SELEX一二次合装雷达接收机处理分析与参数调整

SELEX一二次合装雷达接收机处理分析与参数调整

王珂

(1. 民航华东空管局 上海 200335 )

摘 要：目的：介绍接收机组件在SELEX一二次合装雷达设备中的应用和SELEX一二次合装雷达的接收端信号处理方法与故障分析。方法：通过对接收机的了解与实际参数进行接收机的通道平衡调整，同时对相位进行调整。结果：通过分析了标准信息，明确了调整的方向与结果。结论：清楚的明确了SELEX一二次合装雷达的标准信息，提高了设备保障能力。

关键词：雷达；接收机；预选滤波器；移相器；射频测试振荡器；对数放大鉴相器（LOG & PD）；接收机控制管理模块（RXCM）

0 引言：

雷达中接收机组件一直是重中之重，主要功能是对雷达天线接收到的微弱信号进行预选、放大、变频、滤波、解调和数字化处理，同时抑制外部的干扰杂波以及机箱内的噪声，使回波信号尽可能的保持目标信息，以便进行下一步的处理。

1接收机组件主要功能：

接收机的主要功能：

从预选滤波器中接收ΣΔΩ信号；将RF信号（1090MHz）下变频至IF（60MHz）；在IF频段依照ICAO标准进行信号滤波；利用对数放大器放大信号，保持它的宽度和相位匹配；解析相位信息；将IF信号转换成视频信号；利用测试目标产生器进行自动校准。

2接收机组件的组成：

2.1 预选滤波器

预选滤波器由一套三个匹配滤波器组成。它们处于接收机输入信道中，一个信道一个（Σ，Δ和Ω），它保护接收机组件免受970MHz的镜像频率和1030MHz的发射频率辐射能量的伤害。预选滤波器必须保证在1030MHz有60dBm在970MHz有80dBm的抑制能力。

2.2 移相器

两个移相器会恢复由于Σ和Δ两通道路程差引起的相位差，保证信号经过本振混频后，在鉴相器输入端的两个信号已完成移相处理，相位可信。

2.3 射频测试振荡器

射频测试振荡器可以再细分成两部分，构成上这两个不同的印刷电路分别是射频（RF）和测试振荡器(TO)

射频的组成：

限幅器和耦合器部件；低噪声放大器部件；带通滤波器部件；混频器部件。

限幅器和耦合器部件主要功能如下：

通过限制射频功率电平保护接收机免受强输入信号的伤害。耦合测试信号（来自测试振荡器电路）用于三路接收通道的自动环路控制并评估接收机性能。在测试信号进入时，限幅器由RX_DISABLE命令激活（接收链路断开）以防止校准过程中受到来自天线的信号的影响；低噪声放大器有一个高增益和一个低噪声系数，所以接收机内部的噪声系数是被减弱的；；来匹配三个信道增益和恢复任何不匹配；带通滤波器的目的是在信号进入混频器部件前，抑制970MHz频率；混频器部件将接收到的1090MHz射频信号与来自发射机组件的1030MHz信号进行混频，得到60MHz中频信号。测试目标信号是由测试振荡器部件产生的。来自于发射机组件的1030MHz信号与本振产生的60MHz信号混频产生1090MHz的测试信号。测试振荡器部件产生一个BITE信号，它会检查自动环路控制的环路信号电平，调整测试信号功率电平值，这个电平必须在正常范围内。

2.4 对数放大鉴相器

对数放大鉴相器（LOG & PD）分为两个部分，中频对数放大器和鉴相器，即LOGARITHMIC AMPLIFIERS AND INTERMEDIATE FREQUENCY (LOG_IF)和PHASE DETECTOR (PD)。射频部分的输出是对数放大器的输入。

对数放大器对信号放大如下公式：

VOUT = 15 * PIN + 1066.25 [mV]

其中PIN是中频对数放大器的输入三个匹配对数放大器实现80dB的动态范围和90dB的增益。视频放大器的输出会被送到RPCM组件和鉴相器部分，通过自动环路控制可以保持恒定的输出功率电平。另外，Σ和Δ的IF输出被送到鉴相器中提取出相位信息，LOG_IF部分会产生三个BITE信号。检查每个信道（Σ，Δ和Ω）的输出功率电平，确保都在正常范围内。

鉴相器保持LOG_IF视频输出功率电平恒定，鉴相器得到的相位信息由以下公式生成：

VOUT = 1060 * sen (- )

