雷神ASR—10SS雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元的故障檢修

王和順

摘 要 在民航系統(tǒng)中，雷達(dá)作為空中交通管制員的“千里眼”，在空中交通管制中發(fā)揮著不可或缺的作用。而雷達(dá)設(shè)備經(jīng)常由于雷雨天氣、傳輸路由或設(shè)備本身等原因使得雷達(dá)數(shù)據(jù)丟失，輕則導(dǎo)致雷達(dá)目標(biāo)丟失、分裂，重則影響管制指揮和航空器的飛行安全。本文從雷神ASR-10SS雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元的故障點(diǎn)入手，克服老舊設(shè)備無備件更換、無板卡相關(guān)資料的困難，綜合運(yùn)用了各設(shè)備儀器儀表和多種故障分析方法，精確定位故障點(diǎn)，達(dá)到逐一排除故障的效果。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元 故障排查

1 雷達(dá)信號流程

ASR-10SS雷達(dá)信號通過工作站的MSSR板和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元后，輸出到本地Modem，通過光端機(jī)遠(yuǎn)程傳輸至設(shè)備機(jī)房，經(jīng)過對端Modem解調(diào)后轉(zhuǎn)換成串口數(shù)據(jù)，送至Aerotrac自動化系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)融合，最后輸出到空管自動化顯示屏幕中。某日，該雷達(dá)A通道無數(shù)據(jù)輸出，其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元指示燈異常，初步懷疑轉(zhuǎn)換單元故障。

2 故障分析

2.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元原理

雷神ASR-10SS一次雷達(dá)工作站的輸出接口為37針RS422串口，通過雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元，轉(zhuǎn)換成25針RS232串口數(shù)據(jù)，送至傳輸設(shè)備端的Modem。RS232與RS422都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)。RS232采取不平衡傳輸方式，而RS422采用平衡傳輸方式，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B。此外，RS232和RS422在邏輯電平上的定義也不同。對于RS232，-15～-3V表示邏輯1，+3～+15V表示邏輯0；對于RS422，+2～+6V表示邏輯1，-2～-6V表示邏輯0。

雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元涉及的核心芯片：

（1）AM26LS32四路差分線接收器，其作用是將差動信號轉(zhuǎn)換成單極信號輸出；

（2）AM26LS31四高速差分線路驅(qū)動器，將單極信號轉(zhuǎn)換成差動信號輸出；

（3）MC1488p，將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232；

（4）MC1489p，將RS232轉(zhuǎn)換成TTL電平。

2.2 故障初步排查

由于該雷達(dá)接口轉(zhuǎn)換單元模塊工作年限近20年，相關(guān)手冊資料如電路原理圖已丟失，此處按照一般電子元器件故障方法檢查。

2.2.1 觀察法

檢查電源模塊，電容外觀無爆漿、變形等情況；元件無冒煙或燒焦情況；電源模塊、各芯片無焦臭味；用手觸摸穩(wěn)壓管、各芯片無過熱情況。

2.2.2 測量法

加電測試，測量穩(wěn)壓管7509輸出電壓為12V，整板電壓正常，判斷電源模塊正常；用萬用表測量各IC芯片的ICC針腳，各芯片工作環(huán)境正常。

2.2.3 替代法

此法適用于簡單電路元器件，但對于多管腳芯片，逐一替代更換則工作量過大，不宜采用。

初步排查結(jié)果：未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

2.3 模擬實(shí)驗(yàn)

用兩臺協(xié)議分析儀模擬雷達(dá)數(shù)據(jù)輸入輸出。將1號協(xié)議分析儀接至雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元的RS422端口，2號分析儀接至RS232端口。按下1號分析儀的RUN鍵，開始發(fā)送數(shù)據(jù)，觀察并記錄結(jié)果為：RS422端DATA燈不亮，RTS/CTS燈亮，DTR/DSR燈不亮；RS232端DATA燈不亮，RTS/CTS燈亮，DTR/DSR燈不亮。說明1號分析儀（模擬雷達(dá)A通道）無數(shù)據(jù)輸入，且2號分析儀顯示無數(shù)據(jù)輸出，也即雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元沒有成功將RS422雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù)輸出，說明中間轉(zhuǎn)換門電路出現(xiàn)了故障。為了確定是哪些芯片故障，或者芯片中哪些門電路故障，筆者采用了萬用表的二極管測量法，將RS422端、RS232端針腳與各個(gè)芯片的管腳的連線逐一理順，結(jié)合各芯片內(nèi)部的輸入輸出屬性，將電路板核心轉(zhuǎn)換部分還原成電路圖如圖1，其中箭頭表示數(shù)據(jù)傳送方向。

