ATCR—33S雷達接收機故障診斷

摘 要 本文以意大利SELEX ATCR-33S DPC一次雷達為例，從雷達接收機的運作特點和參數測試，采用相關軟件，以實現對雷達接收機噪聲的顯示和內部器件的狀態監控，最后通過逐步的檢測接收機各個部件的性能。從而能夠清楚的了解接收機當前的工作狀態，為盡快解決相關告警和故障，提供了有利的條件。

【關鍵詞】一次雷達 接收機 故障 診斷

1 緒論

雷達是現代民航最重要的監視設備，在飛行管制中起著舉足輕重的作用。其中，雷達接收機是核心部分，它結構復雜，指標多，數據要求精確。在民航業迅猛發展的今天，空中航道日趨擁擠，這就對雷達系統和維護提出了更高的要求。為了保證雷達系統的可靠性、測量數據的精確度，以及縮短維修時間。全國各空管分局站投入了大量的人力物力，系統地對技術保障人員進行培訓，以形成一支高水平的綜合保障技術隊伍。

一次雷達的接收機是一種多通道接收機，是雷達系統中最關鍵的分系統之一，有I/Q解調器、數字移相器、LNA（低噪聲放大）、濾波器、頻率產生器、限幅器、控制電路及驅動等部件組成，它是集數字、高頻、模擬、視頻、微波為一體的復雜信號接收與處理系統，其性能、體積、重量、成本和可靠性，決定了空中的安全系數。

指標多，參數多、需要測試的設備多，是接收機的一大特點，其頻譜特性、功率、頻率、通道一致性、噪聲特性等是重要的測試內容。

在民航空管行業，航管一次雷達的主要作用是對覆蓋范圍內二次雷達不能發現的目標進行補充監視，尤其是在繁忙的終端區域，由于飛機的數量較多，密度也更大，一次雷達的作用顯得尤其重要。SELEX ATCR-33S DPC一次雷達是近年從意大利引進的一種數字脈沖壓縮（DPC）雷達，能對覆蓋空域進行有效監視，提高空管運行的效率。

2 雷達接收機的工作原理

2.1 概述

雷達一詞是無線電探測和測距的英文縮寫，源于二戰海軍的一個保密代碼。雷達的基本作用是探測目標，并從中反射回的無線電波中分析目標的反射特性、角坐標、速度、距離等信息。

雷達發射機能定向發射電磁波，并通過天線輻射到空中，當雷達發射的無線電波碰到相關的目標后，到會反射回來一部分，當雷達天線接收到反射回來的電磁波后，雷達接收機將其放大后，通過設備，能把射頻信息轉變為數字信息或頻信息顯示出來。

作為雷達重要組成部分的接收機，通常由多組接收通道組成，通過濾波，放大變頻、預選、解調和A/D變形后，形成目標的相位、幅度等視頻或數字信號。

2.2 基本工作原理

超外差接收機體制，是現代雷達接收機的主要構成體制，ATCR-33S DPC一次雷達也不例外。其基本工作原理如圖1所示。

ATCR-33S DPC雷達在接收到回波后，由波導和波導切換開關（WGTS）將微弱的回波信號送至前端接收機（FER），在前端接收機中進行低噪聲放大，并與STALO產生的本振頻率進行混頻，得到第一次下變頻后的640MHz信號。該信號被送至接收機后，首先到達波束選擇開關（BEAM SELECTOR），經波束選擇開關選擇后，送入接收機的預中放模塊（PRE-IF），在該模塊中與670MHz頻率混頻，得到第二次下變頻后的30MHz信號，該信號經放大后送至帶通濾波器模塊（PASS BAND FILTER）進行濾波，并分離出長短脈沖，之后送到相位檢測模塊（PHASE DETECTOR）中進行相位轉換和修正，并將信號分離為I和Q分量送入信號處理器（SIGNAL PROCESSOR），最后經過信號和數字處理，顯示相關目標信息。

2.3 接收機的基本組成

雷達接收機有三個重要組成部分，即頻率源部分、前端接收機（FER）和中頻接收部分。

前端接收機部分（如圖2）：

接收機接收到的反射信號一般都比較微弱，經收發開關切入到接收通路后，輸入射頻低噪聲放大器，進行信號放大。接收機還通過預選濾波器，以抑制外部電磁波的干擾。不同的接收機，射頻濾波器既可放置在射頻放大器之前，也可放置在射頻放大器之后；射頻信號通過混頻器可變換成中頻信號。一般來說，中頻放大器比微波放大器增益好、成本低、穩定性好，其匹配濾波性能突出。通過變換本振頻率可將不同頻率以及不同頻帶的信號，在接收機中形成固定的中頻信號和中頻頻率。

