指標測試在導航雷達檢修維護中的應用

韓 璐 楊 洋 熊東旭 李建榮

(中國衛星海上測控部，江蘇 214431)

指標測試在導航雷達檢修維護中的應用

韓 璐 楊 洋 熊東旭 李建榮

(中國衛星海上測控部，江蘇 214431)

通過研究船用導航雷達系統結構及各功能模塊作用，對影響導航雷達正常運行的關鍵技術指標進行了詳細的分析。提出在船用導航雷達的檢修維護工作中，利用無線電計量設備測試關鍵技術指標，從而對設備狀態進行準確評估的方法。通過實踐證明，該方法準確可靠，對設備的檢修維護工作提供了良好的參考。

指標測試 導航雷達 檢修維護

1 引 言

導航雷達是各型船舶重要的助航設備，在船舶近海定位、引導船舶進出港、狹窄航道航行以及船舶避碰中有著十分重要的作用。在航行過程中，導航雷達一旦出現故障不僅影響船舶正常航行，甚至可能危及船舶安全，從而造成經濟損失。在日常工作中，加強對導航雷達的檢修維護，能夠有效預防導航雷達突發故障，保障船舶航行安全。

目前導航雷達的檢修維護工作通常以測試使用設備各功能，進行狀態檢查的方式來完成，該方法無法及時發現設備潛在故障缺陷，設備的安全運行依舊存在一定的隱患。通過對導航雷達開展關鍵技術指標測試，可以有效發現設備各組成部件的潛在故障，預知設備狀態，對設備的檢修維護提供有力的技術支持。

2 導航雷達結構及關鍵技術指標分析

導航雷達由收發機系統、天線、顯示器、雷達電源4個分系統組成，其中收發機系統由觸發電路(定時器)、發射機、收發開關及接收機4個模塊組成。常見的導航雷達根據天線與收發機系統組成結構的不同又可分為二單元導航雷達和三單元導航雷達。常見導航雷達組成結構如圖1所示。

2.1 天線系統分析

導航雷達的天線系統為定向收發天線，方向性很強，其主要作用是將發射機經波導饋線送來的射頻脈沖能量聚成細束朝一個方向發射出去，并接收此方向物標反射回來的雷達回波，信號經過波導饋線和收發開關送至接收機模塊[1]。考慮到導航雷達工作的惡劣環境，雷達天線設計通常進行了防潮和抗風處理，對導航雷達天線系統的日常檢修維護工作可以通過目視檢查：天線內部是否受潮，波導口有無積水、破裂，馬達驅動和方位電路是否有元器件異常以及馬達轉速是否均勻等項目來完成。

2.2 電源和顯示器系統分析

雷達電源和顯示器系統是導航雷達重要的兩個獨立輔助系統。雷達電源系統負責提供穩定的電力保障，通常需要將船電轉換為頻率在400Hz～2000Hz的中頻交流電。顯示器系統根據物體回波信號、天線方位信號，將雷達搜索范圍內的物體以相對船舶方位和距離的方式平面顯示，系統通常還配有物體相對方位和距離的測距、警戒輔助工具。由于電源和顯示器系統功能獨立且較為通用，在出現故障時易于觀察、定位，不影響雷達系統安全運行，在日常的檢修維護工作中開展必要的狀態檢查即可滿足要求。

2.3 收發機系統分析

收發機系統由觸發電路、收發開關、發射機和接收機4個模塊組成，是整個導航雷達系統最為重要的組成部分，各模塊參數狀態是否正常直接影響雷達整機性能。

2.3.1 觸發電路模塊分析

觸發電路(定時器)是導航雷達收發系統的控制中心，通過向發射機模塊、接收機模塊、收發開發和其他輔助功能電路發送固定時序或時延可調的觸發脈沖信號，控制導航雷達準確有序地完成雷達信號發射、物標回波信號接收及視頻信號同步解調工作。觸發信號時序必須滿足雷達發射信號產生、雷達探測距離與物標回波傳輸時間、收發開關轉換時間，視頻處理電路時延等對電路工作時機的影響，觸發信號時延必須準確無誤、信號的電參數特性(幅度、脈寬等)必須滿足接收電路要求。

