INDRA二次雷达天线驱动系统维护经验浅谈

1设备概述

合肥本场所使用的INDRA雷达,是采购于西班牙INDRA公司的M0DES1RS-20MP/L型S模式单脉冲二次雷达,于2016年8月开始安装调试,2017年4月正式投产运行,目前作为合肥新桥机场本场中低空和安徽管制区域高空飞机目标监视保障手段之一。天线驱动系统是INDRA雷达系统中的重要环节之一,它连接天线到询问机柜,不仅给天线提供旋转功能,也传输天线跟机柜之间的信息(射频和方位信号等)。

2系统简介

2.1基座结构

天线驱动系统主要由基座和基座控制箱两部分组成,本文主要讲述天线基座部分,天线基座主要包含转盘、轴承环、驱动链、旋转较链和方位信息系统,如图1所示。

2.1.1转盘

转盘是基座的旋转部分,为天线系统提供支撑和稳定的旋转。三路射频线缆通过转盘面板上的接口连接至天线。转盘上还有一个停动栓,是一个安全保护装置,用于在天线停转的时候将转盘与底座固定,防止天线意外转动对人员或设备造成伤害。

2.1.2轴承环

连接基座转盘和固定部分的是轴承环,其外圈与天线底座固定,内圈与转盘固定,外圈与内圈之间是一圈旋转轨道,内圈的内侧是一圈齿轮槽口,当天线开启时,由马达带动小齿轮转动,小齿轮咬合轴承环内圈齿轮带动转盘进行转动。

2.1.3驱动链

INDRA雷达天线驱动系统有两条驱动链,每条驱动链上包括一个电机、一个减速箱、一个离合器和一个小齿轮。电机和减速箱带动小齿轮进行转动。离合器通过吸合和断开对驱动链的通断进行控制。

2.1.4旋转较链

位于天线基座底部中间位置,用于实现射频信号在基座固定部分和旋转部分之间的传输。

2.1.5方位信息系统

包含一个码盘和两个扫描头,属于增量式光电编码器。码盘由透光材料制成,上面有很多不透光的黑色刻线,编码器工作时码盘随着天线转动,光源在码盘一端发生光信号,扫描头在码盘另一端通过检测光信号的通断产生两个相差90o的ACP信号,利用它们的相位关系可以判断编码器正转与反转,码盘转一周在固定位置上会产生一个脉冲,称为方位基准脉冲,即ARP。INDRA雷达每转一周会产生16384个相同的ACP和1个ARP,雷达以ARP脉冲产生为参考对ACP脉冲计数处理从而得出天线瞄准轴的角度。

2.2信号流程

天线驱动系统的信号流程如图2所示,从雷达机房上到天线基座一共有9根线缆,其中,和差控制3根射频线缆由雷达机柜直接连接到天线旋转较链,而后连接到LVA天线。有两根线缆从雷达机柜到PCB(基座控制箱)连接到方位扫描分配盒,而后连接到编码器,用于编码器供电(+5VDC)和方位信号传输。

另有四路信号,一路用于离合器的供电(＋24VDC),一路用于服务和状态信息传输,两路三相380V交流电,用于双马达的供电,均由PCB连接至天线塔互联箱而后连接至基座各组件。同时,PCB接入本地局域网,这样在CMS(控制和监视)系统中就可以对天线驱动系统的状态进行监视和控制。

3案例浅析

合肥INDRA雷达自安装调试至运行的一年多时间里,天线驱动系统先后出现了一些大小问题,以下整理了部分案例及其分析处理过程。

3.1天线转动异响

在天线安装好开启后,每次旋转到固定的方位会出现一声异响。在认真研究了天线驱动系统的结构之后,我们判定可能是齿轮咬合或是基座水平的问题。

对于齿轮咬合问题,打开转盘面板进入转盘内部,用六角起拧开内部的小盖板,从这里可以看到轴承环内部齿轮和驱动小齿轮,将天线手动旋转至异响方位,检查齿轮物理外观,确认无问题,对齿轮加注润滑脂,手动旋转天线,依然存在异响。

