雷神ASR—10SS雷達數據轉換單元的故障檢修

王和順

摘 要 在民航系統中，雷達作為空中交通管制員的“千里眼”，在空中交通管制中發揮著不可或缺的作用。而雷達設備經常由于雷雨天氣、傳輸路由或設備本身等原因使得雷達數據丟失，輕則導致雷達目標丟失、分裂，重則影響管制指揮和航空器的飛行安全。本文從雷神ASR-10SS雷達數據轉換單元的故障點入手，克服老舊設備無備件更換、無板卡相關資料的困難，綜合運用了各設備儀器儀表和多種故障分析方法，精確定位故障點，達到逐一排除故障的效果。

【關鍵詞】數據轉換單元 故障排查

1 雷達信號流程

ASR-10SS雷達信號通過工作站的MSSR板和數據轉換單元后，輸出到本地Modem，通過光端機遠程傳輸至設備機房，經過對端Modem解調后轉換成串口數據，送至Aerotrac自動化系統進行目標融合，最后輸出到空管自動化顯示屏幕中。某日，該雷達A通道無數據輸出，其數據轉換單元指示燈異常，初步懷疑轉換單元故障。

2 故障分析

2.1 數據轉換單元原理

雷神ASR-10SS一次雷達工作站的輸出接口為37針RS422串口，通過雷達數據轉換單元，轉換成25針RS232串口數據，送至傳輸設備端的Modem。RS232與RS422都是串行數據接口標準。RS232采取不平衡傳輸方式，而RS422采用平衡傳輸方式，數據信號采用差分傳輸方式，使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B。此外，RS232和RS422在邏輯電平上的定義也不同。對于RS232，-15～-3V表示邏輯1，+3～+15V表示邏輯0；對于RS422，+2～+6V表示邏輯1，-2～-6V表示邏輯0。

雷達數據轉換單元涉及的核心芯片：

（1）AM26LS32四路差分線接收器，其作用是將差動信號轉換成單極信號輸出；

（2）AM26LS31四高速差分線路驅動器，將單極信號轉換成差動信號輸出；

（3）MC1488p，將TTL電平轉換成RS232；

（4）MC1489p，將RS232轉換成TTL電平。

2.2 故障初步排查

由于該雷達接口轉換單元模塊工作年限近20年，相關手冊資料如電路原理圖已丟失，此處按照一般電子元器件故障方法檢查。

2.2.1 觀察法

檢查電源模塊，電容外觀無爆漿、變形等情況；元件無冒煙或燒焦情況；電源模塊、各芯片無焦臭味；用手觸摸穩壓管、各芯片無過熱情況。

2.2.2 測量法

加電測試，測量穩壓管7509輸出電壓為12V，整板電壓正常，判斷電源模塊正常；用萬用表測量各IC芯片的ICC針腳，各芯片工作環境正常。

2.2.3 替代法

此法適用于簡單電路元器件，但對于多管腳芯片，逐一替代更換則工作量過大，不宜采用。

初步排查結果：未發現明顯異常。

2.3 模擬實驗

用兩臺協議分析儀模擬雷達數據輸入輸出。將1號協議分析儀接至雷達數據轉換單元的RS422端口，2號分析儀接至RS232端口。按下1號分析儀的RUN鍵，開始發送數據，觀察并記錄結果為：RS422端DATA燈不亮，RTS/CTS燈亮，DTR/DSR燈不亮；RS232端DATA燈不亮，RTS/CTS燈亮，DTR/DSR燈不亮。說明1號分析儀（模擬雷達A通道）無數據輸入，且2號分析儀顯示無數據輸出，也即雷達數據轉換單元沒有成功將RS422雷達數據轉換成RS232數據輸出，說明中間轉換門電路出現了故障。為了確定是哪些芯片故障，或者芯片中哪些門電路故障，筆者采用了萬用表的二極管測量法，將RS422端、RS232端針腳與各個芯片的管腳的連線逐一理順，結合各芯片內部的輸入輸出屬性，將電路板核心轉換部分還原成電路圖如圖1，其中箭頭表示數據傳送方向。

2.4 驗證設想

通過在RS422端輸入電壓信號，觀察RS232端的輸出電壓信號變化來判斷芯片是否正常工作。下面以板卡狀態指示燈所在電路為例。

DATA：設RS422端4針腳為A，22針腳為B，RS232端的2針腳為C。用直流穩壓電源在A、B端施加一個+5V電壓，當Vba=5V時，測量Vc=-12.3V，對應邏輯為1；當施加相反電壓-5V即Vba=-5V時，測量Vc=-12.4V，對應邏輯仍為1。而實際上，當RS422端輸入一個正反電壓時，RS232端應當收到不同的邏輯值，表明芯片U1或者U7其中門電路故障，導致無法正確的轉換電平值。

RTS/CTS：同理設RS422端7針腳為A，25針腳為B，RS232端的4針腳為C。用直流穩壓電源在A、B端施加一個+5V電壓，當Vba=5V時，測量Vc=-12.3V，對應邏輯為1；當施加相反電壓-5V即Vba=-5V時，測量Vc=+11.3V，對應邏輯為0。結果表明芯片U2和芯片U7工作正常。

DTR/DSR的測量結果，驗證芯片U2芯片和U8芯片工作正常。結果如表1，其它門電路測試結果不再列舉。

根據實驗結果，將故障點定位為芯片U1，將其更換后，重新加電，接入模擬平臺測試。DATA燈亮，同時協議分析儀顯示有接收數據無誤碼。至此，雷達數據轉換單元得到修復，接下來將該轉換單元裝回原設備進行調試。

3 設備調試

（1）將轉換單元接回設備后，發現傳輸對端依舊無數據接收。斷開Modem，用協議分析儀測量雷達轉換單元的RS232端口，顯示無數據包。此處設備維護人員可能會誤以為該雷達轉換單元尚未修復。實際上，雷達工作站發送數據，必須依靠Modem提供外部時鐘，而協議分析儀無法提供時鐘信號，導致雷達工作站無法發送數據，因此出現無數據輸出的結果，解決方法是使用一分多轉接頭。

（2）再次正確連接設備后，協議分析儀屏幕雖有數據滾動，但卻有數據包丟包和錯包的現象。數據進入自動化系統后被當作錯包處理，因而無法正確顯示雷達信號。

（3）為排除設備故障還是傳輸故障，在雷達數據轉換單元的RS422端線接入協議分析儀，將遠端Modem設置為環回模式。測量返回數據量正常無誤碼，說明雷達數據轉換單元至自動化系統設備工作正常，排除了Modem以及傳輸線路的問題，將故障定位到雷達設備本身。

（4）經檢查，發現原因在于雷達前后臺參數設置有誤，將雷達參數重新設定后，再次接入協議分析儀，查看數據正常，自動化系統顯示雷達目標恢復正常。至此， ASR-10SS雷達得以重新工作。

4 總結

此次故障排查中，筆者在無板卡原始資料情況下，通過熟練運用萬用表，結合芯片輸入輸出屬性，還原了主板的核心電路，并通過施加電壓方法，將模擬量具現化，驗證芯片邏輯功能，從而定位了故障芯片。在設備調試過程中綜合運用協議分析儀、示波器和環回測量法確認了故障的最后一個環節，比較完美地排除了此次故障。對于設備維修人員，平時應當妥善保管各設備原始資料，提高動手能力，掌握設備板件的維修方法，熟練各儀器儀表的使用，對于故障節點較多的地方采用分段排除法，快速定位故障點，為設備修復爭取寶貴的時間。

作者單位

民航珠海進近管制中心 廣東省珠海市 519000