SIR-S型二次雷達S模式測試及重碼分析

陳云龍

(民航重慶空管分局，重慶 401120)

0 引言

隨著中國民航行業的高速發展，空中交通流量的日益增加，二次雷達A/C模式已不能滿足空中交通管制的需求。自20世紀80年代以來，經過多年研究，S模式逐漸被國際民航組織(ICAO)接受，作為二次雷達的行業標準[1]。與傳統A/C模式相比，S模式具有以下優點：高度精度為25 ft，相較A/C模式的100 ft有較大提高；數據中包含24位地址，能夠為每架飛機分配唯一的地址碼；具備一定的數據鏈功能，能夠傳遞大量信息；具備數據校驗功能，確保數據傳輸可靠[2]。意大利SELEX公司設計生產的SIR-S型二次雷達，是具有S模式功能的單脈沖二次雷達，其雙通道配置可進行主備機自動切換或手動切換[3]。文章主要就SIR-S型二次雷達的基本型、增強型S模式測試進行了介紹，并就其出現的重碼故障進行分析定位。

1 系統及監控組成

1.1 系統組成

SIR-S型二次雷達為雙通道系統，互為冗余備份。每個通道主要由以下部分組成：電源組件、接收組件、發射組件、切換組件、應答處理和通道管理組件(RPCM)。

切換組件(Changeover)為雙通道共用，具備切換通道、調整二次雷達和差通道相位、分配天線方位信號等功能。

發射組件主要由射頻源模塊、驅動放大模塊、主高功率放大模塊、輔高功率放大模塊、射頻輸出模塊、發射機狀態監控模塊等組成。主要提供以下功能：對和、控制信號進行脈沖調制；對和信號進行差分相移鍵控；與應答處理和通道管理組件進行數據、監控信息的交換；提供用于發射和接收下變頻的1 030 MHz信號。

接收組件主要由前置預選濾波器、移相器、射頻和測試振蕩模塊、對數放大和鑒相器模塊等組成。其主要功能為：接收來自前置預選濾波器的和、差、控制信號；將射頻信號下變頻為中頻信號；通過對數放大器對信號進行放大，以保證脈寬和相位相匹配；將中頻信號轉為視頻信號。

1.2 監控組成

SIR-S系統監控主要由本地控制與監視系統(LCMS)、二次雷達本地控制面板(SSR LCP)、雷達維護監視系統(RMM)、雷達頭數據處理器(RHP)終端組成[4]。本地控制與監視系統能夠連續對設備進行狀態監控，實時顯示告警信息，并能通過顏色圖形表示設備故障的類型和位置，提供聲音報警，同時提供人機接口界面，保存日志和數據。本地控制面板可以觀察系統運行情況，并根據需要對二次雷達進行控制，如開關輻射、切換通道等。雷達頭數據處理器接收從一次雷達或二次雷達(根據系統設置)傳送來的數據，并執行以下功能：信號合成；追蹤和發送本地點跡、航跡信息到另外的工作站點；處理雷達系統的本地或遠程的操作指令，接收每個設備的狀態信息，并激活所有告警和控制信號。

2 S模式測試

在啟用S 模式前，首先確認雷達的工作處于正常狀態，并備份系統參數。

2.1 SSR LCP加載S模式參數組

(1)將需要更改模式的通道切換到備用，并關閉發射。

(2)在SSR LCP找到相應通道的菜單Channel Configuration—》Update Setting。

(3)加載參數文件，下面兩種方法選其一即可。方法1(加載二進制文件)：在菜單右側Update Setting部分找到Load Files，將3組參數均加載S模式參數組。方法2(加載TXT文件)：在菜單右側Update Setting部分找到FILE in Text Mode，將Load TXT File加載S模式參數組。