2.4 驗(yàn)證設(shè)想

通過在RS422端輸入電壓信號，觀察RS232端的輸出電壓信號變化來判斷芯片是否正常工作。下面以板卡狀態(tài)指示燈所在電路為例。

DATA：設(shè)RS422端4針腳為A，22針腳為B，RS232端的2針腳為C。用直流穩(wěn)壓電源在A、B端施加一個(gè)+5V電壓，當(dāng)Vba=5V時(shí)，測量Vc=-12.3V，對應(yīng)邏輯為1；當(dāng)施加相反電壓-5V即Vba=-5V時(shí)，測量Vc=-12.4V，對應(yīng)邏輯仍為1。而實(shí)際上，當(dāng)RS422端輸入一個(gè)正反電壓時(shí)，RS232端應(yīng)當(dāng)收到不同的邏輯值，表明芯片U1或者U7其中門電路故障，導(dǎo)致無法正確的轉(zhuǎn)換電平值。

RTS/CTS：同理設(shè)RS422端7針腳為A，25針腳為B，RS232端的4針腳為C。用直流穩(wěn)壓電源在A、B端施加一個(gè)+5V電壓，當(dāng)Vba=5V時(shí)，測量Vc=-12.3V，對應(yīng)邏輯為1；當(dāng)施加相反電壓-5V即Vba=-5V時(shí)，測量Vc=+11.3V，對應(yīng)邏輯為0。結(jié)果表明芯片U2和芯片U7工作正常。

DTR/DSR的測量結(jié)果，驗(yàn)證芯片U2芯片和U8芯片工作正常。結(jié)果如表1，其它門電路測試結(jié)果不再列舉。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將故障點(diǎn)定位為芯片U1，將其更換后，重新加電，接入模擬平臺測試。DATA燈亮，同時(shí)協(xié)議分析儀顯示有接收數(shù)據(jù)無誤碼。至此，雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元得到修復(fù)，接下來將該轉(zhuǎn)換單元裝回原設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。

3 設(shè)備調(diào)試

（1）將轉(zhuǎn)換單元接回設(shè)備后，發(fā)現(xiàn)傳輸對端依舊無數(shù)據(jù)接收。斷開Modem，用協(xié)議分析儀測量雷達(dá)轉(zhuǎn)換單元的RS232端口，顯示無數(shù)據(jù)包。此處設(shè)備維護(hù)人員可能會誤以為該雷達(dá)轉(zhuǎn)換單元尚未修復(fù)。實(shí)際上，雷達(dá)工作站發(fā)送數(shù)據(jù)，必須依靠Modem提供外部時(shí)鐘，而協(xié)議分析儀無法提供時(shí)鐘信號，導(dǎo)致雷達(dá)工作站無法發(fā)送數(shù)據(jù)，因此出現(xiàn)無數(shù)據(jù)輸出的結(jié)果，解決方法是使用一分多轉(zhuǎn)接頭。

（2）再次正確連接設(shè)備后，協(xié)議分析儀屏幕雖有數(shù)據(jù)滾動，但卻有數(shù)據(jù)包丟包和錯包的現(xiàn)象。數(shù)據(jù)進(jìn)入自動化系統(tǒng)后被當(dāng)作錯包處理，因而無法正確顯示雷達(dá)信號。

（3）為排除設(shè)備故障還是傳輸故障，在雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元的RS422端線接入?yún)f(xié)議分析儀，將遠(yuǎn)端Modem設(shè)置為環(huán)回模式。測量返回?cái)?shù)據(jù)量正常無誤碼，說明雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元至自動化系統(tǒng)設(shè)備工作正常，排除了Modem以及傳輸線路的問題，將故障定位到雷達(dá)設(shè)備本身。

（4）經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)原因在于雷達(dá)前后臺參數(shù)設(shè)置有誤，將雷達(dá)參數(shù)重新設(shè)定后，再次接入?yún)f(xié)議分析儀，查看數(shù)據(jù)正常，自動化系統(tǒng)顯示雷達(dá)目標(biāo)恢復(fù)正常。至此， ASR-10SS雷達(dá)得以重新工作。

4 總結(jié)

此次故障排查中，筆者在無板卡原始資料情況下，通過熟練運(yùn)用萬用表，結(jié)合芯片輸入輸出屬性，還原了主板的核心電路，并通過施加電壓方法，將模擬量具現(xiàn)化，驗(yàn)證芯片邏輯功能，從而定位了故障芯片。在設(shè)備調(diào)試過程中綜合運(yùn)用協(xié)議分析儀、示波器和環(huán)回測量法確認(rèn)了故障的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，比較完美地排除了此次故障。對于設(shè)備維修人員，平時(shí)應(yīng)當(dāng)妥善保管各設(shè)備原始資料，提高動手能力，掌握設(shè)備板件的維修方法，熟練各儀器儀表的使用，對于故障節(jié)點(diǎn)較多的地方采用分段排除法，快速定位故障點(diǎn)，為設(shè)備修復(fù)爭取寶貴的時(shí)間。

作者單位

民航珠海進(jìn)近管制中心 廣東省珠海市 519000