指标测试在导航雷达检修维护中的应用

韩 璐 杨 洋 熊东旭 李建荣

(中国卫星海上测控部，江苏 214431)

指标测试在导航雷达检修维护中的应用

韩 璐 杨 洋 熊东旭 李建荣

(中国卫星海上测控部，江苏 214431)

通过研究船用导航雷达系统结构及各功能模块作用，对影响导航雷达正常运行的关键技术指标进行了详细的分析。提出在船用导航雷达的检修维护工作中，利用无线电计量设备测试关键技术指标，从而对设备状态进行准确评估的方法。通过实践证明，该方法准确可靠，对设备的检修维护工作提供了良好的参考。

指标测试 导航雷达 检修维护

1 引 言

导航雷达是各型船舶重要的助航设备，在船舶近海定位、引导船舶进出港、狭窄航道航行以及船舶避碰中有着十分重要的作用。在航行过程中，导航雷达一旦出现故障不仅影响船舶正常航行，甚至可能危及船舶安全，从而造成经济损失。在日常工作中，加强对导航雷达的检修维护，能够有效预防导航雷达突发故障，保障船舶航行安全。

目前导航雷达的检修维护工作通常以测试使用设备各功能，进行状态检查的方式来完成，该方法无法及时发现设备潜在故障缺陷，设备的安全运行依旧存在一定的隐患。通过对导航雷达开展关键技术指标测试，可以有效发现设备各组成部件的潜在故障，预知设备状态，对设备的检修维护提供有力的技术支持。

2 导航雷达结构及关键技术指标分析

导航雷达由收发机系统、天线、显示器、雷达电源4个分系统组成，其中收发机系统由触发电路(定时器)、发射机、收发开关及接收机4个模块组成。常见的导航雷达根据天线与收发机系统组成结构的不同又可分为二单元导航雷达和三单元导航雷达。常见导航雷达组成结构如图1所示。

2.1 天线系统分析

导航雷达的天线系统为定向收发天线，方向性很强，其主要作用是将发射机经波导馈线送来的射频脉冲能量聚成细束朝一个方向发射出去，并接收此方向物标反射回来的雷达回波，信号经过波导馈线和收发开关送至接收机模块[1]。考虑到导航雷达工作的恶劣环境，雷达天线设计通常进行了防潮和抗风处理，对导航雷达天线系统的日常检修维护工作可以通过目视检查：天线内部是否受潮，波导口有无积水、破裂，马达驱动和方位电路是否有元器件异常以及马达转速是否均匀等项目来完成。

2.2 电源和显示器系统分析

雷达电源和显示器系统是导航雷达重要的两个独立辅助系统。雷达电源系统负责提供稳定的电力保障，通常需要将船电转换为频率在400Hz～2000Hz的中频交流电。显示器系统根据物体回波信号、天线方位信号，将雷达搜索范围内的物体以相对船舶方位和距离的方式平面显示，系统通常还配有物体相对方位和距离的测距、警戒辅助工具。由于电源和显示器系统功能独立且较为通用，在出现故障时易于观察、定位，不影响雷达系统安全运行，在日常的检修维护工作中开展必要的状态检查即可满足要求。

2.3 收发机系统分析

收发机系统由触发电路、收发开关、发射机和接收机4个模块组成，是整个导航雷达系统最为重要的组成部分，各模块参数状态是否正常直接影响雷达整机性能。

2.3.1 触发电路模块分析

触发电路(定时器)是导航雷达收发系统的控制中心，通过向发射机模块、接收机模块、收发开发和其他辅助功能电路发送固定时序或时延可调的触发脉冲信号，控制导航雷达准确有序地完成雷达信号发射、物标回波信号接收及视频信号同步解调工作。触发信号时序必须满足雷达发射信号产生、雷达探测距离与物标回波传输时间、收发开关转换时间，视频处理电路时延等对电路工作时机的影响，触发信号时延必须准确无误、信号的电参数特性(幅度、脉宽等)必须满足接收电路要求。

