摘要：通过对几例航管二次雷达ACP,NRP方位信号异常情况进行分析，给出故障排查方式和步骤,简单介绍一些雷达设备维护经验，从而更好的维护雷达设备正常运行，保障飞行安全。
关键词：雷达 方位信号 编码器 防雷
analysis of abnormal situation of air traffic control secondary radar azimuth signal
Abstract:Based on the analysis of several abnormal conditions of ATC secondary radar ACP and NRP signals, the troubleshooting methods and steps are given, some maintenance experience of radar equipment is briefly introduced, so as to better maintain the normal operation of radar equipment and ensure flight safety。
前言：中国民航起步初期，航班较少，空中交通管制方式为程序管制。随着中国民航事业的快速发展，航班量快速增加，程序管制方式的效率低，难度大，空域利用率低的问题已成为制约民航发展的重要因素，尽快采用雷达管制已成为大势所趋。自20世纪80年代，在我国开始快速推进二次雷达系统的建设工作，为实现雷达管制方式提供了技术保障。现在，空管二次雷达已成为现代民航空管的核心装备，是民航管制员正确实施空中指挥的关键手段，对保障民航飞行安全和航班正常具有十分重要的作用。
中国空管雷达系统，历经一次雷达，常规二次雷达，单脉冲二次雷达和S模式二次雷达，以及广播式自动相关监视系统，从依靠进口到具备自主生产二次雷达成套设备的过程。目前在我国已基本实现二次雷达的多重覆盖，尤其是S模式二次雷达的快速应用，为民航管制安全提供了强有力的保障。
作者从事航管雷达设备维护保障工作20余年，先后经历了四套不同型号进口和国产二次雷达的安装、调试和维护工作，对雷达运行中出现的常见异常运行情况的排查和应急维修等有丰富的经验。雷达发展至今，技术和工艺制作已经非常成熟，但是由于运行环境和维护方式等的不同，雷达系统运行过程中还是会出现很多异常情况。总结近几年雷达设备维护工作，二次雷达天线系统的故障比例比较高，其中关于方位信号异常的情况较多，本文对此类异常情况进行分析，并对天线系统的维护方式提出一些建议。
一、二次雷达方位信号的产生过程
航管二次雷达系统用于产生方位信号的装置是编码器，产生方位增量信号和方位正北信号，目前使用的编码器大部分为旋转增量式编码器，是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，安装于天线系统内，与天线齿轮装置联动，将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，在天线转动360度的过程中有规律的产生方位信号。对于配置了变频器的二次雷达天线系统，编码器也能得到一个速度信号，这个信号要反馈给变频器，从而调节变频器的输出数据。不同的雷达在方位信号的处理方式上存在不同。早期的单脉冲二次雷达天线系统中，编码器精度不高，分辨率较低（4096），密封性能差，采用光栅扫描的方式，其中码盘为塑料材质，其成本低，但热稳定性、寿命均要差一些，且正北信号通过内置的拨码开关进行定位，精度较低。
稍后期的编码器通过倍频的功能，实现了较高的分辨率（16384），且正北信号通过软件进行设置。最新的二次雷达系统安装有方位发生器，方位发生器由旋转变压器和RDC计算模块组成，雷达天线旋转过程中的方位信息是通过方位角编码单元实现。在天线转动过程中，安装在方位主轴上的旋转变压器，给出方位同步相位信号，RDC计算模块将旋转变压器的相位信号转换为相应的数字信号，该数字信号经修正后，反映了雷达天线的实际方位，方位信号通过整形等处理，输出雷达系统需要的方位增量信号和正北信号。目前，作者负责运行维护的二次雷达中，就包括了上述类型的编码器。
二、常见的方位信号异常情况
1、编码器工作电压异常，导致方位信号输出失败。某型号二次雷达采用光栅扫面方式的编码器，驱动电压为11-27V,安装配套的电缆一般为50米，匹配编码器驱动电压。由于各个现场二次雷达天线塔高度不同，出于防雷要求，需根据实际情况进行裁剪。二次雷达安装现场天线塔高度为30米，根据实际情况进行了电缆裁剪。初期二次雷达系统运行正常，长时间运行后出现编码器故障，方位信号丢失。在天线系统通电状态下，测试天线侧编码器无信号输出，驱动电压超门限要求。通过电压调节装置，将电压调整至正确值后，编码器恢复正常，方位信号正常输出。
2、编码器硬件故障导致方位信号输出失败。某型号二次雷达出现编码器故障后，测试编码器输出端无信号，驱动电压正常，定位为编码器故障，更换备件后恢复正常。经检查，此类编码器密封性能较差，通过旋转连接装置，与天线系统齿轮联动。由于编码器中轴为旋转轴，旋转轴边缘不能完全密封，其他物质会沿缝隙进入编码器，导致内部的扫描装置受损。
3、配套的避雷系统故障，导致方位信号输出失败，这类故障存在于所有的二次雷达系统中。空管二次雷达对防雷有明确而严格的要求，在编码器天线塔端和雷达机房端均串接了防雷SPD模块，在遭雷电袭击的情况下，通过SPD模块的保护，避免了雷达设备遭雷击造成重大损失的危险。在雷电天气下，这种类型的编码器运行异常现象很难避免，但是排查难度并不大，如果出现编码器运行异常的情况，造成二次雷达信号中断，重点对避雷系统进行排查，大多数为防雷SPD模块损坏，更换此模块后基本可恢复正常。如果检测防雷SPD模块并未损坏，需要进一步检查编码器、雷达接收机和雷达信号处理部分，以确定具体的故障点。
4、由于电磁干扰，编码器运行异常，导致方位信号处理错误，造成二次雷达输出信号不稳定，出现大面积丢点和假目标。这种类型的方位信号错误问题，早期出现的并不多，最近两年由于雷达周边电磁环境的持续恶化，呈逐年增多的趋势，在很多雷达现场出现过此类问题。这种类型的问题有非常明显的现象，会自行恢复正常，出现频次无规律，持续时间无规律。早期二次雷达不具备显示控制系统，使用示波器等仪表检测方位信号，可以发现方位信号脉冲混乱，周期错误；后期的二次雷达通过显示控制系统可以观察到方位脉冲数量错误，二次雷达旋转周期错误。对造成这类问题的干扰源不好排查，更多的需要二次雷达所在地的无线电管理委员会协助排查，需要在干扰期间通过无线电测试仪器找到干扰源进行清除，在干扰消失期间无法进行排查。
以上是作者在多年的雷达维护工作中发现的一些典型方位信号错误的案例，并对排查过程进行了简单的讲解。
参考文献：
1、空管二次雷达.张尉等.国防工业出版社.2017年
2、数字电路逻辑设计.朱正伟等.2020年
3、航管二次雷达编码器研究.于昊.现代商贸工业（2018年第11期）