1設備概述

合肥本場所使用的INDRA雷達,是采購于西班牙INDRA公司的M0DES1RS-20MP/L型S模式單脈沖二次雷達,于2016年8月開始安裝調試,2017年4月正式投產運行,目前作為合肥新橋機場本場中低空和安徽管制區(qū)域高空飛機目標監(jiān)視保障手段之一。天線驅動系統(tǒng)是INDRA雷達系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)之一,它連接天線到詢問機柜,不僅給天線提供旋轉功能,也傳輸天線跟機柜之間的信息(射頻和方位信號等)。

2系統(tǒng)簡介

2.1基座結構

天線驅動系統(tǒng)主要由基座和基座控制箱兩部分組成,本文主要講述天線基座部分,天線基座主要包含轉盤、軸承環(huán)、驅動鏈、旋轉較鏈和方位信息系統(tǒng),如圖1所示。

2.1.1轉盤

轉盤是基座的旋轉部分,為天線系統(tǒng)提供支撐和穩(wěn)定的旋轉。三路射頻線纜通過轉盤面板上的接口連接至天線。轉盤上還有一個停動栓,是一個安全保護裝置,用于在天線停轉的時候將轉盤與底座固定,防止天線意外轉動對人員或設備造成傷害。

2.1.2軸承環(huán)

連接基座轉盤和固定部分的是軸承環(huán),其外圈與天線底座固定,內圈與轉盤固定,外圈與內圈之間是一圈旋轉軌道,內圈的內側是一圈齒輪槽口,當天線開啟時,由馬達帶動小齒輪轉動,小齒輪咬合軸承環(huán)內圈齒輪帶動轉盤進行轉動。

2.1.3驅動鏈

INDRA雷達天線驅動系統(tǒng)有兩條驅動鏈,每條驅動鏈上包括一個電機、一個減速箱、一個離合器和一個小齒輪。電機和減速箱帶動小齒輪進行轉動。離合器通過吸合和斷開對驅動鏈的通斷進行控制。

2.1.4旋轉較鏈

位于天線基座底部中間位置,用于實現(xiàn)射頻信號在基座固定部分和旋轉部分之間的傳輸。

2.1.5方位信息系統(tǒng)

包含一個碼盤和兩個掃描頭,屬于增量式光電編碼器。碼盤由透光材料制成,上面有很多不透光的黑色刻線,編碼器工作時碼盤隨著天線轉動,光源在碼盤一端發(fā)生光信號,掃描頭在碼盤另一端通過檢測光信號的通斷產生兩個相差90o的ACP信號,利用它們的相位關系可以判斷編碼器正轉與反轉,碼盤轉一周在固定位置上會產生一個脈沖,稱為方位基準脈沖,即ARP。INDRA雷達每轉一周會產生16384個相同的ACP和1個ARP,雷達以ARP脈沖產生為參考對ACP脈沖計數(shù)處理從而得出天線瞄準軸的角度。

2.2信號流程

天線驅動系統(tǒng)的信號流程如圖2所示,從雷達機房上到天線基座一共有9根線纜,其中,和差控制3根射頻線纜由雷達機柜直接連接到天線旋轉較鏈,而后連接到LVA天線。有兩根線纜從雷達機柜到PCB(基座控制箱)連接到方位掃描分配盒,而后連接到編碼器,用于編碼器供電(+5VDC)和方位信號傳輸。

另有四路信號,一路用于離合器的供電(＋24VDC),一路用于服務和狀態(tài)信息傳輸,兩路三相380V交流電,用于雙馬達的供電,均由PCB連接至天線塔互聯(lián)箱而后連接至基座各組件。同時,PCB接入本地局域網,這樣在CMS(控制和監(jiān)視)系統(tǒng)中就可以對天線驅動系統(tǒng)的狀態(tài)進行監(jiān)視和控制。

3案例淺析

合肥INDRA雷達自安裝調試至運行的一年多時間里,天線驅動系統(tǒng)先后出現(xiàn)了一些大小問題,以下整理了部分案例及其分析處理過程。

3.1天線轉動異響

在天線安裝好開啟后,每次旋轉到固定的方位會出現(xiàn)一聲異響。在認真研究了天線驅動系統(tǒng)的結構之后,我們判定可能是齒輪咬合或是基座水平的問題。

對于齒輪咬合問題,打開轉盤面板進入轉盤內部,用六角起擰開內部的小蓋板,從這里可以看到軸承環(huán)內部齒輪和驅動小齒輪,將天線手動旋轉至異響方位,檢查齒輪物理外觀,確認無問題,對齒輪加注潤滑脂,手動旋轉天線,依然存在異響。

