INDRA二次雷達編碼器故障案例分析

劉軍

摘要：目前全國投產的INDRA雷達有30多套，其中湛江空管站INDRA雷達于2013年10月30日投入使用，湛江INDRA雷達除了作為航路雷達外還對湛江機場低空進行了覆蓋，對空中管制提供有效的保障。而該設備從2017年3月份以來，編碼器頻繁出現故障，對運行保障造成壓力，該文就最近INDRA雷達編碼器頻繁出現故障進行排查分析，且就更換編碼器的步驟進行詳細說明。

關鍵詞：INDRA雷達；編碼器；頻繁故障

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）04-0210-02

1 概述

INDRA S模式單脈沖二次雷達為西班牙INDRA公司設計生產的具有S模式功能的單脈沖二次雷達，雙通道配置，全固態設計。單脈沖測角引入一個用于接收的差通道，通過比較和、差通道信號，得到和差比（SDR），通過此值可得到對應的角度OBA（off boresightAngle）信息。天線視軸角度加上OBA值就可得出目標與正北間的方位角度，理論上一個應答脈沖就可以得出目標方位。錄取器根據編碼器給出的ACP、ARP脈沖及ARP延時得出天線視軸角，編碼器的好壞直接影響雷達的測角。INDRA雷達天線系統有2個編碼器，每個編碼器的信號均送至兩個通道，編碼器信號源可選擇Automatic，1#編碼器的信號1A或1B，2#編碼器的信號2A或2B。平時默認選擇Automatic，錄取器將自動選擇性能較好的編碼器信號。

2 編碼器的原理和結構

航管INDRA雷達編碼器屬于增量式光電編碼器，其結構如圖1所示。編碼器由光源、碼盤、檢測光柵、光電檢測器件、轉換電路等組成。碼盤由透光材料制成，上面有很多不透光的黑色刻線，編碼器工作時碼盤隨著天線轉動，光源在碼盤的一端發生光信號，光電檢測器件在碼盤另外一端通過檢測光信號的通斷產生兩個相差90°的ACP信號，如圖1的A相、B相，利用A相和B相的相位關系可以判斷編碼器正轉與反轉（當A相超前B相90度認為正轉，B相超前A相90度認為反轉），Z相產生的脈沖為基準脈沖，它是碼盤轉一周在固定位置上產生的一個脈沖，又稱ARP脈沖。就INDRA雷達編碼器而言，天線旋轉一周產生16384個相同的ACP脈沖、1個ARP脈沖。由此每個ACP脈沖的角度為360°/16384≈0.022°。碼盤隨著天線同步轉動，天線轉過的角度等于轉動期間產生的ACP脈沖數Nx0.022°，雷達以ARP脈沖產生為參考對ACP脈沖計數處理從而得出天線轉過的角度。更換編碼器后，ARP脈沖產生的時候不能保證雷達天線的主波束與正北方向重疊，此時雷達天線主波束和正北有一個夾角θ，這個角度需通過SLG進行調整抵消，具體調整方法后面有詳細說明。

3 故障現象

2017年3月開始INDRA雷達監控SLG項目欄上不定時彈出“ACP_A Signal Failure in Encode和ACP_B Signal Failure in Encode”告警信息，2秒后自動恢復，但SLG監控圖形區上編碼器模塊狀態正常，咨詢廠家答復可能是假告警。

2017年3月8日INDRA雷達SLG監控圖形區上雙通道MEX變橙色降級狀態，ACP1和ARP1（1#編碼器）顯紅色告警狀態，MIC02橙色告警狀態，更換1#編碼器后雷達恢復正常。

2017年4月9日，INDRA雷達再次出現“ACP_A Signal Failure in Encode和ACP_B Signal Failure in Encode”告警信息，但SLG監控圖形區上編碼器模塊狀態正常，該告警出現兩天后自動消失。

2017年8月6日INDRA雷達SLG監控圖形區上雙通道MEX顯橙色降級狀態，ACP1和ARP1顯紅色告警狀態，MIC02橙色降級狀態。更換1#編碼器后雷達告警消失。

2017年9月9日INDRA雷達出現“ACP_A Signal Failure in Encode和ACP_B Signal Failure in Encode”告警信息。

4 故障處理

編碼器信號流程簡圖見圖3。編碼器產生ACP、ARP信號，經過室外饋線到達室內PAN板，PAN板把信號一分二送至A、B通道錄取器處理。雷達監控出現ACP告警，可能是編碼器問題，可能是傳輸的問題，也可能是錄取器處理的問題。

