呼和浩特阿萊尼亞二次雷達雷擊故障分析與維修實例

民航內蒙古空管分局 裴方瑞

呼和浩特阿萊尼亞二次雷達雷擊故障分析與維修實例

民航內蒙古空管分局 裴方瑞

為阿萊尼亞二次雷達設備遭雷擊后雙機故障提供維修方案，以民航內蒙古空管分局西什拉烏素雷達站雷擊事件為例，對阿萊尼亞二次雷達設備系統結構及接口電路進行分析研究。發現雷達頭處理器電源以及輸入輸出接口電路控制芯片被擊毀，通過更換設備電源和可編程4通道串行接口PSI-4N板件，使設備恢復信號輸出。

阿萊尼亞二次雷達；雷擊；RHP雷達處理器；接口；傳輸；時鐘

引言

民航內蒙古空管分局西什拉烏素雷達站阿萊尼亞二次雷達設備于2015年7月29日凌晨6：10遭遇雷擊，導致雷達設備主備機同時故障，無信號輸出，對安全生產造成嚴重影響。本次雷擊波及范圍廣，造成雷達接收機、錄取器、雷達頭處理器RHP、傳輸等若干設備故障。面對紛繁復雜的告警信號，內蒙古分局雷達工程師和華北空管局的雷達專家仔細研究故障現象，從問題源頭逐項排查，對接口信號依次進行測試，最終確定故障組件為接收機對數中頻放大器LOG IF，控制錄取器多功能接口組件MIS-1板，雷達頭處理器X8、X9位置可編程4通道串行接口PSI-4N板件和電源，以及PCM傳輸設備接口。下文詳細描述了雷擊排故工作的難點與關鍵步驟。希望其中的經驗可以為同行提供一定的參考與幫助。

1　 故障現象

民航內蒙古空管分局西什拉烏素雷達站安裝一部阿萊尼亞二次雷達，型號為馬可波羅II。該設備于1998年12月投產運行，到2015年已經連續工作17年，步入了故障高發期，運行不穩定，告警頻發。

7月29日凌晨，該雷達設備遭雷擊，雙機均無雷達信號輸出，雷達A、B機均顯示6501告警；雷達頭處理器RHP B機電源故障，設備無法開機，檢查設備板件發現位于X9位置的PSI-4N板件電路燒毀，數塊芯片碳化，如圖1，位于X8位置的PSI-4N板件個別元器件有被燒灼現象；雷達頭綜合顯示器CDS上能看到間斷顯示的原始視頻，但無點跡和航跡數據顯示。在RHP終端輸入ILT命令，RX顯示為OFF，不接收來自雷達錄取器的信號，RAD為UNKNOW，雷達信息未知，輸入IST ON后不提示任何目標信號。同時雷達B通道接收機對數中方LOG IF告警燈變紅，顯示5201和5901告警。

圖1　 被燒毀的電路板

2　 雷達設備排故

根據雷達設備告警提示，6501告警為天線驅動控制單元ASC的電源故障[1]。使用萬用表對ASC單元X12位置的+27V直流電源模塊、X11位置的+5V和±12V直流電源模塊測試點進行測試，萬用表指示電源模塊輸出均在正常范圍之內；更換上述兩部電源模塊備件，告警代碼依舊存在；更換天線電源控制板PAC、編碼器驅動接收板EDR和視頻及觸發信號選擇分配板VTD后，告警依然沒有消除，故懷疑該告警代碼為假告警，ASC單元應該不存在故障。在對ASC單元直流電源模塊更換過程中發現CDS顯示的原始視頻全部消失，重新插拔電源模塊后，原始視頻信號又重新出現，仔細查看電源接口，發現電源接觸點松動，對其緊固后原始視頻保持穩定，不再間斷輸出。

根據之前維護蘇尼特右旗備用阿萊尼亞馬可波羅I號雷達的經驗，阿萊尼亞雷達在設備老舊后可能會出現A機和B機電路互相影響的情況。將雷達點跡錄取器A機除視頻切換組件SWIT-1板以外的所有板件全部取下（由于SWIT-1板是雷達主備機共用的，負責將VERA計算機處理后的點跡信息送RHP處理及接受RHP來的遙控指令，故必須保留在機上），開啟雷達B機，發現此時B機6501告警消失，只存在0301告警，說明B機設備正常；逐步將A機的錄取器板件重新插入設備，當將多功能接口組件MIS-1板插到A機時，在A機還未開機的情況下，B機立刻出現6501現在告警，拔掉后告警再次消失；將該MIS-1板插到B機后，A機和B機開機后會同時出現6501告警。由于MIS-1板主要負責雷達設備的告警管理以及電源狀態監視，當MIS-1板故障后通常會出現各種誤告警，更換MIS-1板備件后，雷達A機和B機無告警顯示[2]。

此時從CDS系統觀察，依然沒有點跡和航跡顯示。在RHP A機終端輸入ILT命令，發現有兩項參數顯示不正確，RX顯示為OFF，意味著RHP未從控制錄取器接收雷達點跡數據；RAD顯示為UNK，表示雷達不被識別。輸入IST ON命令，未出現正常應該提示的點跡和航跡信號輸入數據。通過示波器對控制錄取器輸出到RHP的雷達信號進行測試，可以看到控制錄取器輸出信號正常，信號幅度也符合標準。因此初步確定不是控制錄取器的故障。