我們在認真檢查了天線在轉盤、底座在井字梁上的固定無問題后,檢查轉盤在底座上的水平,即內部軸承環(huán)的連接,檢查后發(fā)現(xiàn),軸承環(huán)外側與天線底座之間的固定螺栓有4顆沒有安裝,而這4顆螺栓所在的位置恰巧是天線轉動異響出現(xiàn)的位置,因此我們判斷問題就存在于此處,通過了解安裝方法,我們備好4顆M6螺栓以及配套的套筒和扳手,安裝上后,開啟天線旋轉,異響消失。

3.2電機漏油

雷達運行一段時間后,兩個馬達均有不同程度的滲油。在每個馬達/減速箱組件上都有一個油位檢測裝置,油位檢測裝置內有一個浮標,當油位過低時,浮標會脫落,導致油位檢測電路告警。減速箱和油位檢測裝置之間有一根回油管,此次漏油位置為回油管連接馬達的接口。我們判斷天線開啟后,馬達高速運轉,導致機油不斷躍動,而回油接口處緊固不牢,導致機油溢出。于是重新對回油接口進行緊固和密封處理,經過一段時間的觀察,未再有機油滲出情況。

3.3旋轉較鏈故障

在INDRA雷達試運行階段,自動化系統(tǒng)和本地顯示系統(tǒng)突然無任何目標,而SLG上確無任何告警信息。

我們檢查設備各指示燈指示均正常,切換主備通道,仍無任何目標。在SLG上"GENEREL"菜單下勾選"TESTTARGET",即在TRA中產生一個測試目標送到接收機,本地可以正常顯示,這表示雷達接收處理部分正常。

我們繼續(xù)排查發(fā)射部分,在SLG的"MearSure"菜單中查看雙通道的發(fā)射功率和駐波比參數(shù),發(fā)現(xiàn)通道處于備用狀態(tài)時駐波比穩(wěn)定且小于l.5,通道處于主用狀態(tài)時和通道駐波比在2~5之間變動,控制通道駐波比在2~80之間變動,初步判定發(fā)射通道駐波比過高。關閉天線和輻射,在雷達機柜頂端斷開與三根同軸電纜的連接,使用網絡分析儀依次接入上天線的三根線纜,測量駐波比,發(fā)現(xiàn)和通道和控制通道駐波比均在5左右,差通道正常。上天線塔頂,斷開3根同軸電纜與天線旋轉較鏈的連接,使用網絡分析儀從旋轉較鏈上依次測量三個通道的駐波比,發(fā)現(xiàn)和通道和控制通道的駐波比在9左右,差通道在1.2左右,在天線基座上方旋轉較鏈后級測得三個通道的駐波比均在1.5以下,屬于正常范圍,初步判定天線旋轉較鏈故障。

我們按步驟更換旋轉較鏈備件后,重新生成單脈沖表,目標恢復正常顯示。同時針對SLG無告警提示的問題,在"MEXConfiguration"菜單內設置回波損耗告警門限值,非嚴重告警門限為l4,對應的VSWR值為l.5,嚴重告警門限值為8,對應的VSWR值為2.31,當駐波比異常時,會彈出相應告警,當有嚴重告警時,詢問被抑制。

4維護心得

天線驅動系統(tǒng)是雷達的公共部分,沒有冗余,所以對穩(wěn)定性需求非常高,這就要求我們在平日的維護過程中,做到細致認真,杜絕隱患發(fā)生。筆者認為在平常的維護中要做到以下幾點:

(1)定期做好物理檢查工作,對系統(tǒng)的外觀、各緊固件,特別是線纜接頭的緊固做好檢查。對天線驅動系統(tǒng)運行時的聲音進行關注,要仔細聆聽馬達、較鏈的轉動是否順暢。另外,天線上的防雷設施檢查也是必不可少的。

(2)做好加油工作,對小齒輪、軸承環(huán)齒輪以及軌道需要定期加注潤滑脂,一般為每年一次,在有自動注油罐自動注油的情況下,要注意按時更換油罐。馬達/減速箱的機油一般三年一換,特別是第一次加注機油,由于馬達處于磨合階段,可能會產生很多廢屑,要按時去更換機油。

(3)天線驅動系統(tǒng)發(fā)生故障需要更換備件時,一定要按維護手冊中的程序進行更換,避免造成不必要的器件損傷、線序錯誤。射頻通道上的備件更換后,要在SLG上雙通道各個模式下重新生成應用單脈沖表。編碼器更換后要重新進行正北調整,并將偏置值填入UCS相應菜單選項內。

5結語

二次雷達作為目前空中管制工作的主要監(jiān)視設備,其好壞關乎航路安全。保障二次雷達安全穩(wěn)定運行,是每個雷達機務員的首要任務之一。本文系筆者在平日值班及維護過程中對天線驅動系統(tǒng)的維護經驗淺談,來源于實踐,希望能為同崗位的其他同志提供一些借鑒。