INDRA二次雷達(dá)編碼器故障案例分析

劉軍

摘要：目前全國投產(chǎn)的INDRA雷達(dá)有30多套，其中湛江空管站INDRA雷達(dá)于2013年10月30日投入使用，湛江INDRA雷達(dá)除了作為航路雷達(dá)外還對湛江機(jī)場低空進(jìn)行了覆蓋，對空中管制提供有效的保障。而該設(shè)備從2017年3月份以來，編碼器頻繁出現(xiàn)故障，對運(yùn)行保障造成壓力，該文就最近INDRA雷達(dá)編碼器頻繁出現(xiàn)故障進(jìn)行排查分析，且就更換編碼器的步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。

關(guān)鍵詞：INDRA雷達(dá)；編碼器；頻繁故障

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）04-0210-02

1 概述

INDRA S模式單脈沖二次雷達(dá)為西班牙INDRA公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的具有S模式功能的單脈沖二次雷達(dá)，雙通道配置，全固態(tài)設(shè)計(jì)。單脈沖測角引入一個用于接收的差通道，通過比較和、差通道信號，得到和差比（SDR），通過此值可得到對應(yīng)的角度OBA（off boresightAngle）信息。天線視軸角度加上OBA值就可得出目標(biāo)與正北間的方位角度，理論上一個應(yīng)答脈沖就可以得出目標(biāo)方位。錄取器根據(jù)編碼器給出的ACP、ARP脈沖及ARP延時得出天線視軸角，編碼器的好壞直接影響雷達(dá)的測角。INDRA雷達(dá)天線系統(tǒng)有2個編碼器，每個編碼器的信號均送至兩個通道，編碼器信號源可選擇Automatic，1#編碼器的信號1A或1B，2#編碼器的信號2A或2B。平時默認(rèn)選擇Automatic，錄取器將自動選擇性能較好的編碼器信號。

2 編碼器的原理和結(jié)構(gòu)

航管INDRA雷達(dá)編碼器屬于增量式光電編碼器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。編碼器由光源、碼盤、檢測光柵、光電檢測器件、轉(zhuǎn)換電路等組成。碼盤由透光材料制成，上面有很多不透光的黑色刻線，編碼器工作時碼盤隨著天線轉(zhuǎn)動，光源在碼盤的一端發(fā)生光信號，光電檢測器件在碼盤另外一端通過檢測光信號的通斷產(chǎn)生兩個相差90°的ACP信號，如圖1的A相、B相，利用A相和B相的相位關(guān)系可以判斷編碼器正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)（當(dāng)A相超前B相90度認(rèn)為正轉(zhuǎn)，B相超前A相90度認(rèn)為反轉(zhuǎn)），Z相產(chǎn)生的脈沖為基準(zhǔn)脈沖，它是碼盤轉(zhuǎn)一周在固定位置上產(chǎn)生的一個脈沖，又稱ARP脈沖。就INDRA雷達(dá)編碼器而言，天線旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生16384個相同的ACP脈沖、1個ARP脈沖。由此每個ACP脈沖的角度為360°/16384≈0.022°。碼盤隨著天線同步轉(zhuǎn)動，天線轉(zhuǎn)過的角度等于轉(zhuǎn)動期間產(chǎn)生的ACP脈沖數(shù)Nx0.022°，雷達(dá)以ARP脈沖產(chǎn)生為參考對ACP脈沖計(jì)數(shù)處理從而得出天線轉(zhuǎn)過的角度。更換編碼器后，ARP脈沖產(chǎn)生的時候不能保證雷達(dá)天線的主波束與正北方向重疊，此時雷達(dá)天線主波束和正北有一個夾角θ，這個角度需通過SLG進(jìn)行調(diào)整抵消，具體調(diào)整方法后面有詳細(xì)說明。