依照信號流程對RHP進行測試。由于RHP B機遭雷擊后電源故障，無法開機，故只能對RHP A機開機測試。通過RHP A機終端輸入命令查看發現A機無輸入信號。由于控制錄取器送出的信號是正常的，故懷疑RHP A機的輸入接口電路故障。控制RHP輸入的接口電路板為X8位置的PSI-4N卡，它是RHP主要的I/O模塊，可以管理4個全雙工的串行線通道，可以通過編程實現同步或異步模式的數據交換。該板將雷達點跡信號接入RHP后，RHP進行后續處理形成航跡輸出。雖然該電路板無備件，但RHP A機和B機均包含4塊PSI-4N卡，真正區別其功能的是板卡上的兩塊TMS 27C512芯片中寫入的內容。將RHP B機看似未損壞的PSI-4N板換上A機 X8位置PSI-4N板的TMS芯片，插入A機進行測試，故障現象依舊存在。由于RHP B機雷擊現象較嚴重，懷疑可能是B機所有板件均被擊毀，而缺乏備件使排故過程陷入僵局。我們緊急聯系了華北空管局雷達專家，第二天專家帶來了大量的雷達備件。接著上述思路繼續進行排故，更換X8位置的PSI-4N板后，重新啟動RHP后，CDS上出現了雷達點跡和航跡數據。此時判定雷擊造成了RHP A的輸入接口電路故障。在RHP A機的終端輸入TST命令查看OPS、OR1、OR2、OR3輸出端口情況，發現OPS、OR1和OR2的TX均為OFF，即無RHP無輸出，唯獨OR3的TX為ON，顯示正常。雷擊之前RHP A機的配置為OPS口輸出信號通過微波路由送本廠，OR2口輸出信號通過光纜送本廠，其中OPS端口設置為外時鐘，與其連接的PCM若遭雷擊故障，未送時鐘信號到本端口則有可能輸出為OFF，但OR1、2、3這三個端口均為內時鐘，屬于盲發，其輸出為OFF肯定不正常。查看RHP的配置文件，得知負責輸出接口的板件為X9位置的PSI-4N電路板，取下電路板仔細觀察，發現接口芯片SN75175N和SN75174N有輕微的燒灼現象。使用備件替換后，重新查看輸出端口，發現各接口輸出信號均恢復正常。注意RHP送給CDS的信號是通過X8位置的PSI-4N控制的MON端口，因此即使在輸出電路X9電路板故障的情況下，CDS顯示也是正常的。

3　 雷達丟失目標處理

在雷達設備恢復之后，將雷達信號送入自動化系統顯示，發現通過微波路由（外時鐘）送回本廠的雷達信號丟包率非常高，超出了川大自動化系統的門限，自動化系統自動將該部雷達屏蔽，不進行融合；而通過光纜路由（內時鐘）送回的雷達信號雖然丟包率很低，但是每隔一分鐘左右就會出現一次大面積同一扇區的目標丟失，這兩路信號均通過銀訊PCM設備進行傳輸。測試RHP輸出端口送微波PCM的信號，發現PCM設備通過15腳的輸入時鐘電平幅度在8v上下波動，而24腳的雷達輸出時鐘電平卻高達18v，此時懷疑PCM設備電路接口遭雷擊，設備性能下降，輸出時鐘電平變低，導致雷達信號輸出丟包率升高。更換PCM備件后，測試輸出時鐘電平為12v左右，通過自動化系統查看，發現丟包率下降到正常范圍之內。證實了我們之前關于PCM故障的判斷。

在處理大面積雷達目標丟失的問題時，我們在經過多次試驗后，發現使用機柜內原有的傳輸線傳送信號均會出現該問題，但是若將RHP輸出至PCM傳輸設備之間的傳輸線放置在雷達機柜外面，目標丟失的現象就會消失，只要將線纜放回雷達機柜的線槽內，目標丟失現象立馬出現，判斷是因為線槽內電磁干擾所致。通過示波器查看機柜內負責雷達信號傳輸的線纜針腳，發現傳輸線會自動感應出一個時鐘信號，且周期與雷達時鐘周期不同，長時間的積累效應就會導致雷達數據解碼失敗，故而產生大面積雷達目標丟失。由于線槽之內傳輸電纜眾多，所以只能先將傳輸線放在線槽外邊，確保雷達數據輸出顯示正常，待大修時再對機柜內線纜逐條排察，以確定電磁干擾問題根源。

4　 結束語

雷擊通常會導致設備多組件故障，告警現象復雜，難以短時間修復。通過本次對西什拉烏素阿萊尼亞雷達雷擊的分析與維修，我們搜集了大量的數據，對雷達頭處理器RHP、天線驅動單元ASC和點跡錄取器有了更深刻的認識。非常感謝華北局雷達專家熱情的幫助，沒有他們帶來寶貴的備件，我們是難以修復設備的。本文總結了雷擊維修的工作經驗，詳細描述了處理雷擊后設備的恢復過程，并對涉及到的細節問題進行了闡述，希望能為遇到相同問題的同行提供一些幫助。文章中的不當之處還請讀者批評指正。

[1]蘇紅衛．SIR-M單脈沖航管二次雷達設備講義[J]．天津:中國民航大學,2006．

[2]RADAR AND SYSTEM DIVISIOON Logistic Dept．ALENIA Technial Manual,Antenna Pedstal[Z]．Italy:Alenia Company,March 1992．