中頻接收部分（如圖3）：

主通道接收機將多路信號經過二次混頻和中頻放大，再經A/D變化后進行中頻濾波采樣，數字正交，輸出數字I、Q信號至雷達信號處理器進行信號處理產生點跡（plot）。

頻率源部分（如圖4）：

每個中頻接收機通道都含有頻率產生器，輸出晶振控制的發生信號并調制出需要的發生波形，并產生第一本振信號670MHz、第二本振信號30MHz。670MHz的中頻信號是由640/670MHz信號產生器產生，30MHz中頻信號是由中頻相干振蕩器產生（COHO）產生。

2.4 理論基礎

接收機輸入端的最小輸入信號功率（即接收靈敏度）：Pmin=k ·T0 · B · NF · （SNR）min （1）玻爾茲曼常數k為1.38×10-23焦耳/度；接收機輸入端的絕對溫度為T0；接收機的噪聲帶寬為B；接收機的噪聲系數為NF；解調器所需最小信噪比為（SNR）min（在一定的誤碼率下，這僅與信號調制方式有關）。在一個系統中，調制方式和噪聲帶寬確定后，在系統中，影響接收靈敏度的便只有整機噪聲系數NF。因此，要提高接收機的靈敏度，則應當盡量減小NF的值。

處于前端位置的低噪聲放大器，在微波接收系統中其性能指標，極大地影響著接收機的整體性。在多級聯網絡構成的系統中，整機的噪聲系數如下：

式子中的F1、F2、F3、F4，代表各級端口網絡在獨立存在時的噪聲系數，Kp1、Kp2、Kp3代表相應的額定功率增益。因此，對于一個多級級聯網絡構成的系統，其整機噪聲系數，一般由前級放大器的增益和噪聲系數決定，這對前端接收機的檢測十分重要。

3 故障現象和分析

通過RMM上的軟件可以發現，B通道的噪聲回波比A通道的噪聲要大很多，屏幕上臺站附近35nm都是白茫茫的一片噪聲。還可以通過從DETECTOR板件的J3或J5口耦合出來的的信號和J16口的觸發接入示波器，觀察比較兩通道的噪聲電平。如圖5所示，B通道肯定出了些問題。

接收機由三大塊組成，其中中頻接收機和頻率源可以從監控軟件上發現故障，所以如果出現告警或者故障，可以從監控電腦上確定問題板件，并及時更換備件。但此時的監控軟件上顯示這一切都是正常的，因此，可以推斷問題可能出現在FER里。但還是需要通過儀表和數據才能證實這一點。

4 故障的確定和處理

通過之前的介紹，可以初步的了解了FER內部的構造，為了確定問題的板件，這需要從FER的J1口灌入一個頻率為2775MHZ大小為10dbm的射頻信號，這個射頻信號由信號發生器來產生。由于連接的線纜也帶有一定的衰減，因此先將儀表和線纜一并接入功率計（這里選擇平均功率計），這樣功率計上顯示的值恰好是最后輸入FER的信號電平。通過ATCR33S_RECEIVER GROUP手冊可知，信號經過波導和protector（耦合是30dbm），接著通過LNA（增益為32dbm），隔離器（衰減為13dbm）最后通過功分器（增益為3dbm）送至接收機單元（RXU）。故理論上從功分器出來的值應該在2dbm左右才算是正常的。

通過逐個測量各個器件輸出功率發現：

（1）LNA的增益較低，更換備件后增益正常

（2）功分器的一個端口輸出的信號電平值是2.3dbm，另一個端口輸出的信號電平值是-0.43dbm。最后打開了功分器檢查，發現問題的端口內部的連接線早已斷開，焊好連接線后器件恢復正常。

5 結語

本文對一次雷達接收機如何實現功能的內部框圖進行了分析，在此基礎上分析了工作中接收機出現的故障，提出了一些檢測故障的參考方法，希望能對從事SELEX一次雷達維護維修的技術人員有所幫助，文中不妥之處，敬請批評指正。

參考文獻

[1]丁璐飛，耿富錄.雷達原理[M].西安：西安電子科技大學出版社，2008.

[2]ATCR33S_RECEIVER GROUP TM-10M/E1564，2010.

[3]戈穩.雷達接收機技術[M].北京：電子工業出版社，2005.

作者簡介

符博杰（1990-），男，海南省東方市人。大學本科學歷。現為中國民航三亞空中交通管理站助理工程師。研究方向為航空通信與監視。

作者單位

中國民航三亞空中交通管理站 海南省三亞市 572000