式中两个相位是在接收机部件的输入端计算得到的。鉴相器包含关闭三个自动环路控制回路的电路。鉴相器部分产生一个BITE信号，检查鉴相器的视频输出功率电平，确保其在正常范围内。

2.6 RXCM板

RXCM板是以下设备之间通信的接口：RX组件与两个RPCM组件之间、TX组件与PDA组件之间

RXCM板的功能：

隔离接收机组件与其他组件。从RF，TTG，LOG-IF和PD器件中收集八路BITE信号；从风扇中收集三路BITE信号；从电源模块中收集三路BITE信号；从温差热电偶中收集一路BITE信号。转换以上BITE数据为串行信号并通过RS-422串行数据线将接收机相关信息发送给两个RPCM。发送常规故障和+5V 电源故障信号给两个RPCM。管理从两个RPCM来的数字输入信号和时标信号。

2.7 电源模块

电源模块为接收机组件其他模块提供电源，具体如下：

为射频测试振荡器（RF&TO）和对数放大鉴相器（LOG & PD）提供±5V和±15V电源。+24V和+5V电压分别提供给电扇和RXCM板。每个电源模块都提供相关的BITE信号。前面板的开关有锁止装置，可以防止意外动作关闭电源。电源可以通过命令远程控制，可由RPCM上开启电源模块。

模块主要保护装置是线路上220V保险丝，同时存在一个内部保护系统产生以下告警信息:电压过高、电压过低、电流过大、温度过高。当以上情况发生，模块会向外发送BITE信号。

3 设备部分性能指标

增益：Σ通道: ≥ 27 dB ；∆通道 : 与Σ通道相差不超过2.5 dB。

接收数据：标称中心频率：1090MHz；

插入损耗（1090MHz）：小于等于0.65dB

3dB带宽：±15MHz

抑制（1030±3MHz）：大于等于60dB

抑制（970±10MHz）：80dB

抑制（1300±100MHz）：大于等于80dB

标称阻抗：50欧姆

电压驻波比（1085—1095MHz）：小于等于1.45

输入信号幅度：-67.25—12.75dBm

输出信号幅度：50—1250mV/75欧姆

4 案例

北京时间2020年09月13日 19：05，虹桥SELEX一二次雷达的二次主用B通道在LCMS上出现TRH:MA(INP) SSR INPUT LINE:OFF及TRH:MS(INP) SSR INPUT LINE:OFF告警信息，同时LCP2上产生RF&TO LRU Fault告警。二次主用通道自动切换为通道A，信号输出正常。

值班人员分别于19：17，19：28，19：50，三次手动切换通道。前三次通道切换，大终端反映信号正常，19：50第四次手动从A通道切换至B通道时，大终端欧洲猫系统观察到掉点4圈约20秒，28所系统正常。此时设备告警依旧存在。初步分析为B通道∑和Δ相幅平衡出现偏差。