各觸發信號如果出現時序錯誤，將可能導致發射機高頻信號無法通過天線及時發射；收發開關誤將發射機高功率信號送入接收機，從而燒毀接收機；視頻顯示信號不同步等問題，影響雷達正常工作甚至損壞雷達。測試檢查觸發電路各觸發脈沖時序準確性，是判斷觸發電路工作狀態的重要指標。

2.3.2 發射機模塊分析

發射機模塊主要由脈沖調制器、磁控管振蕩器和高/低壓電源等部分組成，如圖2所示。磁控管受脈沖調制器輸出信號控制，產生導航雷達所需的固定頻段(S波段/X波段)雷達發射信號。脈沖調制器是發射機模塊的控制中心，其發送控制信號脈沖參數的質量決定了雷達的基本性能。信號寬度和頻率決定了雷達的搜索量程遠近，距離分辨力高低和雜波、盲區大小；信號上升時間和下降時間決定了雷達的測距精度，距離分辨力；信號過沖和頂部平坦度決定了雷達發射功率和頻率的穩定性[2]。

測試檢查脈沖調制器輸出信號各脈沖參數質量，是判斷發射機模塊工作狀態的重要指標。

2.3.3 接收機模塊分析

接收機模塊主要由混頻器、本機振蕩器、中頻放大器、增益STC、檢波器和視頻放大器等部分組成。通過AFC(自動頻率控制)調節，本機振蕩器向混頻器輸出比雷達回波信號高一個中頻的頻率信號，混頻器將雷達回波信號與本機振蕩器發送信號進行混頻處理生成中頻信號后送往中頻放大器，信號經中

頻放大、檢波后在顯示系統以平面方式顯示，接收機模塊示意如圖3所示。

噪聲系數、接收靈敏度和動態范圍是表征接收機性能的重要技術指標。噪聲系數是表征接收機內部噪聲大小的物理量，噪聲系數太大將淹沒微弱信號，造成放大和濾波電路無法順利獲取遠距離反射回來的回波信號，從而限制接收機靈敏度指標。接收靈敏度表征接收機接受微弱信號的能力，是雷達接收機的重要指標之一，接收機靈敏度越高，所能接收到的信號就越微弱，雷達的作用距離就越遠。動態范圍能反映接收機對不同幅度信號的接收處理范圍。

測試檢查接收機噪聲系數、接收靈敏度和動態范圍技術指標，能夠有效判斷接收機模塊工作狀態。

3 關鍵技術指標測試方法研究

觸發電路模塊各觸發脈沖時序，發射機模塊脈沖調制器輸出脈沖信號參數質量，接收機模塊噪聲系數、接收靈敏度和動態范圍等是影響導航雷達正常運行的關鍵技術參數。其中，觸發脈沖時序和脈沖調制器輸出脈沖信號可以通過數字示波器進行測試觀察，接收機噪聲系數可以通過噪聲源和噪聲分析儀進行測試觀察，接收機靈敏度和動態范圍可以通過使用帶同步觸發功能的信號源和數字示波器組成的測試系統進行測試觀察。

3.1 觸發脈沖時序測試方法

觸發電路向各受控單元定時發送時序控制信號，信號通常為TTL電平，電壓范圍0V～3.5V，可使用數字示波器+無源探頭直接進行信號測試，測試方法如圖4所示。為滿足各觸發信號時序間隔測試要求，應選擇具有兩通道以上數字示波器。測試過程中將參考時序信號輸入通道1，觀察其他通道輸入信號與參考信號時間間隔是否滿足系統設計時序要求。

圖4所示為接收機保護器保護和響應控制時序示意，按系統設計要求響應時序應延遲保護時序500ns以上，大于收發開關由發射狀態轉向接收狀態的時間，保證接收機前端無源限幅器不會被耦合進接收通道的雷達發射信號燒毀。由測試可知兩時序延遲時間為680ns，滿足設計指標要求。

3.2 接收機噪聲系數測試方法

使用噪聲分析儀和標準噪聲源測試導航雷達接收機噪聲系數，測試系統結構如圖5所示[4]。標準噪聲源輸出噪聲信號進入雷達接收機，雷達接收機對輸入噪聲信號進行混頻，中頻放大和檢波處理后將中頻信號輸出至噪聲分析儀。設置噪聲分析儀相關參數，通過與標準噪聲源參數進行標定計算，即可直接獲取雷達接收機噪聲指數和放大增益。噪聲分析儀設置方法在此不做詳細說明。

