合肥Indra二次雷達編碼器信號告警排除實例

摘要：民航安徽分局所轄合肥Indra二次雷達，是一部采購于西班牙Indra公司，型號為IRS-20MP/L 2NA型的S模式單脈沖二次雷達。該雷達于2017年正式投入運行，為合肥機場和空域提供監視覆蓋保障。2020年8月份以來，該部雷達間歇性無規律的出現編碼器信號告警，技術人員通過多方排查，最后找出了故障原因，成功排除了告警。此次告警的原因非常罕見，本文就此型號雷達編碼器的工作原理、信號流程和此次告警排除的思路、過程、技術分析等做相關介紹。

關鍵詞：二次雷達;編碼器;干擾

一、Indra二次雷達編碼器簡介

（一）工作原理

合肥Indra二次雷達的編碼器，采購于AMOSIN公司，分為測量尺和掃描頭兩個部分，基于純感應原理工作。測量尺是不銹鋼帶，用了光刻技術在其上蝕刻可變磁阻的高精度定期刻度，同時用了微多層技術在基板上實現具有在測量方向上對齊的多個線圈的線圈結構。掃描頭內部有線圈感應單元以及信號處理部分，掃描頭和測量尺之間在測量方向上的相對角運動會周期性地更改各個線圈的互感，從而生成兩個相位差為90°的正弦信號，通過信號調理評估以正弦波或方波信號形式提供增量輸出。除周期性正交信號（A，B及其反相信號）外，還輸出參考信號（RI及其反向信號）以確定絕對位置。該信號由集成到測量尺中的單個或多個參考標記生成，不需要任何其他部件。在二次雷達系統中，A、B及其反相信號經進一步處理即可得到ACP_A、ACP_B信號，RI及其反向信號經進一步處理即可得到ARP信號。

（二）信號流程

合肥Indra二次雷達有兩個編碼器，兩個編碼器的測量尺是公用部分，呈圓形，與天線基座轉動部分中間連接，跟隨天線以4秒一圈的角速度轉動。兩個掃描頭分別位于測量尺兩側，相隔約180°。天線轉動時，固定的掃描頭就和轉動的測量尺產生相對角運動，產生編碼器的輸出信號。每一路編碼器信號以RS-422串口傳輸形式引出，依次經過掃描頭供電盒、塔頂防雷器，沿天線塔向下進入設備機房室內，再依次經過室內防雷器、天線驅動系統控制箱（PCB）、詢問機柜PAN分別至雙通道MICE02。MICE02對送下來的增量信號和參考信號進行檢測和處理，最終得到雷達所需要的ACP_A、ACP_B和ARP信號。

編碼器的供電則由天線驅動系統控制箱（PCB）內的24V直流電源模塊引出，經過掃描頭供電盒內的DC-DC電源轉換器轉換至5V電源，供給編碼器掃描頭工作。

二、告警現象

2020年8月以來，合肥INDRA二次雷達間歇性出現告警，本地監控主機SLG顯示告警信息：“ACP_A and ACP_B signal failure in Enconder#1”，此時某一通道（或雙通道同時）MICE02模塊變橙色，ACP 1變橙色，2秒后自動恢復正常，出現頻次較高;另外，還有告警信息顯示：“Incorrect Number of ACP Pulses per Scan in Encoder #1 ”，某一通道（或雙通道同時）MICE02模塊變橙色，ARP 1變紅色，2秒后自動恢復正常，出現頻次較低。因INDRA二次雷達有2個編碼器，冗余備份，各自有單獨的信號鏈路。此次告警為編碼器1的告警，編碼器2正常，所以未對雷達信號輸出造成影響。但由于告警短暫且時間不規律，排查工作有一定難度。

三、告警排查過程

首先，我們在告警頻次較高的時候對ACP和ARP信號進行測試，Indra雷達前面板測試點有歸一化的ACP_A、ACP_B及ARP信號的測試點，技術人員手動將編碼器選擇至編碼器1，用計數器在測試點測量一個旋轉周期內的ACP信號個數，正常應為16384個，而在告警時測得的值卻有概率出現超出16384個。對編碼器的供電電壓進行檢查，PCB內的24V直流供電模塊的輸出為23.64V，打開掃描頭供電盒，DC-DC電源轉換器的輸出為4.96V穩定不變，供電電壓均在正常范圍內。

其次，我們對整個的編碼器信號鏈路進行常規物理檢查后，未發現接口松動或線纜破損的情況，考慮到信號鏈路上的避雷器可能會對信號造成衰減，將編碼器上的信號避雷器去除，發現告警依舊，至此排除了避雷系統的影響。