3 故障現(xiàn)象

2017年3月開始INDRA雷達(dá)監(jiān)控SLG項(xiàng)目欄上不定時彈出“ACP_A Signal Failure in Encode和ACP_B Signal Failure in Encode”告警信息，2秒后自動恢復(fù)，但SLG監(jiān)控圖形區(qū)上編碼器模塊狀態(tài)正常，咨詢廠家答復(fù)可能是假告警。

2017年3月8日INDRA雷達(dá)SLG監(jiān)控圖形區(qū)上雙通道MEX變橙色降級狀態(tài)，ACP1和ARP1（1#編碼器）顯紅色告警狀態(tài)，MIC02橙色告警狀態(tài)，更換1#編碼器后雷達(dá)恢復(fù)正常。

2017年4月9日，INDRA雷達(dá)再次出現(xiàn)“ACP_A Signal Failure in Encode和ACP_B Signal Failure in Encode”告警信息，但SLG監(jiān)控圖形區(qū)上編碼器模塊狀態(tài)正常，該告警出現(xiàn)兩天后自動消失。

2017年8月6日INDRA雷達(dá)SLG監(jiān)控圖形區(qū)上雙通道MEX顯橙色降級狀態(tài)，ACP1和ARP1顯紅色告警狀態(tài)，MIC02橙色降級狀態(tài)。更換1#編碼器后雷達(dá)告警消失。

2017年9月9日INDRA雷達(dá)出現(xiàn)“ACP_A Signal Failure in Encode和ACP_B Signal Failure in Encode”告警信息。

4 故障處理

編碼器信號流程簡圖見圖3。編碼器產(chǎn)生ACP、ARP信號，經(jīng)過室外饋線到達(dá)室內(nèi)PAN板，PAN板把信號一分二送至A、B通道錄取器處理。雷達(dá)監(jiān)控出現(xiàn)ACP告警，可能是編碼器問題，可能是傳輸?shù)膯栴}，也可能是錄取器處理的問題。

4.1 確定故障點(diǎn)

我們把編碼器信號流程分成三部分：1、編碼器部分；2、傳輸饋線部分；3、室內(nèi)處理部分。通過對調(diào)相應(yīng)饋線接口確定故障點(diǎn)。

4.1.1 對調(diào)PAN板饋線接口

在PAN板上把天線下來的兩根饋線Encoder1、Encoder2對調(diào)，對調(diào)后發(fā)現(xiàn)SLG上的告警從1#編碼器轉(zhuǎn)移到2#編碼器。如果是室內(nèi)處理有問題，故障現(xiàn)象不會轉(zhuǎn)移，故能排除室內(nèi)通道問題。

4.1.2 對調(diào)天線處饋線接口

在天線基座端把兩個編碼器的饋線口對調(diào)，發(fā)現(xiàn)告警從2#編碼器轉(zhuǎn)移至1#編碼器，故障現(xiàn)象轉(zhuǎn)移說明傳輸饋線正常。

4.1.3 更換故障編碼器

前兩次對調(diào)我們確定故障點(diǎn)在1#編碼器，更換1#編碼器后雷達(dá)告警消失。

4.2 編碼器偏置調(diào)整

編碼器更換后維護(hù)人員需在SLG上對編碼器進(jìn)行調(diào)整，SLG參數(shù)設(shè)置區(qū)Site/Tracking Tab 功能標(biāo)簽上提供了Encoder1 Azimuth Offset、Encoder2 Azimuth Offset兩個功能選項(xiàng)（見圖5）：分別用于校準(zhǔn)編碼器1和編碼器2的ARP信號角度與正北方向的方位偏置，單位為度。上述兩功能項(xiàng)數(shù)據(jù)校準(zhǔn)需要借助模擬應(yīng)答機(jī)，模擬應(yīng)答機(jī)相當(dāng)于一個真實(shí)的目標(biāo)，它的天線是固定的，因此它和雷達(dá)天線的連線與正北方向夾角也是固定的，這個角度在設(shè)備安裝時就已確定。以更換1#編碼器為例，選用1#編碼器信號后在VR3000上觀察到模擬應(yīng)答機(jī)位置由A點(diǎn)變到B點(diǎn)（見圖4），那么更換編碼器后目標(biāo)的角度與真實(shí)目標(biāo)角度就相差角度y。為消除這個角度y，Encoder1 Azimuth Offset這欄數(shù)值應(yīng)增加y（注：Encoder Azimuth Offset調(diào)整數(shù)值范圍為0°-365°，超過365°需減365°）。編碼器偏置調(diào)整是通過ARP延時來調(diào)整正北基準(zhǔn)的，具體由SLG控制通道的MIC02卡實(shí)現(xiàn)。