4.1 確定故障點

我們把編碼器信號流程分成三部分：1、編碼器部分；2、傳輸饋線部分；3、室內處理部分。通過對調相應饋線接口確定故障點。

4.1.1 對調PAN板饋線接口

在PAN板上把天線下來的兩根饋線Encoder1、Encoder2對調，對調后發現SLG上的告警從1#編碼器轉移到2#編碼器。如果是室內處理有問題，故障現象不會轉移，故能排除室內通道問題。

4.1.2 對調天線處饋線接口

在天線基座端把兩個編碼器的饋線口對調，發現告警從2#編碼器轉移至1#編碼器，故障現象轉移說明傳輸饋線正常。

4.1.3 更換故障編碼器

前兩次對調我們確定故障點在1#編碼器，更換1#編碼器后雷達告警消失。

4.2 編碼器偏置調整

編碼器更換后維護人員需在SLG上對編碼器進行調整，SLG參數設置區Site/Tracking Tab 功能標簽上提供了Encoder1 Azimuth Offset、Encoder2 Azimuth Offset兩個功能選項（見圖5）：分別用于校準編碼器1和編碼器2的ARP信號角度與正北方向的方位偏置，單位為度。上述兩功能項數據校準需要借助模擬應答機，模擬應答機相當于一個真實的目標，它的天線是固定的，因此它和雷達天線的連線與正北方向夾角也是固定的，這個角度在設備安裝時就已確定。以更換1#編碼器為例，選用1#編碼器信號后在VR3000上觀察到模擬應答機位置由A點變到B點（見圖4），那么更換編碼器后目標的角度與真實目標角度就相差角度y。為消除這個角度y，Encoder1 Azimuth Offset這欄數值應增加y（注：Encoder Azimuth Offset調整數值范圍為0°-365°，超過365°需減365°）。編碼器偏置調整是通過ARP延時來調整正北基準的，具體由SLG控制通道的MIC02卡實現。

5 隱患排查

半年時間更換了兩個編碼器，且沒多久雷達又出現了編碼器告警，這說明問題并沒有完全解決。

5.1 檢查編碼器電源

由于出現故障的均是1#編碼器，我們懷疑是1#編碼器電源輸出不穩導致頻繁故障，編碼器的電源由雷達室內天線控制箱提供。用示波器對天線控制箱里13.5V的編碼器電源進行檢測，測量顯示1#編碼器電源電壓正常且波形平滑。

5.2 檢查天線散熱

天線運行時打開天線基座檢查其兩散熱風扇均正常，用紅外點溫儀測量基座各部件溫度無發現異常，兩個編碼器表面溫度基本一致。

5.3 測量編碼器信號

把之前換下故障編碼器重新換上并用示波器測量該故障編碼器的ACP波形（見圖2），我們可以看到該編碼器ACP脈沖缺失，且ACP脈沖寬度不一致。用計數器對該編碼器ACP脈沖數進行測量發現脈沖數跳變。

5.4 檢查故障編碼器

我們懷疑是編碼器碼盤或計數器有問題，拆開兩個故障編碼器檢查，發現兩個故障編碼器碼盤上均覆蓋著黃油，碼盤刻度被遮擋。

5.5 檢查在用2#編碼器

拆開正常在用的2#編碼器并沒發現碼盤進黃油現象。

5.6 排查結果

至此，編碼器故障的根本原因已經找到。黃油進入編碼器內部遮擋了碼盤，影響其光電檢測元件檢測，導致ACP脈沖丟失，經觀察2#編碼器附近注油點比較靠內，相對1#編碼器加油量要少，所以并未出現此問題。

6 結束語

二次雷達是現代航空交通管制系統中的重要組成部分，它

相當于管制員的雙眼，其重要性不言而喻。編碼器頻繁故障嚴重影響了INDRA雷達的正常運行，維護人員先后檢查編碼器電源、工作環境，發現結果均正常。測量編碼器ACP脈沖時發現其波形缺失，結合編碼器工作原理我們懷疑是編碼器碼盤或者計數器的問題，拆開故障編碼器檢查發現了編碼器內部進黃油。維護人員對2個故障編碼器清潔處理后上機測試正常，解決了編碼器備件少，采購周期長的問題，極大緩解了運行保障壓力。本文就此次案例故障處理及隱患排查過程做了簡要說明，希望對同行處理編碼器故障有一定幫助。

參考文獻：

[1] 王顯軍.光電編碼器的應用——分類源于角度測量基準[J].光機電信息，2010（10）.