3.3 接收機靈敏度和動態范圍測試方法

使用信號發生器、數字示波器和可變衰減器組成測試系統，完成接收機靈敏度和動態范圍指標測試，測試系統結構如圖6所示。信號發生器可以輸出頻率準確，幅度連續可調的微波信號，是理想的信號模擬源。選擇頻段范圍覆蓋雷達發生頻率(S波段/X波段)且具有同步觸發輸出的信號源模擬物標回波信號，信號源輸出模擬回波信號經可變衰減器輸入雷達接收機系統，接收機對輸入信號完成視頻處理后輸出至數字示波器，示波器選擇外觸發方式，由信號源提供同步觸發信號便于數字示波器穩定顯示視頻信號。

接收機靈敏度測試開始時，調節信號發生器輸出信號幅度，使數字示波器清晰穩定顯示接收機輸出視頻信號，通過可變衰減器和信號源幅度設置逐漸降低輸出信號幅度，當示波器無法正常顯示接收機輸出視頻信號時，接收機輸入信號幅度即為最小靈敏度。

調節可變衰減器和信號源幅度設置，逐漸增大輸出信號幅度，當示波器顯示信號輸出飽和時，此時接收機輸入信號幅度與最小靈敏度值的差值即為接收機動態范圍[5,6]。

3.4 發射機脈沖調制信號測試方法

脈沖調制器是發射機系統的重要控制單元，負責為磁控管提供正常工作所需的高壓視頻脈沖信號，其工作原理是將高壓電源系統放大整流的直流功率，通過預調器和調制開關構成的脈沖產生系統控制，產生調制脈沖波形，其組成結構如圖7所示[7～9]。

脈沖調制器輸出信號為高壓脈沖信號，根據高壓電源輸入電壓的不同，脈沖信號幅度可達0kV～30kV，測試系統選擇測量帶寬大于100MHz的數字示波器+示波器高壓探頭P6015A組合完成測試工作。示波器高壓探頭P6015A高壓脈沖信號測試范圍可達40kV峰峰值，測試帶寬為75MHz，滿足脈沖調制器輸出高壓脈沖信號測試帶寬要求。

脈沖調制信號測試過程對設備和人員測試經驗要求較高，測試難度較大。在發射機日常檢修維護過程中可以通過使用普通萬用表檢查脈沖調制器調制開關(氫閘流管)燈絲電壓，來判斷設備工作狀態。操作方法為：設備開低壓，工作30s后，測試燈絲電壓是否滿足技術指標6.3V±0.2V要求。

4 結束語

使用無線電計量設備能夠準確測試各類無線電信號參數指標，科學評判設備工作狀態。本文根據導航雷達系統結構及工作原理，對影響導航雷達正常工作的關鍵技術指標進行了詳細分析，并對如何利用無線電計量設備測試導航雷達關鍵技術指標進行了深入的研究。通過工程實踐表明，該方法能夠有效應用于各型導航雷達的日常檢修維護工作，準確及時發現設備潛在故障隱患，為導航設備安全工作提供良好的技術保障。

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The Application of Index Test in Repair and Maintenancefor Ship Navigation Radar

HAN Lu YANG Yang XION Dong-xu LI Jian-rong

(China Satellite Maritime Telemetry and Telecontrol Department, Jiangyin 214431, China)

Through the research of marine navigation radar system structure and each function module,the key technical indicators affecting the normal operation of the navigation radar are analyzed in detail.Proposed in the ship navigation radar maintenance work,using the key technical indicators testing of radio measurement equipment,the method is applied in the evaluation of equipment state.Proved by practice,the method is accurate and reliable,and provides a good reference for equipment maintenance.

Index test Navigation radar Repair and maintenance

2016-05-03，

2016-11-10

韓璐(1984-)，女，碩士，工程師，主要研究方向：船舶電氣技術。

1000-7202(2017) 02-0073-04

10.12060/j.issn.1000-7202.2017.02.15

TN957

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