5 隱患排查

半年時間更換了兩個編碼器，且沒多久雷達(dá)又出現(xiàn)了編碼器告警，這說明問題并沒有完全解決。

5.1 檢查編碼器電源

由于出現(xiàn)故障的均是1#編碼器，我們懷疑是1#編碼器電源輸出不穩(wěn)導(dǎo)致頻繁故障，編碼器的電源由雷達(dá)室內(nèi)天線控制箱提供。用示波器對天線控制箱里13.5V的編碼器電源進(jìn)行檢測，測量顯示1#編碼器電源電壓正常且波形平滑。

5.2 檢查天線散熱

天線運(yùn)行時打開天線基座檢查其兩散熱風(fēng)扇均正常，用紅外點(diǎn)溫儀測量基座各部件溫度無發(fā)現(xiàn)異常，兩個編碼器表面溫度基本一致。

5.3 測量編碼器信號

把之前換下故障編碼器重新?lián)Q上并用示波器測量該故障編碼器的ACP波形（見圖2），我們可以看到該編碼器ACP脈沖缺失，且ACP脈沖寬度不一致。用計(jì)數(shù)器對該編碼器ACP脈沖數(shù)進(jìn)行測量發(fā)現(xiàn)脈沖數(shù)跳變。

5.4 檢查故障編碼器

我們懷疑是編碼器碼盤或計(jì)數(shù)器有問題，拆開兩個故障編碼器檢查，發(fā)現(xiàn)兩個故障編碼器碼盤上均覆蓋著黃油，碼盤刻度被遮擋。

5.5 檢查在用2#編碼器

拆開正常在用的2#編碼器并沒發(fā)現(xiàn)碼盤進(jìn)黃油現(xiàn)象。

5.6 排查結(jié)果

至此，編碼器故障的根本原因已經(jīng)找到。黃油進(jìn)入編碼器內(nèi)部遮擋了碼盤，影響其光電檢測元件檢測，導(dǎo)致ACP脈沖丟失，經(jīng)觀察2#編碼器附近注油點(diǎn)比較靠內(nèi)，相對1#編碼器加油量要少，所以并未出現(xiàn)此問題。

6 結(jié)束語

二次雷達(dá)是現(xiàn)代航空交通管制系統(tǒng)中的重要組成部分，它

相當(dāng)于管制員的雙眼，其重要性不言而喻。編碼器頻繁故障嚴(yán)重影響了INDRA雷達(dá)的正常運(yùn)行，維護(hù)人員先后檢查編碼器電源、工作環(huán)境，發(fā)現(xiàn)結(jié)果均正常。測量編碼器ACP脈沖時發(fā)現(xiàn)其波形缺失，結(jié)合編碼器工作原理我們懷疑是編碼器碼盤或者計(jì)數(shù)器的問題，拆開故障編碼器檢查發(fā)現(xiàn)了編碼器內(nèi)部進(jìn)黃油。維護(hù)人員對2個故障編碼器清潔處理后上機(jī)測試正常，解決了編碼器備件少，采購周期長的問題，極大緩解了運(yùn)行保障壓力。本文就此次案例故障處理及隱患排查過程做了簡要說明，希望對同行處理編碼器故障有一定幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王顯軍.光電編碼器的應(yīng)用——分類源于角度測量基準(zhǔn)[J].光機(jī)電信息，2010（10）.