各触发信号如果出现时序错误，将可能导致发射机高频信号无法通过天线及时发射；收发开关误将发射机高功率信号送入接收机，从而烧毁接收机；视频显示信号不同步等问题，影响雷达正常工作甚至损坏雷达。测试检查触发电路各触发脉冲时序准确性，是判断触发电路工作状态的重要指标。

2.3.2 发射机模块分析

发射机模块主要由脉冲调制器、磁控管振荡器和高/低压电源等部分组成，如图2所示。磁控管受脉冲调制器输出信号控制，产生导航雷达所需的固定频段(S波段/X波段)雷达发射信号。脉冲调制器是发射机模块的控制中心，其发送控制信号脉冲参数的质量决定了雷达的基本性能。信号宽度和频率决定了雷达的搜索量程远近，距离分辨力高低和杂波、盲区大小；信号上升时间和下降时间决定了雷达的测距精度，距离分辨力；信号过冲和顶部平坦度决定了雷达发射功率和频率的稳定性[2]。

测试检查脉冲调制器输出信号各脉冲参数质量，是判断发射机模块工作状态的重要指标。

2.3.3 接收机模块分析

接收机模块主要由混频器、本机振荡器、中频放大器、增益STC、检波器和视频放大器等部分组成。通过AFC(自动频率控制)调节，本机振荡器向混频器输出比雷达回波信号高一个中频的频率信号，混频器将雷达回波信号与本机振荡器发送信号进行混频处理生成中频信号后送往中频放大器，信号经中

频放大、检波后在显示系统以平面方式显示，接收机模块示意如图3所示。

噪声系数、接收灵敏度和动态范围是表征接收机性能的重要技术指标。噪声系数是表征接收机内部噪声大小的物理量，噪声系数太大将淹没微弱信号，造成放大和滤波电路无法顺利获取远距离反射回来的回波信号，从而限制接收机灵敏度指标。接收灵敏度表征接收机接受微弱信号的能力，是雷达接收机的重要指标之一，接收机灵敏度越高，所能接收到的信号就越微弱，雷达的作用距离就越远。动态范围能反映接收机对不同幅度信号的接收处理范围。

测试检查接收机噪声系数、接收灵敏度和动态范围技术指标，能够有效判断接收机模块工作状态。

3 关键技术指标测试方法研究

触发电路模块各触发脉冲时序，发射机模块脉冲调制器输出脉冲信号参数质量，接收机模块噪声系数、接收灵敏度和动态范围等是影响导航雷达正常运行的关键技术参数。其中，触发脉冲时序和脉冲调制器输出脉冲信号可以通过数字示波器进行测试观察，接收机噪声系数可以通过噪声源和噪声分析仪进行测试观察，接收机灵敏度和动态范围可以通过使用带同步触发功能的信号源和数字示波器组成的测试系统进行测试观察。

3.1 触发脉冲时序测试方法

触发电路向各受控单元定时发送时序控制信号，信号通常为TTL电平，电压范围0V～3.5V，可使用数字示波器+无源探头直接进行信号测试，测试方法如图4所示。为满足各触发信号时序间隔测试要求，应选择具有两通道以上数字示波器。测试过程中将参考时序信号输入通道1，观察其他通道输入信号与参考信号时间间隔是否满足系统设计时序要求。

图4所示为接收机保护器保护和响应控制时序示意，按系统设计要求响应时序应延迟保护时序500ns以上，大于收发开关由发射状态转向接收状态的时间，保证接收机前端无源限幅器不会被耦合进接收通道的雷达发射信号烧毁。由测试可知两时序延迟时间为680ns，满足设计指标要求。

3.2 接收机噪声系数测试方法

使用噪声分析仪和标准噪声源测试导航雷达接收机噪声系数，测试系统结构如图5所示[4]。标准噪声源输出噪声信号进入雷达接收机，雷达接收机对输入噪声信号进行混频，中频放大和检波处理后将中频信号输出至噪声分析仪。设置噪声分析仪相关参数，通过与标准噪声源参数进行标定计算，即可直接获取雷达接收机噪声指数和放大增益。噪声分析仪设置方法在此不做详细说明。