(4)另一通道的設置相同。

2.2 修改用戶應用程序配置文件(UAP)參數

SELEX SIR-S二次雷達系統正常工作時生成點跡文件，且該點跡文件采用SELEX廠家自定義格式，用戶使用的航跡數據通過雷達頭處理器(RHP)生成。該航跡數據根據用戶應用程序配置文件(User Application Profile)的定義使用相應格式來進行封裝。

SELEX所用的兩種封裝格式，均為歐控(Euro Control)定義的ASTERIX格式，分別為該格式下的Category001，002(A/C模式目標報和服務報)，Category034，048(S模式服務報和目標報)。RHP在配置文件TRH.INI中對其輸出端口的UAP進行了定義。修改UAP配置的具體流程如下：

(1)用LCP SSR電腦上FTP服務器遠程訪問到RHP。

(2)拷貝TRH.INI和TRH.DAT到本地電腦并備份。

(3)修改TRH.INI，在文件中找到UAP定義部分[fc_uap]。

(4)修改對應端口的配置參數。根據[fc_uap]說明部分的詳細解釋可知，SELEX SIR-S型二次雷達所使用的Category001，002對應的參數為17，Category034，048對應的參數為12。

(5)修改完成后保存TRH.INI并遠程登錄RHP上傳，覆蓋原有TRH.INI文件，并刪除參數配置文件TRH.DAT(刪除原有參數配置文件TRH.DAT后，重啟RHP，系統會根據TRH.INI文件生成新參數配置文件TRH.DAT；若不刪除原參數配置文件TRH.DAT，會導致修改參數無法生效)。

(6)重啟相應RHP，在LCP上開啟相應通道輻射，完成二次雷達基本型S模式啟用(在修改RHP1用戶應用程序配置文件參數時，需把RHP2關機，避免RHP1重啟時從RHP2讀取數據，導致UAP參數更改失敗，或者在RHP1和RHP2的TRH.INI文件都更改完成后再進行重啟)。

若需啟用增強型S模式，除以上步驟外，還需在TRH.INI文件中將相應BDS寄存器(如BDS40，50，60)“flag”由“off”修改為“on”。

成功啟用二次雷達S模式后，可通過本地監控軟件對雷達目標進行觀察：觀察雷達對機載應答器的BDS10(數據鏈能力報告)、BDS17(普通使用GICB能力報告)、BDS20(飛機呼號)寄存器信息獲取是否正常，可知二次雷達基本型S模式功能是否正常；觀察雷達對機載應答器的BDS40(飛機意圖)、BDS50(航跡和轉彎報告)、BDS60(航向和速度報告)寄存器信息獲取是否正常，可知二次雷達增強型S模式功能是否正常。

3 重碼故障分析

3.1 現象描述

SIR-S型二次雷達雙通道分別開啟S模式后，觀察通道一設備指示燈均正常，雷達維護監視系統(RMM)顯示目標信號正常，本地控制與監視系統(LCMS)無告警，本地控制面板(LCP)無告警；觀察通道二設備指示燈均正常，RMM顯示部分目標重碼，LCMS無告警，LCP無告警。

3.2 接收信號流程

二次雷達應答信號分為和、差、控制信號，均通過同軸線纜送到切換組件。在切換組件上，差信號可以通過旋鈕進行相位調整，以使兩個通道的相位匹配。之后，差信號直接進入接收機，而和、控制信號要先通過低通濾波器、功率檢測器和環流器再進入接收機。

進入接收機后，信號首先進入前置預選濾波器，濾除信號的鏡像頻率和射頻，從而保護接收機組件，隨后信號進入移相器，對和、差信號的相位差進行還原，以保證和、差信號的相參。

之后，信號被送入射頻和測試振蕩組件。其包括了限幅器、耦合器、低噪放大器、帶通濾波器和混頻器。限幅器的主要功能是通過控制射頻功率級從而保護接收機；耦合器通過結合本地產生的1 090 MHz測試信號，從而實現自動環路控制并產生自檢信息；低噪放大器具有高增益和低噪聲特性，因此可以減小接收信號的噪聲系數；帶通濾波器的作用是在信號進入混頻器前濾除鏡像頻率；混頻器則通過將接收到的射頻信號與發射機傳來的連續波信號混頻，從而得到中頻信號。

