地面雷達(dá)中常見的方位偏差故障排除

華東電子工程研究所　胡丙華

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地面雷達(dá)中常見的方位偏差故障排除

華東電子工程研究所胡丙華

【摘要】隨著現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)的飛速發(fā)展，新體制雷達(dá)的不斷出現(xiàn)，系統(tǒng)工作模式越來越多樣化靈活化，雷達(dá)系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，但方位信號在任何雷達(dá)系統(tǒng)都有著至關(guān)重要的作用，一旦方位信號出現(xiàn)大的偏差都將會(huì)是非常嚴(yán)重的故障，本文從典型地面雷達(dá)系統(tǒng)的角度出發(fā)，分析了出現(xiàn)方位偏差的常見故障，并給出排除措施，希望對雷達(dá)使用和維護(hù)人員有所幫助。

【關(guān)鍵詞】方位信號；方位偏差

1　引言

方位信號對任何雷達(dá)而言都是非常重要的，無論雷達(dá)體制多么先進(jìn)，系統(tǒng)多么復(fù)雜，雷達(dá)性能多么強(qiáng)大，一旦方位出現(xiàn)偏差都將會(huì)是非常嚴(yán)重的故障，甚至是事故，特別是對于架設(shè)在離邊境不遠(yuǎn)的雷達(dá)，方位出現(xiàn)偏差有可能導(dǎo)致將正常航線上的民航機(jī)判斷為敵機(jī)入境，其后果是可想而知的，因此，對于雷達(dá)操作人員和維護(hù)人員，有必要知道雷達(dá)方位信號如何產(chǎn)生、信號如何傳輸以及出現(xiàn)故障時(shí)該如何排查。由于雷達(dá)方位信號在雷達(dá)系統(tǒng)中非常重要， 本文從一般地面警戒雷達(dá)的角度出發(fā)，講述方位信號的產(chǎn)生，以及常見的方位故障排除，希望對雷達(dá)操作人員有所幫助。

2　雷達(dá)方位信號的產(chǎn)生

在精確定位控制系統(tǒng)中，為了提高控制精度，準(zhǔn)確測量控制對象的位置是十分重要的。目前，檢測位置的辦法有三種：其一是使用位置傳感器，測量到的位移量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送至系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理。此方法精度高，但在多路、長距離位置監(jiān)控系統(tǒng)中，由于其成本昂貴，安裝困難，因此并不實(shí)用；其二是采用光電碼盤，通過碼盤透光孔照射光敏電阻取樣，輸出相應(yīng)位置信息；其三是采用光電軸角編碼器進(jìn)行精確位置控制。光電軸角編碼器根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。

一般比較常用的為光電碼盤編碼器，編碼器主要功能就是將轉(zhuǎn)動(dòng)的角模擬量變?yōu)閿?shù)字量，當(dāng)前在雷達(dá)上使用的主要有增量式和循環(huán)編碼器兩類。增量式光電編碼器主要有光源、碼盤、檢測光柵、光電檢測器件和轉(zhuǎn)換電路組成，碼盤上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個(gè)透光縫隙之間代表一個(gè)增量周期，檢測光柵上有A、B兩組與碼盤相對應(yīng)的透光縫隙，用以通過或阻攔光源和光電檢測器件之間的光線，它們的節(jié)距和碼盤上的節(jié)距相等，并且兩組透光縫隙錯(cuò)開1/4節(jié)距，使得光電監(jiān)測器件輸出的信號在相位上相差90度。當(dāng)碼盤隨著被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，檢測光柵不動(dòng)，光線透過碼盤和檢測光柵上的縫隙照射到光電檢測器件上，光電檢測器件就輸出兩組相位相差90度電度角的近似正弦波的電信號，電信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路的信號處理，可以得到被測的速度信息。

編碼器通過十字連接頭與伺服電動(dòng)機(jī)連接，它的法蘭盤固定在電動(dòng)機(jī)端面上，罩上防護(hù)罩，構(gòu)成完整的驅(qū)動(dòng)部件。光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　光電脈沖碼盤結(jié)構(gòu)示意圖

在旋轉(zhuǎn)鉸鏈處安裝有兩個(gè)增量光學(xué)編碼器，它們相互獨(dú)立每個(gè)都能以平衡差分信號（RS-422） 形式提供ACP （I）、ACP （Q）、APR信號給方位輸入單元。天線每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生4096個(gè)方位變化ACP （I）、ACP （Q） 和一個(gè)方位參考脈沖。方位參考脈沖對于編碼器來說是固定方位的，當(dāng)編碼器安裝到雷達(dá)天線平臺(tái)上時(shí)，由于安裝位置不同其方位參考脈沖相對于天線到位停位置的方位不同，可以通過如下方法來測量天線到位停位置到碼盤方位參考位置之間的脈沖數(shù)：

（1）天線到位停；

（2）將碼盤計(jì)算機(jī)上記錄脈沖數(shù)的開關(guān)打開；

（3）轉(zhuǎn)動(dòng)天線，當(dāng)碼盤方位參考脈沖送來時(shí)，碼盤計(jì)算機(jī)會(huì)給出一個(gè)統(tǒng)計(jì)的數(shù)值，見下圖中的“north1 data”即為天線到位停位置到碼盤方位參考位置之間記錄的脈沖數(shù)。

