英德拉二次雷達目標偏移分析處理

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摘 要：英德拉二次雷達在民航系統中使用較為廣泛，隨著投產時間增加，部分器件老化，在使用過程中出現了一些新的問題。本文對英德拉二次雷達出現的目標偏移現象進行分析，從現場處置到設備維修，探討了導致目標偏移的幾種可能因素，通過現場測試和驗證，給出了針對該現象分析和處理的方法。

關鍵詞：雷達;相位;單脈沖表;旋轉鉸鏈

中圖分類號：TN974 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0255-02

1 單脈沖測角簡述

英德拉二次雷達是西班牙INDRA公司生產的具有S模式功能的單脈沖二次雷達，型號為20 MP/L MODE-S，該雷達使用單脈沖測角技術獲取目標的方位信息。簡單來說，單脈沖測角技術獲取目標方位需要三個要素，即天線波束指向角、目標偏離瞄準軸角度和符號信息。其中，天線波束指向角，可由天線碼盤給出。目標偏離瞄準軸角度，可使用歸一化差信號，通過和差比的幅值信息得出目標偏離瞄準軸的信息（OBA）。符號信息，即目標相對于瞄準軸偏左或偏右的信息，可通過測試和信號與差信號之間的相對相位關系來確定。圖1表示了目標方位與天線波束指向角和偏離角度的關系，其中偏離角度（ΔAz）包含目標偏離瞄準軸角度和符號信息，所以可得：

目標方位（Target Az）=天線波束指向角（Antenna Az）+ 偏離角度（ΔAz）。

2 英德拉二次雷達目標角度計算

在雷達信號接收過程中，目標產生的1090MHz應答信號經天線被和（Σ）、差（Δ）與控制（Ω）通道同時接收，經射頻切換開關和TRA單元，送往接收機。在接收機中，和信號與差信號送到單脈沖檢測器，由此得到單脈沖視頻信號。具體來講，目標1090MHz應答信號經射頻放大、濾波，與1030MHz本振信號混頻，產生60MHz中頻信號;60MHz中頻信號，經過中頻放大、中頻濾波，再經GTC控制，而后和差（Σ/Δ）信號送到單脈沖檢測器，產生單脈沖視頻信息。

單脈沖檢波器接收Σ/Δ信號生成單脈沖視頻，最終以量化電壓值表示，單脈沖視頻有兩層含義：Σ/Δ信號的幅度比值表示目標偏離天線瞄準軸角度的大小，最終以單脈沖電壓值的大小來表示;Σ/Δ信號的電氣相位表示目標位于天線瞄準軸的左側或右側，最終以單脈沖電壓值的正/負來表示。

具體來看，在雷達本地監控終端SLG上，由歸一化的差信號強度得出單脈沖表。單脈沖表是在雷達設置在常規模式下，錄取器對150個獨立無干擾目標統計結果的平均值。單脈沖表中的數值，即量化電壓值，是數值化的單脈沖視頻與ACP脈沖數的關系，單位為1/4ACPs。量化電壓值的大小對應目標偏移瞄準軸的角度的大小;量化電壓值前面+/-符號，即表示目標位于天線瞄準軸的左側或右側。

如圖2，最左列數值表示數字化單脈沖視頻，即量化電壓值;右邊數值對應1/4ACP的個數，可以由此計算偏離角度。比如，量化電壓值+1024，對應的1/4ACP個數為+146，計算可得ACP個數為+146*（1/4ACP）=+36.5ACP，則對應角度計算為+36.5*360°/16384=+0.8°，即偏離角度為為+0.8°。由此可得，該目標方位=天線波束指向角+0.8°。其中天線波束指向角可由編碼器直接得出，所以通過此計算即可得到目標方位。

3 目標偏移現象及分析處理

在雷達站維護現場發生目標偏移現象時，SLG無告警信息;機柜各模塊運行正常，指示燈無告警;觀察VR3000目標點跡不平滑，存在彎曲偏移現象。一般來說，運行中的設備出現故障時，大致分為兩個階段處理：

（1）應急處置階段：即按應急手冊進行操作的階段。該階段強調故障恢復的時效性，操作簡便、流程固定。目標偏移現象發生后，由于設備無任何告警信息，先后采取了切換雷達主備A/B通道、切換主備編碼器、切換工作模式、單通道重啟、單通道重置錄取器等操作，均未改善目標偏移現象。

