接收信號的噪聲系數(shù)；帶通濾波器的作用是在信號進(jìn)入混頻器前濾除鏡像頻率；混頻器則通過將接收到的射頻信號與發(fā)射機傳來的連續(xù)波信號混頻，從而得到中頻信號。

中頻信號隨后被送到對數(shù)放大和鑒相器組件，對信號進(jìn)行對數(shù)放大和鑒相，從而獲取偏離瞄準(zhǔn)軸的角度信息及I/Q分量。輸出的I/Q分量被送到應(yīng)答處理和通道管理組件，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、應(yīng)答處理等操作后，對信號進(jìn)行點跡錄取，最后點跡信號傳送至雷達(dá)頭處理器生成目標(biāo)航跡信號。

3.3 故障分析

SIR-S型二次雷達(dá)通道二開啟S模式后，設(shè)備指示燈、LCMS、LCP均無告警指示，僅RMM顯示部分目標(biāo)重碼，且常規(guī)A/C模式運行正常，可從軟件參數(shù)和硬件設(shè)備兩方面進(jìn)行分析。

軟件參數(shù)方面，懷疑為通道二S模式下運算不準(zhǔn)確導(dǎo)致目標(biāo)分裂。在SSR LCP軟件上找到二次雷達(dá)通道二S模式相關(guān)參數(shù)，嘗試通過更改和、差通道信號增益補償量來校正目標(biāo)(增益補償?shù)脑硎牵河捎诤?、差通道存在性能差異，而目?biāo)的位置又是通過和差通道幅度運算出來的，所以增益補償可以做到保持雷達(dá)運算目標(biāo)的正確性)。嘗試修改設(shè)定取值生效后，通道二重碼情況依然存在，可知重碼與和、差通道信號增益補償無關(guān)。

硬件設(shè)備方面，SIR-S型二次雷達(dá)應(yīng)答處理和通道管理組件(RPCM)主要功能為：與RHP數(shù)據(jù)交互；計時功能；詢問模式選擇；應(yīng)答處理及相關(guān)；校正接收通道；記錄/回放功能；外部單元管理；BITE管理。同時，如圖1所示，RPCM組件由輸入輸出控制器(IP CARRIER)、主處理板(MVME5500)、VME時間生成器(VEG)、應(yīng)答處理板(REP)、視頻接口板(VIM)組成。

圖1 RPCM組件

分析主處理板MVME5500，因其具備S模式時序控制及點跡錄取功能，若是主處理板功能出現(xiàn)性能降級，則可能導(dǎo)致部分目標(biāo)重碼。更換備件后，故障現(xiàn)象不變，故排除其故障的可能。

隨后，分析應(yīng)答處理器(REP)板主要功能如下。

(1)MPC(單脈沖通道)實現(xiàn)常規(guī)模式和S模式通道的共用處理功能：增益修正和數(shù)字信號補償；輸入信號過濾；產(chǎn)生可編程時間控制靈敏度門限；產(chǎn)生A/C和S模式存在信號；OBI信息產(chǎn)生。

(2)ATC(常規(guī)通道)實現(xiàn)常規(guī)通道處理功能：應(yīng)答信號前沿和后延確認(rèn)；框架檢測；抗虛假目標(biāo)；抗串?dāng)_；單脈沖測量；解碼；應(yīng)答數(shù)據(jù)報告產(chǎn)生和存儲；抗交錯；原始視頻產(chǎn)生。

(3)MSC (S模式通道)實現(xiàn)S模式通道處理功能：應(yīng)答信號前沿和后延確認(rèn)；檢測識別S模式應(yīng)答頭；單脈沖測量；解碼；已解代碼錯誤識別和修正；應(yīng)答數(shù)據(jù)報告產(chǎn)生和存儲。

因為SIR-S型二次雷達(dá)通道二能正常開啟A/C模式且目標(biāo)信號正常，開啟S模式后出現(xiàn)部分目標(biāo)重碼問題，由此，懷疑S模式出現(xiàn)重碼故障是由于REP板中功能3(S模式通道管理)降級導(dǎo)致的。

嘗試更換應(yīng)答處理器(REP)備件后，SIR-S型二次雷達(dá)通道二再次開啟S模式，重碼情況消失，S模式信號正常，因此最后定位故障在REP板中S模式管理部分。

4 結(jié)語

隨著時代發(fā)展，科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，民航空管雷達(dá)設(shè)備模塊化程度越來越高，設(shè)備監(jiān)控告警功能愈發(fā)完善。利用監(jiān)控告警信息實現(xiàn)故障快速定位，已成為設(shè)備維護(hù)人員工作中必不可少的一環(huán)。文中因應(yīng)答處理器功能降級導(dǎo)致SIR-S型二次雷達(dá)單通道S模式部分目標(biāo)重碼，同時設(shè)備指示燈、監(jiān)控軟件均無任何告警的情況較為少見，本文簡短地介紹了該種情況下SIR-S型二次雷達(dá)故障分析過程，同時就S模式的測試流程進(jìn)行了描述，希望對同型號雷達(dá)維護(hù)人員的工作有所幫助。