某型飛機光電雷達自檢狀態(tài)不截獲問題分析

張曉明/江蘇金陵機械制造總廠

0 引言

光電雷達由紅外定向儀和激光測距器構(gòu)成，其功能是根據(jù)空中目標的熱輻射，搜索、發(fā)現(xiàn)和自動跟蹤目標，并測量目標角坐標，測量到空中目標的距離[1]。光電雷達具有以下工作狀態(tài)：用60°×10°大場的搜索掃描狀態(tài)、用20°×5°小場的搜索和跟蹤狀態(tài)、帶掃描目標指示的運行狀態(tài)、不帶掃描目標指示的運行狀態(tài)、截獲和跟蹤狀態(tài)、激光測距器值班狀態(tài)和工作狀態(tài)、自檢狀態(tài)。其中，自檢狀態(tài)是光電雷達的一項關(guān)鍵性能指標。

1 自檢狀態(tài)

自檢狀態(tài)是一項光電雷達在機上能夠進行測試的原位檢測項目，基本涵蓋了光電雷達各個方面的性能指標，大致可分為6 個測試階段。

1）在大場搜索狀態(tài)下，測試內(nèi)裝式發(fā)射源線光源的坐標。如果光電探測器產(chǎn)生的信號經(jīng)過視頻放大組件通道放大后，滿足沒有連續(xù)通道故障、總故障通道數(shù)量少于5 個、30 ～35 中心通道沒有故障通道，則進入下一階段，線光源熄滅，點光源點亮。

2）在大場搜索狀態(tài)下，測試內(nèi)裝式發(fā)射源點光源的坐標。當點光源坐標與目標指示坐標的偏離不大于±1°時，則進入下一階段，由大場搜索狀態(tài)轉(zhuǎn)入小場搜索狀態(tài)。

3）在小場搜索狀態(tài)下，測試內(nèi)裝式發(fā)射源點光源的坐標。如果被跟蹤目標的坐標對程序給出的目標指示坐標的偏離不大于±1°，則進入下一階段，由大場掃描狀態(tài)轉(zhuǎn)入帶掃描目標指示的運行狀態(tài)。

4）在帶掃描目標指示的運行狀態(tài)下，如果角度傳感器的輸出端在方位和俯仰位置對程序給出的目標指示坐標的偏離不大于±40′，則進入下一階段，由帶掃描目標指示的運行狀態(tài)轉(zhuǎn)入截獲和跟蹤狀態(tài)。

5）在截獲和跟蹤狀態(tài)下形成被跟蹤目標的坐標，如果被跟蹤的目標對程序給出的目標指示坐標的偏離不大于±10′，形成程序中紅外定向儀良好的指令，專用數(shù)字計算機中帶地址260 字的第26 位置為“1”，則進入下一階段，由截獲跟蹤狀態(tài)轉(zhuǎn)入帶掃描目標指示的運行狀態(tài)。

6）在帶目標指示的運行狀態(tài)下檢查激光測距器，如果專用計算機中帶地址260 字的第25 位置為“1”，專用計算機中帶地址260 字的第24 位給出距離測試標記，狀態(tài)為“0”和“1”跳變，則形成程序中激光測距器良好的 指令。

自檢狀態(tài)中，截獲目標是紅外定向儀良好的一個重要指標，同時也是高故障率的指標。

2 截獲目標

截獲目標包括兩個階段：掃描跟蹤目標階段和截獲目標階段。

2.1 掃描跟蹤目標

測試內(nèi)裝式發(fā)射源位于整流罩中，整流罩燈座СП 燈點亮產(chǎn)生點光源信號，經(jīng)過整流罩燈座45°反射鏡，穿過整流罩透鏡，經(jīng)過掃描反射鏡反射和腔體內(nèi)部的45°固定反射鏡，到達物鏡組件，經(jīng)過物鏡組件上的調(diào)制器反射鏡傳輸?shù)?4 元光電探測器上的光敏元件進行光電轉(zhuǎn)化，形成電信號，電信號經(jīng)過光電探測器前端的放大器，形成10mV的脈沖信號與噪聲信號的混頻信號，傳輸?shù)揭曨l放大組件，進行信號放大，同時進行濾波，濾除噪聲信號，形成目標信號為1 ～15V 的脈沖信號。光路走向詳見圖1。

2.2 截獲目標

電子部件在接收到目標信號后開始下達帶掃描目標指示，調(diào)制器反射鏡以25Hz的頻率進行振動，形成穩(wěn)定的信號，中心視頻放大器組件視頻放大板對從光電探測器傳來的信號進行放大，形成光學(xué)狀態(tài)的信號，中心視頻放大組件匹配板對信號進行識別，形成∑6k 和∑64k信號，中心視頻放大組件光圈控制板通過光圈傳動機構(gòu)調(diào)節(jié)光通量，調(diào)整信號的大小，同時傳輸給電子部件，電子部件下達截獲指令，調(diào)制器反射鏡的振動頻率由25Hz 轉(zhuǎn)化為100Hz，形成截獲信號，光電雷達穩(wěn)定截獲。截獲流程詳見圖2。

