烏魯木齊TERMA場面監視雷達維修案例分析

何剛

摘? 要：隨著新疆民航空管事業快速發展，烏魯木齊機場的飛行流量的快速增長，管制部門對于機場場面的監視設備的依賴程度也越來越大，從而對場面監視雷達設備運行的穩定性提出了更高的要求。由于目前烏魯木齊機場只有一臺場面監視雷達，缺乏冗余配置，且已連續運行近五年，即將進入硬件故障高發期，因此如何在硬件發生故障時，盡快使其恢復正常運行，是目前乃至今后設備運行維護的主要側重點。文章介紹丹麥TERMA公司SCANTER2001場面監視雷達系統的組成及數據處理流程，通過對該雷達在烏魯木齊現場曾出現的幾起故障案例進行分析和總結，提煉出了該套雷達在正常運行和使用維護的經驗，從而提高了維護人員的技術水平，保證機場場面的安全。

關鍵詞：場面監視雷達;Terma;分析

中圖分類號：V351? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）26-0058-03

Abstract： With the rapid development of air traffic control of civil aviation in Xinjiang and the rapid growth of flight flow at Urumqi airport， the control departments are becoming more and more dependent on scene surveillance radar. As a result， higher requirements are posed for the stability of the operation of the surface detection radar equipment. At present， Urumqi airport has only one surface detection radar， lacks redundant configuration， has been operating continuously for nearly five years， and is about to enter a period of high incidence of hardware failures， so how to restore its normal operation as soon as possible in the event of a hardware failure is the main focus of equipment operation and maintenance at present and even in the future. This paper introduces the composition and data processing flow of the SCANTER2001 scene surveillance radar system of TERMA Company in Denmark. Through the analysis and summary of several fault cases of the radar in Urumqi， the experience of normal operation and maintenance of the radar is extracted， so as to improve the technical level of the maintenance personnel and ensure the safety of the airport surface.

Keywords： scene surveillance radar; Terma; analysis

引言

由于烏魯木齊機場T3航站樓的建設遮擋了塔臺管制員的部分視線，新疆空管局為了幫助塔臺管制員指揮地面滑行飛機，引進了一部X波段場面監視雷達。該雷達為丹麥TERMA公司，型號為SCANTER2001。由該雷達作為主要監視源的烏魯木齊場面監視自動化系統于2014年5月建設完成并投入運行。2016年隨著機場二跑道項目的實施，原建于跑道北邊的場監雷達搬遷至塔臺頂部。地面監視雷達主要用于監視機場場面內飛機活動區域內的地面飛機和車輛的活動，如跑道，滑行道，接觸道路和T3終端。它的天線仰角為負數，垂直波瓣圖具備反余割平方特性，以保證該雷達的目標為地面目標。X波段SCANTER 2001監視雷達的數據刷新率為1秒更新一次，該雷達天線的水平波束非常窄，故方位分辨率較高。特別是在雨，霧等惡劣天氣條件下，該設備也可以提供可靠的服務，目前該設備業已成為機場場面不可或缺的監視設備。但是，該設備運行至今也曾出現過各種各樣的故障，給管制工作帶來了隱患。筆者對該設備故障排除方面的經驗進行了一些分析和總結，以進一步提高未來工作中的維護設備水平。

1 設備現狀

場面監視雷達主要由天線子系統和收發機子系統組成。場監雷達的收發機采用了雙通道冗余配置的方式，即系統采用了雙通道互為備份，而每個通道都有兩個收發機。這兩個收發機采用頻率分集的工作方式（9.170GHz，和9.438GHz）。該雷達共用1套天線和天線驅動系統。雷達接收機系統獲取目標的視頻信號，通過視頻傳輸線分別輸出至2臺冗余配置的雷達頭處理器（RDP）設備。RDP將對接收的雷達視頻信號進行處理，并通過交換機以網絡方式發送到航管樓終端數據融合系統，最終提供給塔臺管制部門使用。烏魯木齊場面監視雷達設備結構如圖1所示。

頻率分集是指將兩個不同頻率的信號分別進行發送和接收。頻率分集處理技術對目標的幅度衰減較快、目標不連續以及垂直波差等情況改善明顯，提高了目標的準確性和穩定性。此外，利用頻率分集技術可以使雷達的性能顯著提升，其探測性能要明顯強于單頻率場面監視雷達。

