某船用導航雷達接收機調試項目的研究

周志軍 侯淑芳

（江蘇航運職業技術學院，南通 226010）

近年來，我國經濟突飛猛進，帶動了造船業迅猛發展。相對于歐洲、日本等，我國的船舶電子設備裝船率很低，尤其是船舶導航雷達。船用導航雷達是船用導航設備重要的組成部分，一般由天線、發射機、接收機、數字信號處理以及顯示設備等組成。通過對外發射固定頻率的電磁波來檢測回波信號，并結合其他導航設備和傳感器獲取數據。它的核心部件接收機主要分為接收前端與中頻處理兩個部分。其中，性能指標應滿足設計要求，以達到接收高質量雷達回波圖像的目的。

1 船用雷達導航系統HLD-RADAR 900/900C介紹

海蘭信船用雷達導航系統HLD-RADAR 900/900C系列產品通過了CCS/DNV-GL船級社工廠認證，支持符合IMO/SOLAS公約和最新雷達系統規范（IEC 62388—2013）的標準。它具有獨立的雷達海圖，可作為備份ECDIS使用；支持中、英文界面；最多可捕獲100個雷達目標，后臺自動跟蹤最多達10000個；最多支持100個激活船舶自動識別系統（Automatic Identification System，AIS）目標，總共支持1000個AIS目標（包括激活狀態和休眠狀態的AIS目標）；支持AIS目標和自動雷達標繪儀（Automatic Radar Plotting Aid，ARPA）目標融合；支持電子航海圖（Electronic Navigational Charts，ENC）。HLDRADAR 900/900C主要技術參數如表1所示。

表1 HLD-RADAR 900/900C系列船用雷達導航系統技術參數

由表1可知，HLD-RADAR 900/900C船用雷達導航系統工作波段以X波段和S波段為主，采用4段脈沖調制的工作方式，工作頻率分別為（9410±30）MHz和（3050±15）MHz。前者有較高的方位分辨力，有利于近距離探測；后者受雨雪雜波和海浪雜波的干擾較小，電磁波經過雨區的衰減也小，有利于遠距離探測。

2 雷達接收機調試必要性分析

2.1 雷達接收機結構組成

船用導航雷達對遠近距離有不同的需求。近距離時，它要求目標精準度更高；遠距離時，它要求目標回波信號幅度要大，具有發現小目標能力，作用距離遠。HLD-RADAR 900/900C船用雷達導航系統雷達接收機采用一級變頻超外差的結構方式。

接收機包括射頻接收前端和中頻放大檢波兩個部分。射頻接收前端主要將射頻信號變頻至中頻，主要由限幅器、低噪聲放大器、抑制混頻器以及本地振蕩器等組成。中頻放大檢波則將中頻信號進行信號濾波、放大及解調等，最后檢波輸出得到視頻信號。它主要包括中頻放大器、中頻濾波器、對數放大器及視頻放大器等。HLD-RADAR 900/900C船用導航雷達接收機結構，如圖1所示。

2.2 雷達接收機調試必要性分析

船用導航雷達接收機的主要作用是從眾多電磁波信號中檢測所需的有用信號，并無損放大有用信號，再由檢波器檢波將輸出視頻脈沖等信號傳輸到終端設備[1]。電磁波在空間傳播過程中，由于空間傳播的多徑效應，傳播過程中介質損耗較大，且目前電磁環境復雜、遠目標回波微弱等因素，導致雷達接收的回波信號出現干擾信號比有用信號強的情況[2]。

這里以HLD-RADAR 900/900C船用雷達導航系統接收機（以下簡稱RCV）的調試過程為研究對象。通過對接收機RCV電路板進行4波段的脈沖調試，獲取實際數據并計算分析，以提高接收機的高靈敏度和動態范圍，使得雷達接收機同時具備處理近距離目標強反射和遠距離微弱回波信號的能力。在雨雜波和海雜波的干擾下，調試人員需要著重測試抑制帶外噪聲的匹配濾波器。為了優化性能，需要不斷調試脈沖波的一些參數與設計，確保優良的中頻濾波器的穩定輸出與工作，使得靈敏度等特性符合要求。

