民航內(nèi)蒙古空管分局 裴方瑞

呼和浩特阿萊尼亞二次雷達(dá)雷擊故障分析與維修實(shí)例

民航內(nèi)蒙古空管分局 裴方瑞

為阿萊尼亞二次雷達(dá)設(shè)備遭雷擊后雙機(jī)故障提供維修方案，以民航內(nèi)蒙古空管分局西什拉烏素雷達(dá)站雷擊事件為例，對阿萊尼亞二次雷達(dá)設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及接口電路進(jìn)行分析研究。發(fā)現(xiàn)雷達(dá)頭處理器電源以及輸入輸出接口電路控制芯片被擊毀，通過更換設(shè)備電源和可編程4通道串行接口PSI-4N板件，使設(shè)備恢復(fù)信號輸出。

阿萊尼亞二次雷達(dá)；雷擊；RHP雷達(dá)處理器；接口；傳輸；時鐘

引言

民航內(nèi)蒙古空管分局西什拉烏素雷達(dá)站阿萊尼亞二次雷達(dá)設(shè)備于2015年7月29日凌晨6：10遭遇雷擊，導(dǎo)致雷達(dá)設(shè)備主備機(jī)同時故障，無信號輸出，對安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。本次雷擊波及范圍廣，造成雷達(dá)接收機(jī)、錄取器、雷達(dá)頭處理器RHP、傳輸?shù)热舾稍O(shè)備故障。面對紛繁復(fù)雜的告警信號，內(nèi)蒙古分局雷達(dá)工程師和華北空管局的雷達(dá)專家仔細(xì)研究故障現(xiàn)象，從問題源頭逐項(xiàng)排查，對接口信號依次進(jìn)行測試，最終確定故障組件為接收機(jī)對數(shù)中頻放大器LOG IF，控制錄取器多功能接口組件MIS-1板，雷達(dá)頭處理器X8、X9位置可編程4通道串行接口PSI-4N板件和電源，以及PCM傳輸設(shè)備接口。下文詳細(xì)描述了雷擊排故工作的難點(diǎn)與關(guān)鍵步驟。希望其中的經(jīng)驗(yàn)可以為同行提供一定的參考與幫助。

1　 故障現(xiàn)象

民航內(nèi)蒙古空管分局西什拉烏素雷達(dá)站安裝一部阿萊尼亞二次雷達(dá)，型號為馬可波羅II。該設(shè)備于1998年12月投產(chǎn)運(yùn)行，到2015年已經(jīng)連續(xù)工作17年，步入了故障高發(fā)期，運(yùn)行不穩(wěn)定，告警頻發(fā)。

7月29日凌晨，該雷達(dá)設(shè)備遭雷擊，雙機(jī)均無雷達(dá)信號輸出，雷達(dá)A、B機(jī)均顯示6501告警；雷達(dá)頭處理器RHP B機(jī)電源故障，設(shè)備無法開機(jī)，檢查設(shè)備板件發(fā)現(xiàn)位于X9位置的PSI-4N板件電路燒毀，數(shù)塊芯片碳化，如圖1，位于X8位置的PSI-4N板件個別元器件有被燒灼現(xiàn)象；雷達(dá)頭綜合顯示器CDS上能看到間斷顯示的原始視頻，但無點(diǎn)跡和航跡數(shù)據(jù)顯示。在RHP終端輸入ILT命令，RX顯示為OFF，不接收來自雷達(dá)錄取器的信號，RAD為UNKNOW，雷達(dá)信息未知，輸入IST ON后不提示任何目標(biāo)信號。同時雷達(dá)B通道接收機(jī)對數(shù)中方LOG IF告警燈變紅，顯示5201和5901告警。

圖1　 被燒毀的電路板

2　 雷達(dá)設(shè)備排故

根據(jù)雷達(dá)設(shè)備告警提示，6501告警為天線驅(qū)動控制單元ASC的電源故障[1]。使用萬用表對ASC單元X12位置的+27V直流電源模塊、X11位置的+5V和±12V直流電源模塊測試點(diǎn)進(jìn)行測試，萬用表指示電源模塊輸出均在正常范圍之內(nèi)；更換上述兩部電源模塊備件，告警代碼依舊存在；更換天線電源控制板PAC、編碼器驅(qū)動接收板EDR和視頻及觸發(fā)信號選擇分配板VTD后，告警依然沒有消除，故懷疑該告警代碼為假告警，ASC單元應(yīng)該不存在故障。在對ASC單元直流電源模塊更換過程中發(fā)現(xiàn)CDS顯示的原始視頻全部消失，重新插拔電源模塊后，原始視頻信號又重新出現(xiàn)，仔細(xì)查看電源接口，發(fā)現(xiàn)電源接觸點(diǎn)松動，對其緊固后原始視頻保持穩(wěn)定，不再間斷輸出。