在整個截獲目標過程中，不同元器件的故障將導(dǎo)致不同的故障現(xiàn)象，可以根據(jù)故障現(xiàn)象來分析可能發(fā)生故障的元器件，進而定位故障。

圖1 光路走向圖

3 不截獲的問題分析

在整個截獲目標過程中共出現(xiàn)了4種信號，4 種信號的產(chǎn)生有一定的先后順序，下面對這4 種信號出現(xiàn)的不同現(xiàn)象進行分析。

3.1 無法搜索到目標信號

目標信號是一個單脈沖信號（見圖3），在掃描反射鏡掃描到目標時形成，由整流罩燈座СП 燈產(chǎn)生的光源經(jīng)過光路的傳輸?shù)竭_光電探測器，由光電探測器上的光敏元件進行光電轉(zhuǎn)化，光信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過前端運算放大器放大形成目標信號。光路的偏差和信號過小都將導(dǎo)致無法搜索到目標。大致可分為三種類型的故障。

1）安裝位置導(dǎo)致的光路偏差，包括整流罩燈座СП 燈的燈管角度偏差、整流罩燈座45°反射鏡角度偏差、掃描反射鏡角度偏差、物鏡組件安裝位置偏差、光電探測器位置偏差。

圖2 截獲流程圖

2）機械位置導(dǎo)致光路偏差和信號過小。傾斜傳動機構(gòu)通過控制光電探測器與調(diào)制器的相對位置，對掃描反射鏡的掃描范圍進行光路補償，如果傾斜傳動機構(gòu)無法正常工作，將導(dǎo)致掃描反射鏡的掃描范圍縮小和掃描目標偏差。

3）掃描到目標后，光信號需要轉(zhuǎn)化為電信號，光電探測器和視頻放大組件工作異常，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)化后的電信號過小，此類運算放大倍數(shù)過小，導(dǎo)致的信號過小。

以上故障排除的過程一般為：

1）檢查傾斜傳動機構(gòu)的位置是否在零位。

2）在帶掃描目標指示的運行狀態(tài)下檢查視頻放大器組件的信號大小。

3）依次檢查整流罩燈座СП 燈燈管角度、整流罩燈座45°反射鏡角度、掃描反射鏡角度、物鏡組件安裝位置、光電探測器位置。

3.2 搜索到目標信號后無法形成光學(xué)狀態(tài)信號

光學(xué)狀態(tài)信號是一個頻率為25Hz的脈沖信號（見圖4），此時掃描反射鏡停在指令傳輸?shù)奈恢茫{(diào)制器產(chǎn)生25Hz 的驅(qū)動信號，調(diào)制器反射鏡開始振蕩，能夠跟蹤到3°×3°范圍內(nèi)的目標。如果存在掃描發(fā)射鏡停留位置偏差、調(diào)制器反射鏡無法正常振蕩、調(diào)制器安裝位置偏差等情況，都將導(dǎo)致光學(xué)狀態(tài)信號不正確。大致可分為三種類型的故障。

圖3 目標信號

圖4 光學(xué)狀態(tài)信號

1）掃描反射鏡是由方位、俯仰角度傳感器來記錄位置的，邏輯組件對角度傳感器的信號進行處理，角度傳感器和邏輯組件故障，角度傳輸不正確，將導(dǎo)致掃描反射鏡無法停留在正確的位置。

2）調(diào)制器反射鏡是通過調(diào)制器和調(diào)制器邏輯驅(qū)動電流形成器進行工作的，若調(diào)制器、調(diào)制器邏輯、電流形成器發(fā)生故障，將導(dǎo)致調(diào)制器反射鏡無法 工作。

3）調(diào)制器反射鏡振蕩，能夠跟蹤到3°×3°范圍內(nèi)的目標，如果能夠跟蹤到的目標范圍縮小，調(diào)制器反射鏡光路產(chǎn)生偏差，將導(dǎo)致跟蹤不到目標。

以上故障排除的過程一般為：1）測量調(diào)制器信號是否正確。

2）根據(jù)轉(zhuǎn)臺燈管照射到掃描反射鏡上時反射光標與發(fā)射光標重合的原理，使用轉(zhuǎn)臺和光電雷達自身的基準鏡，檢查掃描反射鏡角度傳感器回傳的角度與光學(xué)角度是否存在偏差。

3）根據(jù)校準平臺燈管照射到調(diào)制器反射鏡上時反射光標與發(fā)射光標重合的原理，使用調(diào)制器光學(xué)校準平臺，檢查物鏡中調(diào)制器的位置是否存在偏 差。