TERMA廠家號稱其場監雷達使用了“真頻率分級”，

是指：

（1）在每個雷達的脈沖重復周期期間，目標被兩個不同頻率的脈沖探測，場面目標的發現的概率要比單頻率雷達優良。

（2）該雷達的接收器動態范圍較大，可以處理不同類型、不同大小的目標。因此在各種不同的復雜天氣因素下，該雷達依舊可以提供清晰的目標圖像，避免脈沖擴展，提高雷達的信雜比，因此可以將目標與雜波分離。

（3）雷達的靈敏度較高，可以在雷達作用的所有區域和方向上提供最合適的探測。

（4）如該雷達的信號處理算法適當，可以對目標的速度進行優化，避免丟失快速目標。

2 調制器故障

場面監視雷達中調制器的主要作用是產生磁控管所需要高壓及燈絲電源;并通過連接TC3處理板監測并控制磁控管的工作狀態。

2.1 故障現象

場監2號機即TX/RX2#的A路沒有前項功率，視頻處理卡（VP3）模塊顯示無視頻輸入告警。技術人員手動將工作通道由“TxRx1”切換為“TxRx2”時，發現維護顯示終端（RTCMC）上提示receiver A模塊“AFC high tune”告警，VP3模塊 “Digital Video input Ch.A Input trigger Ch.A Fall back to Ch.B”告警， 該通道無法加輻射。此時TxRx1的B通道工作正常，場監雷達仍能提供信號。

2.2 故障分析與排除過程

維護人員首先重啟TxRx2通道后，將TxRx2設置為主用通道，并置“Tx”為On狀態（即打開通道2的輻射），故障現象依舊;據此維護人員排除了天線公共部分的故障，初步判斷故障點在2通道的磁控管或是調制器。查看2通道的工作檢查記錄，發現A路磁控管的前項功率為18.7kW，發射累積工作時間為6538小時;工作現場沒有大的改變，不存在磁控管因磁化而損壞的可能，所以它的功率不太可能會突然下降為0。磁控管正常工作情況下，輸出功率下降是一個緩慢的過程，功率一般不會突然變為0;此外，磁控管理論上的發射壽命可以達到15000小時，而該磁控管只工作了6000多小時，遠遠小于設計壽命?；谏鲜鲞@兩點，維護人員判斷磁控管故障的可能性很小。維護人員隨后繼續觀察設備自檢時各個系統子模塊測量值，發現調制器A的開關溫度較平時稍高，而且上升速率較快，很快將要達到告警門限。查看調制器內部連接圖如圖2所示，判斷為固態電源開關已被擊穿，因此調制器無法給速調管提供驅動電源，致使磁控管無功率輸出，導致系統提示Forward power告警。由于調制器為全固態模塊，無法更換其內部的電子元器件，只能進行整機更換為備件。更換備件后，發現雷達的原始視頻回復正常、功率測量值也恢復正常，而系統自檢時，調制器A的溫度告警也顯示溫度正常，系統告警消失，設備恢復正常。

2.3 故障小結

設備故障排除應遵照先易后難的原則，經過一系列部件替換測試法，最終判斷為Modulator故障導致無法對磁控管加高壓，導致TxRx2的A通道失效，該通道的磁控管與接收機組件均完好。

由于場監雷達發射機部分主備通道為冷備份，即備用通道不發射射頻信號，因此自檢系統無法判斷備用通道發射機的工作狀態，因此雷達主備通道需定期切換測試，以掌握備用通道的工作狀態。在日常運行中，應定期切換主備用通道，使兩通道性能盡量保持一致，避免性能差異導致切換通道后信號質量下降。

3 RDP案例分析

RDP是雷達頭處理器的簡稱，它主要是將來自VP3處理的數字信號和模擬信號進行點跡和航跡處理，并通過網絡輸出給場監融合自動化系統特定格式的雷達信息。

3.1 故障現象

場監雷達維護顯示終端（CMS）系統上出現了雷達頭處理服務器（RDP01）次要告警，查看RDP內部監控模塊，發現系統提示為硬盤（DISK）模塊告警。

3.2 故障分析與排除過程

（1）遠程登錄至該服務器主機，使用命令查看主機的硬盤發現磁盤的使用率為94%。磁盤使用率業已超過了系統對磁盤余量的設置的上限（10%）。故初步斷定為磁盤余量過低導致系統出現了硬盤告警。