根據(jù)之前維護(hù)蘇尼特右旗備用阿萊尼亞馬可波羅I號雷達(dá)的經(jīng)驗(yàn)，阿萊尼亞雷達(dá)在設(shè)備老舊后可能會出現(xiàn)A機(jī)和B機(jī)電路互相影響的情況。將雷達(dá)點(diǎn)跡錄取器A機(jī)除視頻切換組件SWIT-1板以外的所有板件全部取下（由于SWIT-1板是雷達(dá)主備機(jī)共用的，負(fù)責(zé)將VERA計算機(jī)處理后的點(diǎn)跡信息送RHP處理及接受RHP來的遙控指令，故必須保留在機(jī)上），開啟雷達(dá)B機(jī)，發(fā)現(xiàn)此時B機(jī)6501告警消失，只存在0301告警，說明B機(jī)設(shè)備正常；逐步將A機(jī)的錄取器板件重新插入設(shè)備，當(dāng)將多功能接口組件MIS-1板插到A機(jī)時，在A機(jī)還未開機(jī)的情況下，B機(jī)立刻出現(xiàn)6501現(xiàn)在告警，拔掉后告警再次消失；將該MIS-1板插到B機(jī)后，A機(jī)和B機(jī)開機(jī)后會同時出現(xiàn)6501告警。由于MIS-1板主要負(fù)責(zé)雷達(dá)設(shè)備的告警管理以及電源狀態(tài)監(jiān)視，當(dāng)MIS-1板故障后通常會出現(xiàn)各種誤告警，更換MIS-1板備件后，雷達(dá)A機(jī)和B機(jī)無告警顯示[2]。

此時從CDS系統(tǒng)觀察，依然沒有點(diǎn)跡和航跡顯示。在RHP A機(jī)終端輸入ILT命令，發(fā)現(xiàn)有兩項(xiàng)參數(shù)顯示不正確，RX顯示為OFF，意味著RHP未從控制錄取器接收雷達(dá)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)；RAD顯示為UNK，表示雷達(dá)不被識別。輸入IST ON命令，未出現(xiàn)正常應(yīng)該提示的點(diǎn)跡和航跡信號輸入數(shù)據(jù)。通過示波器對控制錄取器輸出到RHP的雷達(dá)信號進(jìn)行測試，可以看到控制錄取器輸出信號正常，信號幅度也符合標(biāo)準(zhǔn)。因此初步確定不是控制錄取器的故障。

依照信號流程對RHP進(jìn)行測試。由于RHP B機(jī)遭雷擊后電源故障，無法開機(jī)，故只能對RHP A機(jī)開機(jī)測試。通過RHP A機(jī)終端輸入命令查看發(fā)現(xiàn)A機(jī)無輸入信號。由于控制錄取器送出的信號是正常的，故懷疑RHP A機(jī)的輸入接口電路故障?？刂芌HP輸入的接口電路板為X8位置的PSI-4N卡，它是RHP主要的I/O模塊，可以管理4個全雙工的串行線通道，可以通過編程實(shí)現(xiàn)同步或異步模式的數(shù)據(jù)交換。該板將雷達(dá)點(diǎn)跡信號接入RHP后，RHP進(jìn)行后續(xù)處理形成航跡輸出。雖然該電路板無備件，但RHP A機(jī)和B機(jī)均包含4塊PSI-4N卡，真正區(qū)別其功能的是板卡上的兩塊TMS 27C512芯片中寫入的內(nèi)容。將RHP B機(jī)看似未損壞的PSI-4N板換上A機(jī) X8位置PSI-4N板的TMS芯片，插入A機(jī)進(jìn)行測試，故障現(xiàn)象依舊存在。由于RHP B機(jī)雷擊現(xiàn)象較嚴(yán)重，懷疑可能是B機(jī)所有板件均被擊毀，而缺乏備件使排故過程陷入僵局。我們緊急聯(lián)系了華北空管局雷達(dá)專家，第二天專家?guī)砹舜罅康睦走_(dá)備件。接著上述思路繼續(xù)進(jìn)行排故，更換X8位置的PSI-4N板后，重新啟動RHP后，CDS上出現(xiàn)了雷達(dá)點(diǎn)跡和航跡數(shù)據(jù)。此時判定雷擊造成了RHP A的輸入接口電路故障。在RHP A機(jī)的終端輸入TST命令查看OPS、OR1、OR2、OR3輸出端口情況，發(fā)現(xiàn)OPS、OR1和OR2的TX均為OFF，即無RHP無輸出，唯獨(dú)OR3的TX為ON，顯示正常。雷擊之前RHP A機(jī)的配置為OPS口輸出信號通過微波路由送本廠，OR2口輸出信號通過光纜送本廠，其中OPS端口設(shè)置為外時鐘，與其連接的PCM若遭雷擊故障，未送時鐘信號到本端口則有可能輸出為OFF，但OR1、2、3這三個端口均為內(nèi)時鐘，屬于盲發(fā)，其輸出為OFF肯定不正常。查看RHP的配置文件，得知負(fù)責(zé)輸出接口的板件為X9位置的PSI-4N電路板，取下電路板仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)接口芯片SN75175N和SN75174N有輕微的燒灼現(xiàn)象。使用備件替換后，重新查看輸出端口，發(fā)現(xiàn)各接口輸出信號均恢復(fù)正常。注意RHP送給CDS的信號是通過X8位置的PSI-4N控制的MON端口，因此即使在輸出電路X9電路板故障的情況下，CDS顯示也是正常的。