（2）設備維修階段：應急處置無法恢復設備正常運行時，即轉入設備維修階段。該階段通過現象分析、模塊測試、儀表測試等，判斷故障位置，排除故障。在一系列簡單處理沒有效果后，需要采用更直接的維修手段。深入分析，硬件上，從應答信號被天線接收以后整個通路，若某模塊出現故障，有可能影響目標方位信號判斷處理;軟件上，SLG單脈沖表內的值發生變化，也會影響目標方位計算;符號位的判斷上，如果符號信息判斷有誤，也會產生目標產生偏移現象。

硬件方面，1090MHz應答信號經天線至機柜頂端進入，依次經過TRA、MRU、MEX（MCPU/MICA02/MICA03）單元。在維護現場，對維護通道分別使用性能良好的備件更換通路中的各板件，切機觀察目標偏移的現象并未改善，由此可排除機柜內模塊故障導致目標偏移的可能性。軟件方面，若單脈沖表里面的值出現問題，可通過重新生成單脈沖表進行糾正。經現場測試，無法重新生成單脈沖表。還有一種可能就是符號位的判斷問題，符號信息是和信號與差信號之間的相對相位關系來確定，應考慮和差相位關系是否出現了問題。

進一步向上端排查機柜頂端至天線部分。英德拉雷達在機柜頂端和通道（Σ）與差通道（Δ）的相位關系是一定的，正常情況下，應當是Σ-Δ=90°（容差±10°）。因此，維護現場使用矢量網絡分析儀對機柜至天線端各通道的駐波及相位進行了測量。

分別測量Σ/Ω/Δ三通道從機柜頂端至天線駐波比，測量結果VSWR值均小于1.5，處于正常范圍。在天線基座上端，分別對Σ與Ω，Δ與Ω，用射頻線纜短接形成回路，分別測量Σ+Ω，Δ+Ω兩段的相位，再將兩結果相減，即可得到Σ-Δ相位差。現場測量Σ-Δ=-189°，與正常值Σ-Δ=90±10°不符。測量結果表明和差通道相位差不正常，由此可初步判斷和差相位差不正常導致目標偏移。

和差通道相位差不正常，在設備安裝時可通過切割機柜頂至天線的線纜實現。由于現場預留線纜較短，割線纜可能導致線纜兩端長度不夠無法連接。經分析，調整和差相位，除了對線纜進行切割以外，也可以通過增加一段線纜或者增加N型轉接頭實現。經現場多次測試調整，最終使得機柜頂至天線部分的和差相位調整為Σ-Δ=84.5°，恢復正常范圍。此時，SLG上也可重新生成單脈沖表，觀察VR3000目標偏移現象得到改善，航線上目標點跡平滑。

繼續查找導致和差相位關系變化的根本原因。相位測量回路已經甩開了天線部分，整個測量回路只有旋轉鉸鏈和三通道射頻電纜及電纜頭。因此，測量的和差通道相位差不正常只有兩種可能性，一種是射頻線纜或射頻頭出現松動或彎折等導致相位變化，經檢查排除了此種可能性;另外就是旋轉鉸鏈內和差相位關系有問題。所以進一步使用矢量網絡分析儀測量旋轉鉸鏈的相位及駐波比，同時現場還測量了一件完好的旋轉鉸鏈備件以作參照，對比結果如表1。

正常情況下，旋轉鉸鏈的和差通道的相位應當是配平的，即Σ-Δ=0°;現場測試結果也驗證了這一點，測得完好的旋轉鉸鏈備件Σ-Δ相位為0.11°，接近于0°。而正在使用的旋轉鉸鏈Σ-Δ=74.40°，此可判斷旋轉鉸鏈故障。由于旋轉鉸鏈為精密密封器件，現場無法拆卸處理，只得更換旋轉鉸鏈備件。更換備件后，目標偏移現象消失。因此，旋轉鉸鏈內部和差通道相位差不正常，是導致目標偏移現象發生的原因。

4 結語

雷達設備維護是一項長期而復雜的任務，從建設投產至長期使用的過程中，會遇到各種問題，特別是在雷達監控終端無告警提示的情況，排查更加困難。本文針對維護現場出現的目標偏移現象，簡單介紹了英德拉二次雷達目標角度計算方法，再從現象判斷、結構分析、操作驗證、測試測量等方面，較為詳細的還原了維護現場的分析和處理過程。最后希望本文能夠對英德拉雷達設備維護人員有所幫助和借鑒，共同保障雷達設備安全穩定地運行。

參考文獻

[1] 張尉.二次雷達原理[M].北京：國防工業出版社，2009.

[2] IRS-20MP/L Mode-S Interrogator Maintenance Manual[Z].