（2）維護人員利用操作命令，查看硬盤上的文件結構，并將其與沒有告警的RDP02主機進行對比，發現RDP01服務器對的系統文件夾/home/hittsys中多了兩個core文件，每個文件大小均為3G左右，占用了硬盤容量的60%。

（3）將上述兩個文件備份至U盤后，刪除這兩個core文件后，磁盤余量恢復為正常值，系統的告警也消失。

維護人員查閱相關技術資料發現：core文件一般是當操作系統程序運行崩潰時，系統將當時的內存進行存儲，并映射為core文件。如當操作系統程序出現段錯誤時，系統內核會發送SIGSEGV信號給主程序，使主程序產生中斷，并把該程序的內存寫入到core文件進行保存。因此core文件中只是程序的內存映像，刪除該文件不會對系統正常運行產生影響。系統維護工程師可以使用Linux的gdb工具來查看及調試core文件，以了解系統產生故障的原因。

3.3 故障小結

場面監視雷達的服務器正常運行時，系統盤的容量是可以能夠滿足運行要求，但需要定期（建議為兩個月）對服務器的硬盤容量進行檢查，并進行相應登記，以便定期對比分析。當系統盤余量達到20%以下時，維護人員需要密切關注該服務器的硬盤使用情況，及時將無用文件移出磁盤，以便進行分析。此外，Linux操作時必須按照廠家提供的技術手冊進行操作，避免因錯誤操作而產生各類大容量的無用文件。

4 天線電機故障

TERMA場面監視雷達天線采用了單2.2kW三相電機進行驅動，故如果該電機出現故障，將導致整個系統無法工作。

4.1 故障現象

場監雷達CMS系統主用通道調試器A、B安全環路開環告警（safety loop open），母版及電源顯示電機控制告警（motor control），電機控制器模塊顯示過流、輕載及接地告警（overcur. underload. earth fault）。

4.2 故障分析與排除過程

（1）維護人員首先檢查安全環路各個連接接頭，發現安全環路開關內接地線纜頭接地屏蔽線接觸不良，重新制作接地線纜頭，恢復設備連線后安全環路告警消除。

（2）設備重新開機后天線運轉幾圈后停止，無法正常運轉，且CMS系統告警提示過流保護。維護人員對天線結構進行檢查，推動天線正常旋轉，天線結構無明顯異響，對天線水平進行測量，天線大盤及天線均處于水平狀態。

（3）檢查天線驅動電機，發現電機兩側溫度較高，對電機進行單獨加電測試，電機運轉不均衡，線圈發燙，軸承有偏位現象，判定驅動電機故障導致天線無法正常啟動。

（4）將新電機直接連接原有電機的電纜，對比兩電機噪音及運轉情況，確認舊電機故障。

（5）對場監雷達進行更換電機，加注機油，開機后設備告警消除，天線正常啟動運轉，開啟輻射設備恢復正常運行。

4.3 故障小結

TERMA場面監視雷達只配備了一個電機，該電機全年24小時不中斷運行是設備故障的一個隱患點。該雷達輻射信號頻率高，管制工作又對其十分依賴，故無法隨時隨地的對其進行檢測維護，維護人員只能充分利用設備換季維護等維護機會，密切觀察電機、齒輪箱等部件的運行狀況，此外可以利用兆歐表對電機的繞組進行檢測。

5 結束語

設備的故障排除需要利用告警日志消息、實時測量數據、設施設備原理圖、以及故障排除手冊。場面監視雷達設備的技術手冊不是很齊全，因此可以利用工具書及故障排除手冊來確定故障點。此外需要對場面監視雷達進行定期的巡檢，記錄設備的運行參數，充分了解設備的運行狀態，以備排故時進行對比分析。此外，場面監視雷達由于安裝在室外，需要定期對其進行清潔保養，確保其工作性能處于最佳狀態。目前Terma場面監視雷達在國內民航系統上應用得越來越多，筆者希望本文能給其他同行予以借鑒。

參考文獻：

[1]Steven Michael C. Secondary surveillance radar[M]. Artech House Boston and London. 1988.

[2]丁鷺飛.雷達原理[M].電子工業出版社，2014.