4 案例处理

于2020年09月14号在主用通道运行时，对备用通道进行调整。

所需仪器与材料：射频电缆若干；射频信号发生器；脉冲信号发生器；功率计；示波器；50Ω匹配电阻；射频三通连接器。

调整步骤：

1. 校准仪器仪表

2. 在RCP上操作，控制权限切换模式设置为Manual模式，设置Atuo/Manual为Manual。

3. 在RCP上操作，双通道关闭辐射，Channel A和Channel B，分别设置Radiation Status = OFF。

4. 按图1连接仪器仪表。

5. 射频发生器设置如下，发射信号频率1090MHz，发射功率0dBm，连续波调制，脉冲宽度1 ms，脉冲延迟300 ms，外触发。

6. 示波器设置如下，A通道幅值（Y轴）0.2Volt/p，时基（X轴）50ms/p，外触发。

7. 1dB和10dB步进的两个可变衰减器两端由N(M)-N(M)接口的同轴电缆连接，初始衰减设为0dB。功率计同样由N(M)-N(M)接口的同轴电缆连接。

8. 打开射频信号发生器的信号发射，调整功率大小直至功率计显示为0dBm，此步骤用于功率计校准。

9. 关闭射频信号发生器的信号发射，断开功率计连接的同轴电缆，调整两个衰减器总衰减为31dB。

10. 关闭PSU+5v/+24v面板上切换开关，此时接收机ALC已关闭。

11. 射频信号产生器的输出连接至接收机后面板J11接口（S IN）。

12. 功率计通过一个N(M)-SMA(F)转接头连接LOG IF & PD前面板的J3接口。

13. 打开射频信号发生器的信号发射。

14. 功率计显示的读数标准值为2.25 dBm+-0.05 dBm，即通道33.25 dBm的信号增益。若不符合标准值，调节RF&TO前端R3电位器。

15. 关闭射频信号发生器的信号发射，射频信号发生器上设置为脉冲调制。

16. 断开功率计与LOG IF & PD前面板的J3接口连接，恢复到测试前J3的连接。

17. 断开接收机后面板的∑视频输出接口J3，通过同轴电缆连接至示波器。同时连接一个SMA(M)-BNC-BNC射频三通连接器连接75Ω匹配电阻。

18. 打开射频信号发生器的信号发射。

19. 测量到的输入脉冲信号峰值应为1100mV +- 2mV。若不符合标准值，调节RF&TO前端R4电位器。

20. 重复以上步骤分别调整Ω通道和Δ通道，标准值参考步骤14和步骤19。对应接口如下表。

    接口位置	∑	Ω	Δ
    接收机后面板（接收机输入信号）	J11	J9	J14
    接收机后面板（接收机输出视频，电压调整）	J3	J4	J5
    接收机前面板（LOGIF & PD输入，功率调整）	J3	J1	J2
    功率调整电位器	R3	R7	R5
    电压调整电位器	R4	R8	R6

21. 完成Δ通道测量后，断开J5与示波器连接，示波器连接J6。J6标准值应为0mv，调节RF&TO前端R1和R2电位器，使得符合标准值。

图1接收机通道平衡调整仪器仪表连接图

然后开始相位调整：

1. 在RCP上启动SMR-PPI软件。

2. 观察屏幕上的任意目标点迹，若历史点迹线平滑则表明相位基本一致，若历史点迹线不平滑，目标点迹跳动，则需要进行相位调整。

3. 挑选一架距离适中，周围没有其它飞机的飞机，或测试应答机。记录飞机的距离和方位。

4. 在RCP 对应通道的Utilities—Recording and Playback—Buffer 1。选中Tracking Enable；在Central Azimuth中输入飞机的方位；在Central Range中输入飞机的距离。

5. 在SMR软件上使用按钮“ ”打开“Acquisition Window”。

6. 用鼠标选定屏幕上任意点迹目标，并在飞机信息框中点击“ ”，屏幕右上角将出现OBA信息图 ：

OBA信息图

7. 进行OBA调整之前要确定AGC已调整好。

8. 在Change Over后部有两个相位调整旋钮，如图所示。

changeover相位调整旋钮

9. 将所调整的通道设为主用通道，开启辐射。

10. 先将对应通道的旋钮向左旋转至尽头，然后慢慢向右旋转，直至OBA观察窗中出现图形，记下旋转的圈数。

11. 继续旋转旋钮，直至图形移除观察窗，记下旋转的圈数。

OBA信息图

12. 继续调整至看不到该OBA信息图，记下调整圈数。

13. 往回调到中间圈数。

14. 根据需要选择调整另一通道。

调整完成后保存设置即可。

5 案件总结

通过上述的案例我们可以明确了SELEX一二次合装雷达接收机的原理与参数，同时通透的了解了接收机通道平衡调整与相位（OBA）调整。

6总结

由于空管行业的快速发展，设备的数字化程度日新月异，如今雷达设备大多数都是模块化，很多功能模块对设备值班技术人员来说可谓是“一摸黑”。值班技术人员只能通过厂家的技术资料了解部分功能，对于具体的操作无法进一步了解。值班技术人员对雷达的了解绝大部分来自于培训文档，极少经验来自于厂家培训和设备安装调试。还有很多技术没有写入设备技术资料。这是我们值班技术人员无法详细了解的东西。我觉得值班技术人员必须熟悉设备的基础操作，通透调整步骤的流程流程，通过对设备的理解，然后查找设备技术资料，该调整的调整该更换的更换。用有限的时间使设备恢复有序运行。所以经验及充足的知识储备是值班技术人员最有效的“保护伞”。

参考文献

[1]张蔚，何康.二次雷达原理[M].北京：国防工业出版社，2017，23-27

[2]SIR-S RCP(Ver。3.0.0) OPERATOR’S MANUAL；TM-2012M/E1902；Ver。ISSUE 1 2012-06-11