3.3 接收机灵敏度和动态范围测试方法

使用信号发生器、数字示波器和可变衰减器组成测试系统，完成接收机灵敏度和动态范围指标测试，测试系统结构如图6所示。信号发生器可以输出频率准确，幅度连续可调的微波信号，是理想的信号模拟源。选择频段范围覆盖雷达发生频率(S波段/X波段)且具有同步触发输出的信号源模拟物标回波信号，信号源输出模拟回波信号经可变衰减器输入雷达接收机系统，接收机对输入信号完成视频处理后输出至数字示波器，示波器选择外触发方式，由信号源提供同步触发信号便于数字示波器稳定显示视频信号。

接收机灵敏度测试开始时，调节信号发生器输出信号幅度，使数字示波器清晰稳定显示接收机输出视频信号，通过可变衰减器和信号源幅度设置逐渐降低输出信号幅度，当示波器无法正常显示接收机输出视频信号时，接收机输入信号幅度即为最小灵敏度。

调节可变衰减器和信号源幅度设置，逐渐增大输出信号幅度，当示波器显示信号输出饱和时，此时接收机输入信号幅度与最小灵敏度值的差值即为接收机动态范围[5,6]。

3.4 发射机脉冲调制信号测试方法

脉冲调制器是发射机系统的重要控制单元，负责为磁控管提供正常工作所需的高压视频脉冲信号，其工作原理是将高压电源系统放大整流的直流功率，通过预调器和调制开关构成的脉冲产生系统控制，产生调制脉冲波形，其组成结构如图7所示[7～9]。

脉冲调制器输出信号为高压脉冲信号，根据高压电源输入电压的不同，脉冲信号幅度可达0kV～30kV，测试系统选择测量带宽大于100MHz的数字示波器+示波器高压探头P6015A组合完成测试工作。示波器高压探头P6015A高压脉冲信号测试范围可达40kV峰峰值，测试带宽为75MHz，满足脉冲调制器输出高压脉冲信号测试带宽要求。

脉冲调制信号测试过程对设备和人员测试经验要求较高，测试难度较大。在发射机日常检修维护过程中可以通过使用普通万用表检查脉冲调制器调制开关(氢闸流管)灯丝电压，来判断设备工作状态。操作方法为：设备开低压，工作30s后，测试灯丝电压是否满足技术指标6.3V±0.2V要求。

4 结束语

使用无线电计量设备能够准确测试各类无线电信号参数指标，科学评判设备工作状态。本文根据导航雷达系统结构及工作原理，对影响导航雷达正常工作的关键技术指标进行了详细分析，并对如何利用无线电计量设备测试导航雷达关键技术指标进行了深入的研究。通过工程实践表明，该方法能够有效应用于各型导航雷达的日常检修维护工作，准确及时发现设备潜在故障隐患，为导航设备安全工作提供良好的技术保障。

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The Application of Index Test in Repair and Maintenancefor Ship Navigation Radar

HAN Lu YANG Yang XION Dong-xu LI Jian-rong

(China Satellite Maritime Telemetry and Telecontrol Department, Jiangyin 214431, China)

Through the research of marine navigation radar system structure and each function module,the key technical indicators affecting the normal operation of the navigation radar are analyzed in detail.Proposed in the ship navigation radar maintenance work,using the key technical indicators testing of radio measurement equipment,the method is applied in the evaluation of equipment state.Proved by practice,the method is accurate and reliable,and provides a good reference for equipment maintenance.

Index test Navigation radar Repair and maintenance

2016-05-03，

2016-11-10

韩璐(1984-)，女，硕士，工程师，主要研究方向：船舶电气技术。

1000-7202(2017) 02-0073-04

10.12060/j.issn.1000-7202.2017.02.15

TN957

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