（4）當(dāng)“north1 data”數(shù)據(jù)送回來之后，關(guān)閉碼盤計(jì)算機(jī)，將碼盤計(jì)算機(jī)上記錄脈沖數(shù)的開關(guān)關(guān)閉，數(shù)據(jù)會(huì)保存在計(jì)算機(jī)里。

第一個(gè)數(shù)據(jù)一旦寫入碼盤計(jì)算機(jī)，只要碼盤安裝位置不變，一般不會(huì)發(fā)生變化，而且兩次數(shù)據(jù)寫入之間的數(shù)據(jù)誤差不會(huì)太大，例如編碼器一圈共產(chǎn)生4196個(gè)脈沖數(shù)，則一個(gè)脈沖代表的角度為1/4196=0.000238度，可以看出，一個(gè)脈沖代表的方位是非常小的，通常情況下第一個(gè)數(shù)據(jù)值兩次寫入之間的誤差在10以內(nèi)是允許的。

圖2　參考脈沖方位示意圖

第二個(gè)數(shù)據(jù)“north2 data”為定北儀送過來的定北數(shù)據(jù)值，其值表示地理正北方位到定北儀上箭頭所指方向之間的夾角。

圖3　定北方位示意圖

第三個(gè)數(shù)據(jù)“north3 data”為系統(tǒng)修正的角度，當(dāng)方位出現(xiàn)偏差時(shí)可以人為進(jìn)行方位修正。

圖4　碼盤計(jì)算機(jī)VGA顯示示意圖

3　常見方位偏差故障

知道了圖4中三個(gè)數(shù)據(jù)的含義后，對于排除方位偏差故障大有幫助，根據(jù)某型號雷達(dá)調(diào)試以及部隊(duì)使用情況收集的故障信息，方位偏差故障一般分為以下三類：

（1）方位與真實(shí)方位出現(xiàn)一個(gè)固定角度偏差；

（2）方位與真實(shí)方位出現(xiàn)一個(gè)不固定角度偏差，即每圈正北方位都在變化；

（3）方位掃描線轉(zhuǎn)到某個(gè)方位時(shí)出現(xiàn)掃描線回掃的現(xiàn)象。

對于第一類故障，可以通過如下步驟解決：

a.檢查north1 data數(shù)據(jù)是否有變化，如有變化，則可以重新寫入一至兩次，如果數(shù)據(jù)變化較大，則需要對碼盤重新進(jìn)行安裝；

b.如果碼盤安裝沒有問題，則可能是碼盤本身故障，可以通過更換碼盤的方式解決；

c.如果north1 data數(shù)據(jù)沒有變化，則可以通過重新定北的方式解決；

d.如果定北仍不能解決，則可以通過人工修正方位的方式解決；

其故障排除流程如圖5所示：

圖5　第一類故障排除流程圖

對于第二類故障可以通過如下步驟解決：

a.通過多次寫入碼盤基數(shù)的方法來判斷，如果多次寫入的數(shù)值變化不大，則可以判定方位碼盤正常；此時(shí)需要檢查方位信號傳輸鏈路上是否有問題，例如方位信號鏈路上的匹配電容或電阻是否失效。

b.如果多次寫入的數(shù)值變化較大，則可以判斷為方位碼盤故障或者其聯(lián)軸節(jié)松動(dòng)導(dǎo)致，可以通過重新安裝或者更換方位碼盤的方式解決。

其故障排除流程如圖6所示：

圖6　第二類故障排除流程圖

對于第三類故障，可以通過如下方法解決：

用示波器觀察方位碼盤的基準(zhǔn)脈沖信號，一圈只應(yīng)該有一個(gè)方位基準(zhǔn)脈沖信號，如果從示波器上觀察到兩個(gè)基準(zhǔn)脈沖，則可以判斷為方位碼盤故障導(dǎo)致；如果示波器上只有一個(gè)方位基準(zhǔn)脈沖，且每一圈只出現(xiàn)在固定方位，則可以判斷為碼盤計(jì)算機(jī)故障；

其故障排除流程如圖7所示：

圖7　第三類故障排除流程圖

碼盤的結(jié)構(gòu)安裝問題在實(shí)際使用中也比較常見，比較典型的有碼盤連軸節(jié)打滑、碼盤上的軸斷裂等。碼盤安裝示意圖如圖8所示：

圖8　碼盤安裝示意圖

碼盤連軸節(jié)易松，轉(zhuǎn)動(dòng)軸易斷，分析認(rèn)為一般是碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸與減速器端驅(qū)動(dòng)軸不同軸，連軸節(jié)受到徑向力，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中軸是扭轉(zhuǎn)的。同軸度偏差大，輕則導(dǎo)致連軸節(jié)松脫，重則導(dǎo)致連軸節(jié)斷裂，在實(shí)際安裝過程中需要確保安裝精度。

4　結(jié)束語

建議雷達(dá)操作人員每次在上報(bào)情況之前，都要先對雷達(dá)的方位信號進(jìn)行檢查，最直觀的方法就是觀察原始視頻中固定地物雜波的方位，確保方位正確后才能上報(bào)情況。一旦方位出現(xiàn)偏差，需要注意觀察故障現(xiàn)象，可以參考本文中介紹的相關(guān)方法進(jìn)行檢查。

參考文獻(xiàn)

[1]《XXX雷達(dá)故障分析報(bào)告》(內(nèi)部資料).

[2]《XXX雷達(dá)售后服務(wù)報(bào)告》(內(nèi)部資料).

[3] XXX雷達(dá)培訓(xùn)資料(內(nèi)部資料).