中頻信號隨后被送到對數放大和鑒相器組件，對信號進行對數放大和鑒相，從而獲取偏離瞄準軸的角度信息及I/Q分量。輸出的I/Q分量被送到應答處理和通道管理組件，進行模數轉換、應答處理等操作后，對信號進行點跡錄取，最后點跡信號傳送至雷達頭處理器生成目標航跡信號。

3.3 故障分析

SIR-S型二次雷達通道二開啟S模式后，設備指示燈、LCMS、LCP均無告警指示，僅RMM顯示部分目標重碼，且常規A/C模式運行正常，可從軟件參數和硬件設備兩方面進行分析。

軟件參數方面，懷疑為通道二S模式下運算不準確導致目標分裂。在SSR LCP軟件上找到二次雷達通道二S模式相關參數，嘗試通過更改和、差通道信號增益補償量來校正目標(增益補償的原理是：由于和、差通道存在性能差異，而目標的位置又是通過和差通道幅度運算出來的，所以增益補償可以做到保持雷達運算目標的正確性)。嘗試修改設定取值生效后，通道二重碼情況依然存在，可知重碼與和、差通道信號增益補償無關。

硬件設備方面，SIR-S型二次雷達應答處理和通道管理組件(RPCM)主要功能為：與RHP數據交互；計時功能；詢問模式選擇；應答處理及相關；校正接收通道；記錄/回放功能；外部單元管理；BITE管理。同時，如圖1所示，RPCM組件由輸入輸出控制器(IP CARRIER)、主處理板(MVME5500)、VME時間生成器(VEG)、應答處理板(REP)、視頻接口板(VIM)組成。

圖1 RPCM組件

分析主處理板MVME5500，因其具備S模式時序控制及點跡錄取功能，若是主處理板功能出現性能降級，則可能導致部分目標重碼。更換備件后，故障現象不變，故排除其故障的可能。

隨后，分析應答處理器(REP)板主要功能如下。

(1)MPC(單脈沖通道)實現常規模式和S模式通道的共用處理功能：增益修正和數字信號補償；輸入信號過濾；產生可編程時間控制靈敏度門限；產生A/C和S模式存在信號；OBI信息產生。

(2)ATC(常規通道)實現常規通道處理功能：應答信號前沿和后延確認；框架檢測；抗虛假目標；抗串擾；單脈沖測量；解碼；應答數據報告產生和存儲；抗交錯；原始視頻產生。

(3)MSC (S模式通道)實現S模式通道處理功能：應答信號前沿和后延確認；檢測識別S模式應答頭；單脈沖測量；解碼；已解代碼錯誤識別和修正；應答數據報告產生和存儲。

因為SIR-S型二次雷達通道二能正常開啟A/C模式且目標信號正常，開啟S模式后出現部分目標重碼問題，由此，懷疑S模式出現重碼故障是由于REP板中功能3(S模式通道管理)降級導致的。

嘗試更換應答處理器(REP)備件后，SIR-S型二次雷達通道二再次開啟S模式，重碼情況消失，S模式信號正常，因此最后定位故障在REP板中S模式管理部分。

4 結語

隨著時代發展，科學技術進步，民航空管雷達設備模塊化程度越來越高，設備監控告警功能愈發完善。利用監控告警信息實現故障快速定位，已成為設備維護人員工作中必不可少的一環。文中因應答處理器功能降級導致SIR-S型二次雷達單通道S模式部分目標重碼，同時設備指示燈、監控軟件均無任何告警的情況較為少見，本文簡短地介紹了該種情況下SIR-S型二次雷達故障分析過程，同時就S模式的測試流程進行了描述，希望對同型號雷達維護人員的工作有所幫助。