3 雷達接收機RCV調試準備

3.1 儀表工裝

調試實施前，調試人員需要確保所需的調試器材。所有的測試儀器儀表都需要校正，且在12個月的有效期內校正。同時，調試人員需要檢驗計算機軟件、工裝線纜以及接頭等輔件，確保一切準備到位[3]。

接收機主要調試工裝如下：安裝好調試軟件和配有422串口的計算機；信號發生源和矢量網絡分析儀；示波器（350 MHz帶寬）；雙路電源；數字萬用表；專用SMA測試線；波導轉N型接頭；N型射頻連接電纜。

使用示波器測量視頻信號時，需要匹配75 Ω負載；在焊盤上焊一根地線，以便調試過程中示波器接地；工裝和接地線不用時，使用絕緣膠帶包襄，以免對印制電路板（Printed Circuit Board，PCB）造成傷害。

3.2 RCV接收板硬件檢查

調試人員需要檢查電路板外觀情況，查看元器件是否出現有錯裝、多焊、漏裝、錯連以及歪斜松動等現象[4]。RCV接收板各主要調試點見表2，實物結構圖和調試點如圖2所示。

表2 RCV接收板主要調試點介紹

調試人員測量并核實元器件額定值，重點檢查電容、二極管及三極管等有極性要求的元器件，如鉭電容和鋁質電容等，確保每個元器件值正常。

3.3 靜態電源檢查

通電前，調試人員需要檢查電路板電源，以免出現短路情況[5]。短路測試點如表3所示。

表3 短路測試點介紹

4 雷達接收機RCV調試過程

4.1 調試步驟

電路板調試按照如圖3所示的步驟流程逐步測試。測試前準備記錄單記錄相關測試數據，并分析所記錄的內容是否符合要求。

4.2 RCV接收板設置

RCV接收板在測試前先將IF測試點和GND（電線接地端）連接SMA測試線（焊接時不通電、不連接儀表）。信號源通過SMA測試線連接到RCV接收板，如圖4所示。

所有儀表在使用前需要先開啟電源預熱30 min，電路板預熱30 min。RCV接收板輸出的視頻信號通過示波器探頭連接輸入示波器，其中示波器需要設置為75 Ω匹配輸入。RCV接收板使用的電源電壓范圍見表4。

表4 RCV接收板電壓范圍

4.3 濾波器調試

濾波器先匹配濾波中頻信號，實現最大信噪比輸出，中頻放大器再將中頻信號放大到檢波器正常工作所需要的功率。輸入信號BWO和BW1調試設置見表5。其中，輸入信號狀態部分，1表示懸空，0表示接地。

表5 BWO和BW1調試設置

4.3.1 20 MHz濾波器調試

（1）設置信號源頻率為60 MHz，功率為0 dBm，模式為CW，開環。調試人員先觀察示波器，打開信號源RF開關，確保IF信號輸出為60 MHz±1%。若IF信號大于800 mV（管腳空接），則關閉RF。 20 MHz濾波器CW開環調試過程見表6。

表6 20 MHz濾波器CW開環調試

（2）設置信號源頻率為60 MHz，功率為0 dBm，模式為PW，閉環。脈寬為800 ns±1%，脈沖周期為1 ms±3%，打開信號源RF開關。

BW0接GND、BW1懸空狀態，此時接收機處于20 MHz濾波器狀態，調整RV1使VIDEO信號達4.3 V 左右。若信號小于500 mV，則信號源功率調整到-85 dBm， 查看是否被噪聲淹沒，并記錄最佳狀態數據。

信號源功率衰減時，信號幅度同樣在減弱。為保證功率為0 dBm，信號幅度最大。例如，功率為-30～0 dBm 時，信號幅度增加。因此，在-30 dBm調節噪聲幅度，然后回到0 dBm，重新調節VIDEO信號。20 MHz濾波器PW閉環調試過程見表7。

