新疆地區極端氣候條件下雷達設備易發故障淺析

劉飛

摘 要：新疆地區幅員遼闊，南北疆各個季節氣候條件差異極大，為了確保各個季節氣候條件下雷達設備運行保障正常，通過分析各個季節多發故障原因，提出了相應的解決方案，為后續新裝雷達設備運行保障給出借鑒。

關鍵詞：季節氣候；故障；雷達設備

中圖分類號：TN95 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）28-0091-02

引言

民航新疆空管局現有烏魯木齊Alenia一二次合裝雷達，烏魯木齊場面監視雷達、五家渠Indra單脈沖二次雷達，哈密、鄯善Indra S模式二次雷達五套雷達設備，安裝于南北疆不同地區。由于新疆地區各個季節災害性天氣常發，容易對雷達運行造成影響。本文通過分析各個季節不同地區雷達設備易發故障，提出相應解決方案，以便為后期新裝雷達出現相似問題提供參考。

1 一次/場監雷達工作原理

一次/場監雷達天線發射射頻脈沖。當射頻信號遇到目標以后，其中的一部分能量向雷達站天線方向反射，通過天線進入接收機。信號經過雷達接收系統放大檢測等處理以后，用反射的回波信號發現目標的存在，并可以提取目標參數信息。

測距是基于光速不變的原理（光速C=3×108米）。由于射頻回波信號往返雷達和目標之間，它滯后于所發射的探測脈沖時間為tr。以探測脈沖作為時間基準，目標和雷達站之間的斜距R為：

R=C×tr/2

由上式可見，對目標的測距（系指斜距）和測時是一致的。由于雷達測量目標的距離是斜距，它不能表示目標對地面的投影到達雷達站的距離。當雷達天線到目標的斜線與水平面的夾角小于10°時，雷達所測的斜距近似等于目標的投影到雷達站的距離（如圖2）。

對于監視雷達而言，測角是指以正北方向為基準測量目標與正北基準之間的夾角，也就是目標偏離正北方向的角度，也稱為方位角。監視雷達的方位角一般由掃描天線主波束的指向所確定。天線在轉動過程中，天線碼盤不間斷地向雷達數據處理設備送出天線主波束指向角的方位編碼，在錄取目標的同時錄取天線的方位編碼，在理論上就能給出目標的方位。

2 概述二次雷達工作原理

如圖4為二次監視雷達工作原理圖。二次監視雷達是由地面站（通常稱詢問機）通過天線的方向性波束發射頻率為1030MHz的一組詢問編碼（射頻）脈沖。當天線的波束指向裝有機載應答機飛行器飛行方向時，機載應答機的天線接收這組詢問，通過應答機接收系統檢測這組詢問編碼信號并判斷編碼信號的內容，然后由機載應答機發射頻率為1090MHz的一組約定的回答編碼（射頻）脈沖信號。地面詢問機接收這組回答編碼，通過地面詢問機的接收系統檢測并由視頻錄取器處理完成對目標的距離、方位以及回答編碼等內容的測量，最后形成目標的點跡報告送到后續設備。由于完成目標的定位是靠詢問、回答兩次有源輻射，定位是非自主式（詢問應答式），所以稱為二次雷達。

3 春季假目標多發情況分析

烏魯木齊、五家渠二次雷達在冬春交替季節極易出現虛假應答目標，且出現頻率很高，給管制員指揮工作帶來了一定干擾。通過統計分析出現假目標的區域及時間，可以判斷為春季融雪晝夜交替凍冰后增大了地面反射率導致較為頻繁的出現雷達假目標。烏魯木齊冬天多降雪，春季積雪融化，晝夜交替出現大片水冰凍結層。由于烏魯木齊地窩堡機場地勢較低，在市區南邊地勢較高區域水冰凍結層極易反射飛機應答信號進入雷達天線造成多徑干擾。對于此種情況，可以通過在相應假目標出現的區域提高雷達接收機檢測門限、提高GTC曲線等技術手段，大幅改善假目標多發情況。

