新疆地区极端气候条件下雷达设备易发故障浅析

刘飞

摘 要：新疆地区幅员辽阔，南北疆各个季节气候条件差异极大，为了确保各个季节气候条件下雷达设备运行保障正常，通过分析各个季节多发故障原因，提出了相应的解决方案，为后续新装雷达设备运行保障给出借鉴。

关键词：季节气候；故障；雷达设备

中图分类号：TN95 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）28-0091-02

引言

民航新疆空管局现有乌鲁木齐Alenia一二次合装雷达，乌鲁木齐场面监视雷达、五家渠Indra单脉冲二次雷达，哈密、鄯善Indra S模式二次雷达五套雷达设备，安装于南北疆不同地区。由于新疆地区各个季节灾害性天气常发，容易对雷达运行造成影响。本文通过分析各个季节不同地区雷达设备易发故障，提出相应解决方案，以便为后期新装雷达出现相似问题提供参考。

1 一次/场监雷达工作原理

一次/场监雷达天线发射射频脉冲。当射频信号遇到目标以后，其中的一部分能量向雷达站天线方向反射，通过天线进入接收机。信号经过雷达接收系统放大检测等处理以后，用反射的回波信号发现目标的存在，并可以提取目标参数信息。

测距是基于光速不变的原理（光速C=3×108米）。由于射频回波信号往返雷达和目标之间，它滞后于所发射的探测脉冲时间为tr。以探测脉冲作为时间基准，目标和雷达站之间的斜距R为：

R=C×tr/2

由上式可见，对目标的测距（系指斜距）和测时是一致的。由于雷达测量目标的距离是斜距，它不能表示目标对地面的投影到达雷达站的距离。当雷达天线到目标的斜线与水平面的夹角小于10°时，雷达所测的斜距近似等于目标的投影到雷达站的距离（如图2）。

对于监视雷达而言，测角是指以正北方向为基准测量目标与正北基准之间的夹角，也就是目标偏离正北方向的角度，也称为方位角。监视雷达的方位角一般由扫描天线主波束的指向所确定。天线在转动过程中，天线码盘不间断地向雷达数据处理设备送出天线主波束指向角的方位编码，在录取目标的同时录取天线的方位编码，在理论上就能给出目标的方位。

2 概述二次雷达工作原理

如图4为二次监视雷达工作原理图。二次监视雷达是由地面站（通常称询问机）通过天线的方向性波束发射频率为1030MHz的一组询问编码（射频）脉冲。当天线的波束指向装有机载应答机飞行器飞行方向时，机载应答机的天线接收这组询问，通过应答机接收系统检测这组询问编码信号并判断编码信号的内容，然后由机载应答机发射频率为1090MHz的一组约定的回答编码（射频）脉冲信号。地面询问机接收这组回答编码，通过地面询问机的接收系统检测并由视频录取器处理完成对目标的距离、方位以及回答编码等内容的测量，最后形成目标的点迹报告送到后续设备。由于完成目标的定位是靠询问、回答两次有源辐射，定位是非自主式（询问应答式），所以称为二次雷达。

3 春季假目标多发情况分析

乌鲁木齐、五家渠二次雷达在冬春交替季节极易出现虚假应答目标，且出现频率很高，给管制员指挥工作带来了一定干扰。通过统计分析出现假目标的区域及时间，可以判断为春季融雪昼夜交替冻冰后增大了地面反射率导致较为频繁的出现雷达假目标。乌鲁木齐冬天多降雪，春季积雪融化，昼夜交替出现大片水冰冻结层。由于乌鲁木齐地窝堡机场地势较低，在市区南边地势较高区域水冰冻结层极易反射飞机应答信号进入雷达天线造成多径干扰。对于此种情况，可以通过在相应假目标出现的区域提高雷达接收机检测门限、提高GTC曲线等技术手段，大幅改善假目标多发情况。

4 春秋季直流电源故障分析

鄯善位于天山山脉以南，紧邻库姆塔格沙漠，春秋季极易出现大风扬尘天气，值班员每年春秋季换季维护期间都会对机房雷达设备进行彻底除尘操作。由于灾害性沙尘天气频发，虽然机房已经做了相关的防尘措施，但是经过一段时间的不间断运行后，雷达机柜风扇及直流电源模块仍然会出现积灰严重现象，进而影响风扇出风效率，直流电源模块散热效率下降。长此以往运行后，出现单通道直流电源故障。维修人员拆机维修相关部件时发现积灰情况，经过分析确定为灰尘聚积影响直流模块散热导致的电源故障。

确定了故障原因，台站值班人员提出了针对此项故障的预案：（1）春秋季换季维护时要检查机房窗户密封性问题，如有出现漏风情况，及时处理。（2）大风扬尘天气下要加强机房巡视，关紧门窗，拉好窗帘，防止外界灰尘进入机房。（3）定期检查设备风扇运行情况，如发现风扇异响、转速下降等情况，及时更换。（4）定期对电源及风扇模块进行除尘操作，保证设备散热良好。

5 夏季编码器故障分析[1]

鄯善雷达于2011年2月底开始进行安装调试工作，于5月完成校飞并投入试运行工作。同年5月运行后值班员巡视设备时发现系统出现编码器信号失败告警，持续一段时间后自动恢复，后又连续出现类似情况，不影响雷达系统正常运行。由于出现编码器信号失败告警，并且持续出现，初步判断为编码器故障损坏，对编码器进行更换，重新开机后，发现告警状态消失，但是一段时间后告警情况再次出现，再次更换编码器后告警现象类似。维护人员在对编码器进行更换时发现天线基座内部虽然有温控器控制风扇可以对基座内部空气进行对流降温，但是每次打开基座箱门时仍然能感觉到基座箱内部温度明显高于外界，经过实际测量，当天线罩内温度达到40摄氏度时，关闭天线基座箱门，基座内部温度可以提高到45度以上，这样的高温会对基座箱内部的各个组件的运行产生很大的影响。

鄯善、哈密位于天山山脉以南地区，夏季室外最高气温可达45℃以上，天线基座内部结构紧凑，热量不易散发，对编码器的持续运行严重影响，导致出现编码器信号失败告警。夏季通过打开基座箱门增加空气对流降温，可以有效缓解此类故障的出现。鄯善夏季气温高于哈密，在天线塔加装空调设备后，可以进一步杜绝此类故障的发生。

6 冬季天线旋转部件异响分析

新疆地区冬季气温可低至-30℃以下，由于天线设备安装于室外，虽然天线罩具有一定的防风保温作用，但是天线运行环境温度仍然很低。极低气温导致的热胀冷缩现象影响天线旋转部分的润滑效果，导致天线转动时机械部分会有明显异响。针对此种情况，可以通过适当添加大盘黄油及马达机油，增加天线转动时机械部分的润滑效率，缓解异响情况。

7 结束语

本文简要介绍了新疆地区各个季节不同地区雷达设备运行过程中出现的多发故障，分析了其成因并给出了解决方案，进一步增强了值班员针对此类问题的快速处理能力，为设备后期平稳运行保障打下坚实基础。

参考文献：

[1]劉飞.Indra S模式二次雷达天线基座工作原理及故障浅析[J].民航科技，2015（6）：101-102.

[2]周维莉，曹江田，王雷雷.刍议如何搞好基层雷达装备的安全防护[J].科技创新与应用，2015（17）：78.

[3]高建平.关于二次雷达性能及模块故障诊断系统的研究[J].科技创新与应用，2016（11）：57.endprint