3　 雷達(dá)丟失目標(biāo)處理

在雷達(dá)設(shè)備恢復(fù)之后，將雷達(dá)信號送入自動化系統(tǒng)顯示，發(fā)現(xiàn)通過微波路由（外時鐘）送回本廠的雷達(dá)信號丟包率非常高，超出了川大自動化系統(tǒng)的門限，自動化系統(tǒng)自動將該部雷達(dá)屏蔽，不進(jìn)行融合；而通過光纜路由（內(nèi)時鐘）送回的雷達(dá)信號雖然丟包率很低，但是每隔一分鐘左右就會出現(xiàn)一次大面積同一扇區(qū)的目標(biāo)丟失，這兩路信號均通過銀訊PCM設(shè)備進(jìn)行傳輸。測試RHP輸出端口送微波PCM的信號，發(fā)現(xiàn)PCM設(shè)備通過15腳的輸入時鐘電平幅度在8v上下波動，而24腳的雷達(dá)輸出時鐘電平卻高達(dá)18v，此時懷疑PCM設(shè)備電路接口遭雷擊，設(shè)備性能下降，輸出時鐘電平變低，導(dǎo)致雷達(dá)信號輸出丟包率升高。更換PCM備件后，測試輸出時鐘電平為12v左右，通過自動化系統(tǒng)查看，發(fā)現(xiàn)丟包率下降到正常范圍之內(nèi)。證實(shí)了我們之前關(guān)于PCM故障的判斷。

在處理大面積雷達(dá)目標(biāo)丟失的問題時，我們在經(jīng)過多次試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)使用機(jī)柜內(nèi)原有的傳輸線傳送信號均會出現(xiàn)該問題，但是若將RHP輸出至PCM傳輸設(shè)備之間的傳輸線放置在雷達(dá)機(jī)柜外面，目標(biāo)丟失的現(xiàn)象就會消失，只要將線纜放回雷達(dá)機(jī)柜的線槽內(nèi)，目標(biāo)丟失現(xiàn)象立馬出現(xiàn)，判斷是因?yàn)榫€槽內(nèi)電磁干擾所致。通過示波器查看機(jī)柜內(nèi)負(fù)責(zé)雷達(dá)信號傳輸?shù)木€纜針腳，發(fā)現(xiàn)傳輸線會自動感應(yīng)出一個時鐘信號，且周期與雷達(dá)時鐘周期不同，長時間的積累效應(yīng)就會導(dǎo)致雷達(dá)數(shù)據(jù)解碼失敗，故而產(chǎn)生大面積雷達(dá)目標(biāo)丟失。由于線槽之內(nèi)傳輸電纜眾多，所以只能先將傳輸線放在線槽外邊，確保雷達(dá)數(shù)據(jù)輸出顯示正常，待大修時再對機(jī)柜內(nèi)線纜逐條排察，以確定電磁干擾問題根源。

4　 結(jié)束語

雷擊通常會導(dǎo)致設(shè)備多組件故障，告警現(xiàn)象復(fù)雜，難以短時間修復(fù)。通過本次對西什拉烏素阿萊尼亞雷達(dá)雷擊的分析與維修，我們搜集了大量的數(shù)據(jù)，對雷達(dá)頭處理器RHP、天線驅(qū)動單元ASC和點(diǎn)跡錄取器有了更深刻的認(rèn)識。非常感謝華北局雷達(dá)專家熱情的幫助，沒有他們帶來寶貴的備件，我們是難以修復(fù)設(shè)備的。本文總結(jié)了雷擊維修的工作經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)描述了處理雷擊后設(shè)備的恢復(fù)過程，并對涉及到的細(xì)節(jié)問題進(jìn)行了闡述，希望能為遇到相同問題的同行提供一些幫助。文章中的不當(dāng)之處還請讀者批評指正。

[1]蘇紅衛(wèi)．SIR-M單脈沖航管二次雷達(dá)設(shè)備講義[J]．天津:中國民航大學(xué),2006．

[2]RADAR AND SYSTEM DIVISIOON Logistic Dept．ALENIA Technial Manual,Antenna Pedstal[Z]．Italy:Alenia Company,March 1992．