表7 20 MHz濾波器PW閉環調試

4.3.2 5 MHz濾波器調試

5 MHz濾波器使用矢量網絡分析儀進行調試。首先，儀器開機后進行雙通道校準，頻率范圍選擇55～65 MHz。校準時，直通量校準使用專用工裝線纜。校準后先設置測量為S21，格式為插入損耗，Scale設置為2，Position設置為5，Level設置為-8。顯示器顯示差損為0 dB，校準后在Port1接入20 dB衰減器，Scale設置為5，此時測試插入損耗接近-20 dB，至此矢量網絡分析儀校驗結束。

功率設置為0 dB，選擇BW1接GND、BW0懸空狀態，此時接收機處于5 MHz濾波器狀態，專用線分別焊接AB和EF處。其中，A為輸出GND，B為輸出IF，E為輸入IF，F為輸入GND。線纜焊接完成后，E端連接Port1，B端連接Port2，保持Port1連接20 dB衰減器，然后電路板上電后節D處的L13和L14。

4.4 調諧指示調試

首先，設置信號源頻率為60 MHz，功率為0 dBm， 模式為CW，觀察示波器；設置信號源頻率60 MHz，功率為0 dBm，模式為PW，脈寬為800 ns±1%，脈沖周期為1 ms±3%，打開調制和射頻。

其次，RCV接收板上電，GATE_TUNE管腳接GND。通過調節RV2和L27使得LED指示燈亮，并找出TUNE_IND輸出小于5 V電壓中的最大值（電位器RV2調節到最小后，再調節L27并找到最大調諧指示電壓輸出，最后微調V2使調諧指示電壓輸出不大于5 V）。

最后，增加頻率或者減少頻率，TUNE_IND的電平值均會下降。調試該步驟時，設置信號源頻率調節步長為1 MHz，保證60 MHz時輸出電平最大。調諧指示調試過程見表8。

表8 調諧指示調試

如果TUNE_IND輸出異常，檢查Q3、Q4、TP5、Q6、TP6、Q7及U7等輸出信號。將測試完的RCV單板安裝到整機，之后需要微調點蠟。

5 雷達接收機RCV調試常見故障及解決方法

5.1 接收機靈敏度損失，閉環跟蹤電壓不夠

可能原因：調諧指示電路手動和自動的調整電壓值不匹配，調諧放大器的L27頻率有誤，增益設置 不當。

解決方法：重新調整RV2和校準TUNE REG電壓值。

5.2 接收機無視頻信號輸出，且無噪聲電平

可能原因：射頻前端和中頻單元故障或者電源 故障。

解決方法：排除電源故障或更換前端。

5.3 接收機靈敏度不夠

可能原因：接收機本振頻率調節電壓不正確、中頻前置放大器增益太低、接收機中頻濾波器選擇不正確、對數中放U2燒毀或者對數中放U4的噪聲 過大。

解決方法：重新調整VCO調節電壓（使得IF頻率為60 MHz），檢查前置中頻放大器Q1和Q2有無故障，檢查濾波器帶寬和濾波器選擇電路，檢查對數中放U2器件是否損壞。

5.4 動態范圍過小

可能原因：對數中放U4燒毀、視頻放大器U5增益過大。

解決方法：確定U4損壞后，更換元器件，重新調整電位器V1，降低U5增益。

5.5 回波信號失真

可能原因：電位器RV1調整不正確。

解決方法：重新調整電位器值，使得視頻放大器不飽和。

6 結語

雷達接收機屬于模擬器件的結合。調試過程中，調試人員需要嚴格按照調試步驟執行，調試完成后總結和填寫調試報告，不斷累積經驗，以便后續調試。調試過程中需要注意，記錄數據必須及時，對其進行動態分析與調整，確定是否符合IMO/SOLAS公約和最新雷達系統規范（IEC 62388—2013）的標準要求及技術規范。若有不符合的項務，必須及時解決。