在上述常規檢查未找出原因后，我們采取從下至上、逐節排查的方法，依次調換編碼器1和2的信號連接線纜，觀察告警是否發生轉移，進行故障鎖定和故障定位。首先調換機柜PAN板輸入的兩個編碼器信號線纜，告警發生了轉移，編碼器1信號正常，編碼器2出現了告警，因此定位故障點在此往上;恢復上述接線后接著對調PCB輸入兩個編碼器信號線纜，告警還是轉移至編碼器2，所以繼續向上尋找故障點;恢復上述接線后，在塔頂調換掃描頭輸出端的編碼器線纜，告警依舊轉移，這時基本確定了下方線纜是正常的，故障仍在上一級;恢復上述接線后，繼續調換兩個編碼器掃描頭的輸出線纜，告警還是發生了轉移，排除了掃描頭配電盒內部故障，至此將信號告警的源頭定位到了編碼器上。

我們更換了編碼器1的掃描頭，發現告警仍然存在。嘗試了更換不同的備件掃描頭，以及調整掃描頭的安裝位置，告警依舊。至此排除了掃描頭的故障。

信號鏈路上目前只剩編碼器測量尺未進行更換確認了，但由于編碼器測量尺是無源器件，外觀上來看沒有任何損壞痕跡，而且測量尺拆卸安裝時需要非常精密，位置和水平不能出現偏差，目前沒有任何拆卸和安裝經驗，對于現場維護人員來說是相當困難的。其次由于編碼器測量尺是兩個編碼器的公共部分，而目前只有一個編碼器信號發生告警，所以我們認為測量尺損壞的可能性是非常低的。

根據排故由易到難的原則，我們開始考慮信號鏈路以外的故障因素，總結排查過程中的發現，雷達運行中不開啟輻射或者輻射模式為A/C模式的情況下，編碼器不發生告警，只有在詢問策略中包含S模式選呼的情況下，才產生編碼器告警。因此我們懷疑雷達射頻輻射通路出現問題，但通過雷達本地監控來看，射頻輻射通路并沒有任何告警，使用矢量網絡分析儀測量雷達Σ、Δ、Ω三個射頻通道在頻率1030Mhz和1090Mhz時的VSWR數值，均小于1.5，在正常范圍內。由于射頻通道旋轉鉸鏈上方正好穿過編碼器測量尺，我們最后還是決定對此處做拆卸檢查，拆卸下后發現其上端至天線的三根射頻線纜接頭均有不同程度的松動，在重新擰緊恢復后，開啟設備，編碼器信號告警未再出現。

四、技術分析

通過一系列的排查，基本可以確認是射頻旋轉鉸鏈上端的接口松動導致射頻信號泄露，影響了編碼器的信號。目前國內二次雷達使用的編碼器從工作原理上主要分光電式、磁電式和觸點電刷式等幾種，而采用磁電式編碼器的雷達為數不多，同時射頻通道在編碼器內部穿過的設計也比較少見，目前主要是Indra這一批次的二次雷達系統。此類依據互感原理設計的編碼器，應該要考慮對電磁干擾的屏蔽設計。實際上Indra二次雷達使用的編碼器在外部確有金屬保護蓋，防止灰塵以及起到電磁屏蔽的效果，然而此型號的Indra二次雷達在設計上卻讓射頻通道在內部穿過了編碼器結構，若射頻信號泄露，在如此近距離情況下，編碼器是未完全受到電磁屏蔽的，射頻信號引起的高功率的電磁場會影響到了編碼器掃描頭內的線圈感應，導致輸出波形異常，進而導致雷達檢查編碼器信號異常。

五、結束語

此次告警的原因是非常罕見的，今后在此類編碼器信號告警排除時應不僅僅拘于表象，也要考慮到內外部電磁干擾的因素。這對采用相同編碼器設計的雷達系統也具有一定的借鑒意義，同時通過此次排查過程，也提醒了對于我們設備維護人員來說，只有熟悉雷達每個部件的工作原理，才能拓展排故思路，解決非常規的告警問題，更好地做好設備維護保障工作。

參? 考? 文? 獻

[1] INDRA MSSR Technical manual 0018110000901MA02_A_0_PED_MTM [Z].Spain.INDRA.2015

[2] Product overview：Incremental & Absolute LENGTH-AND ANGLE MEASURING SYSTEMS based on the AMOSIN?–Inductive Measuring Principle [Z].Germany. AMO GmbH.2013

作者單位：高永剛? ? 民航安徽空管分局

高永剛（1978-），男，漢族，安徽合肥，民航安徽空管分局主任工程師，研究方向：通信導航監視設備維護管理。