3.3 光學(xué)狀態(tài)的信號無法轉(zhuǎn)化為∑6k 和∑64k 信號

∑6k 信號是光學(xué)狀態(tài)下中心視頻放大組件6 路視頻放大器信號的取和，而∑64k 信號是光學(xué)狀態(tài)下所有64 路視頻放大器信號的取和。∑6k 和∑64k 信號通過視頻放大組件的信息處理板處理，由中心視頻放大組件匹配板取和形成。信息處理板故障和中心視頻放大組件匹配板故障將導(dǎo)致這兩個信號無法形成。在帶掃描目標指示的運行狀態(tài)下，檢查∑6k 和∑64k 的信號是否形成正確，大致分為以下兩種類型的故障。

1）若∑6k 信號不正確，檢查中心視頻放大器組件視頻放大板和信息處理板。

2）若∑6k 信號正確、∑64k 信號不正確，檢查周圍視頻放大組件的信息處理板是否正常，檢查周圍視頻放大組件視頻放大器是否正常，不正常可能導(dǎo)致部分信號故障，繼而求和之后的信號故障。由于中心視頻放大組件的匹配板是將∑6k 和∑58k 信號求和，中心視頻放大組件匹配板故障將導(dǎo)致∑64k 信號不正確。

3.4 光學(xué)狀態(tài)的信號無法轉(zhuǎn)化為截獲信號

截獲信號是一個頻率為100Hz 的脈沖信號（見圖5），此時掃描反射鏡停在指令的傳輸位置，中心視頻放大組件光圈控制板根據(jù)∑6k 和∑64k 信號的大小，控制光圈傳動機構(gòu)，通過調(diào)整光通量來調(diào)節(jié)信號的大小，調(diào)制器產(chǎn)生的驅(qū)動信號由25Hz 轉(zhuǎn)化為100Hz，調(diào)制器反射鏡開始加速振蕩，能夠自動跟蹤40′×40′范圍的目標。如果存在光路偏差、信號干擾、調(diào)制器反射鏡無法正常振蕩、調(diào)制器安裝位置偏差、光圈傳動機構(gòu)不正常工作等情況，將導(dǎo)致光學(xué)狀態(tài)信號不正確。大致可分為以下三種類型的故障。

1）光路偏差和信號干擾。調(diào)制器產(chǎn)生的驅(qū)動信號由25Hz 轉(zhuǎn)化為100Hz，調(diào)制器反射鏡開始加速振蕩，能夠自動跟蹤40′×40′范圍的目標，能夠跟蹤到的目標范圍進一步縮小，截獲信號對光路的要求更為嚴格。同時，點光源信號受到的微小干擾也將導(dǎo)致40′×40′范圍內(nèi)跟蹤的目標不正確。

2）調(diào)制器反射鏡的不正常工作。

圖5 截獲信號

3）光圈傳動機構(gòu)的原理是，由中心視頻放大組件光圈控制板根據(jù)∑6k 和∑64k 信號的大小，向光圈電流形成器輸出控制信號，驅(qū)動光圈電機控制光圈的放大縮小，從而控制光通量。如果存在中心視頻放大組件光圈控制板、光圈電流形成器、光圈電機方面的故障，將導(dǎo)致光通量過小。

以上故障排除的過程一般為：

1）測量調(diào)制器信號是否正確。

2）中心視頻放大組件光圈控制板、光圈電流形成器、光圈電機的故障將導(dǎo)致光通量過小。

3）整流罩燈座СП 燈的燈管角度偏差、整流罩燈座45°反射鏡角度偏差、掃描反射鏡反射角度偏差、物鏡組件安裝位置偏差、光電探測器位置偏差、調(diào)制器安裝位置偏差等都將導(dǎo)致光路 偏差。

4）整流罩燈座СП 燈的燈管膜層受損、整流罩燈座45°反射鏡膜層受損、掃描反射鏡膜層受損，將導(dǎo)致點光源信號受到干擾。

3.5 中轉(zhuǎn)信號故障

電子部件是光電雷達中轉(zhuǎn)信號接收處理、指令轉(zhuǎn)化的重要部件，在自檢狀態(tài)截獲目標的整個過程中的各個階段都起到作用。電子部件通過接插件與光電雷達殼體相連，可以優(yōu)先通過串件來進行故障排除。

4 結(jié)束語

光電雷達自檢狀態(tài)截獲目標的過程是光電雷達能跟蹤的目標范圍不斷縮小、信號源位置不斷被精確鎖定的過程。在這一過程中，形成階段信號的電氣元件發(fā)揮了重要作用，而隨著光路的允許偏差范圍不斷縮小，光路的精確度也發(fā)揮著重要作用。本文通過對光電雷達自檢狀態(tài)截獲目標的過程進行分析，從階段信號和光路兩個角度來分析故障器件，為此類故障的修理工作以及修理思路提供參考。