我们在认真检查了天线在转盘、底座在井字梁上的固定无问题后,检查转盘在底座上的水平,即内部轴承环的连接,检查后发现,轴承环外侧与天线底座之间的固定螺栓有4颗没有安装,而这4颗螺栓所在的位置恰巧是天线转动异响出现的位置,因此我们判断问题就存在于此处,通过了解安装方法,我们备好4颗M6螺栓以及配套的套筒和扳手,安装上后,开启天线旋转,异响消失。

3.2电机漏油

雷达运行一段时间后,两个马达均有不同程度的渗油。在每个马达/减速箱组件上都有一个油位检测装置,油位检测装置内有一个浮标,当油位过低时,浮标会脱落,导致油位检测电路告警。减速箱和油位检测装置之间有一根回油管,此次漏油位置为回油管连接马达的接口。我们判断天线开启后,马达高速运转,导致机油不断跃动,而回油接口处紧固不牢,导致机油溢出。于是重新对回油接口进行紧固和密封处理,经过一段时间的观察,未再有机油渗出情况。

3.3旋转较链故障

在INDRA雷达试运行阶段,自动化系统和本地显示系统突然无任何目标,而SLG上确无任何告警信息。

我们检查设备各指示灯指示均正常,切换主备通道,仍无任何目标。在SLG上"GENEREL"菜单下勾选"TESTTARGET",即在TRA中产生一个测试目标送到接收机,本地可以正常显示,这表示雷达接收处理部分正常。

我们继续排查发射部分,在SLG的"MearSure"菜单中查看双通道的发射功率和驻波比参数,发现通道处于备用状态时驻波比稳定且小于l.5,通道处于主用状态时和通道驻波比在2~5之间变动,控制通道驻波比在2~80之间变动,初步判定发射通道驻波比过高。关闭天线和辐射,在雷达机柜顶端断开与三根同轴电缆的连接,使用网络分析仪依次接入上天线的三根线缆,测量驻波比,发现和通道和控制通道驻波比均在5左右,差通道正常。上天线塔顶,断开3根同轴电缆与天线旋转较链的连接,使用网络分析仪从旋转较链上依次测量三个通道的驻波比,发现和通道和控制通道的驻波比在9左右,差通道在1.2左右,在天线基座上方旋转较链后级测得三个通道的驻波比均在1.5以下,属于正常范围,初步判定天线旋转较链故障。

我们按步骤更换旋转较链备件后,重新生成单脉冲表,目标恢复正常显示。同时针对SLG无告警提示的问题,在"MEXConfiguration"菜单内设置回波损耗告警门限值,非严重告警门限为l4,对应的VSWR值为l.5,严重告警门限值为8,对应的VSWR值为2.31,当驻波比异常时,会弹出相应告警,当有严重告警时,询问被抑制。

4维护心得

天线驱动系统是雷达的公共部分,没有冗余,所以对稳定性需求非常高,这就要求我们在平日的维护过程中,做到细致认真,杜绝隐患发生。笔者认为在平常的维护中要做到以下几点:

(1)定期做好物理检查工作,对系统的外观、各紧固件,特别是线缆接头的紧固做好检查。对天线驱动系统运行时的声音进行关注,要仔细聆听马达、较链的转动是否顺畅。另外,天线上的防雷设施检查也是必不可少的。

(2)做好加油工作,对小齿轮、轴承环齿轮以及轨道需要定期加注润滑脂,一般为每年一次,在有自动注油罐自动注油的情况下,要注意按时更换油罐。马达/减速箱的机油一般三年一换,特别是第一次加注机油,由于马达处于磨合阶段,可能会产生很多废屑,要按时去更换机油。

(3)天线驱动系统发生故障需要更换备件时,一定要按维护手册中的程序进行更换,避免造成不必要的器件损伤、线序错误。射频通道上的备件更换后,要在SLG上双通道各个模式下重新生成应用单脉冲表。编码器更换后要重新进行正北调整,并将偏置值填入UCS相应菜单选项内。

5结语

二次雷达作为目前空中管制工作的主要监视设备,其好坏关乎航路安全。保障二次雷达安全稳定运行,是每个雷达机务员的首要任务之一。本文系笔者在平日值班及维护过程中对天线驱动系统的维护经验浅谈,来源于实践,希望能为同岗位的其他同志提供一些借鉴。