4 春秋季直流電源故障分析

鄯善位于天山山脈以南，緊鄰庫姆塔格沙漠，春秋季極易出現大風揚塵天氣，值班員每年春秋季換季維護期間都會對機房雷達設備進行徹底除塵操作。由于災害性沙塵天氣頻發，雖然機房已經做了相關的防塵措施，但是經過一段時間的不間斷運行后，雷達機柜風扇及直流電源模塊仍然會出現積灰嚴重現象，進而影響風扇出風效率，直流電源模塊散熱效率下降。長此以往運行后，出現單通道直流電源故障。維修人員拆機維修相關部件時發現積灰情況，經過分析確定為灰塵聚積影響直流模塊散熱導致的電源故障。

確定了故障原因，臺站值班人員提出了針對此項故障的預案：（1）春秋季換季維護時要檢查機房窗戶密封性問題，如有出現漏風情況，及時處理。（2）大風揚塵天氣下要加強機房巡視，關緊門窗，拉好窗簾，防止外界灰塵進入機房。（3）定期檢查設備風扇運行情況，如發現風扇異響、轉速下降等情況，及時更換。（4）定期對電源及風扇模塊進行除塵操作，保證設備散熱良好。

5 夏季編碼器故障分析[1]

鄯善雷達于2011年2月底開始進行安裝調試工作，于5月完成校飛并投入試運行工作。同年5月運行后值班員巡視設備時發現系統出現編碼器信號失敗告警，持續一段時間后自動恢復，后又連續出現類似情況，不影響雷達系統正常運行。由于出現編碼器信號失敗告警，并且持續出現，初步判斷為編碼器故障損壞，對編碼器進行更換，重新開機后，發現告警狀態消失，但是一段時間后告警情況再次出現，再次更換編碼器后告警現象類似。維護人員在對編碼器進行更換時發現天線基座內部雖然有溫控器控制風扇可以對基座內部空氣進行對流降溫，但是每次打開基座箱門時仍然能感覺到基座箱內部溫度明顯高于外界，經過實際測量，當天線罩內溫度達到40攝氏度時，關閉天線基座箱門，基座內部溫度可以提高到45度以上，這樣的高溫會對基座箱內部的各個組件的運行產生很大的影響。

鄯善、哈密位于天山山脈以南地區，夏季室外最高氣溫可達45℃以上，天線基座內部結構緊湊，熱量不易散發，對編碼器的持續運行嚴重影響，導致出現編碼器信號失敗告警。夏季通過打開基座箱門增加空氣對流降溫，可以有效緩解此類故障的出現。鄯善夏季氣溫高于哈密，在天線塔加裝空調設備后，可以進一步杜絕此類故障的發生。

6 冬季天線旋轉部件異響分析

新疆地區冬季氣溫可低至-30℃以下，由于天線設備安裝于室外，雖然天線罩具有一定的防風保溫作用，但是天線運行環境溫度仍然很低。極低氣溫導致的熱脹冷縮現象影響天線旋轉部分的潤滑效果，導致天線轉動時機械部分會有明顯異響。針對此種情況，可以通過適當添加大盤黃油及馬達機油，增加天線轉動時機械部分的潤滑效率，緩解異響情況。

7 結束語

本文簡要介紹了新疆地區各個季節不同地區雷達設備運行過程中出現的多發故障，分析了其成因并給出了解決方案，進一步增強了值班員針對此類問題的快速處理能力，為設備后期平穩運行保障打下堅實基礎。

參考文獻：

[1]劉飛.Indra S模式二次雷達天線基座工作原理及故障淺析[J].民航科技，2015（6）：101-102.

[2]周維莉，曹江田，王雷雷.芻議如何搞好基層雷達裝備的安全防護[J].科技創新與應用，2015（17）：78.

[3]高建平.關于二次雷達性能及模塊故障診斷系統的研究[J].科技創新與應用，2016（11）：57.endprint