INDRA雷达天馈系统国产化改造设计初探

INDRA雷达天馈系统国产化改造设计初探

宋迪

（民航贵州空管分局 贵州贵阳 550012）

   摘  要

二次雷达是空中交通管制系统的重要组成部分，是管制员的"双眼"。雷达天馈系统（天线驱动系统等）是二次雷达系统中的公共部分之一，重要性不言而喻。现简要介绍了贵州INDRA二次雷达天馈系统结构和信号流程，结合国产雷达经验，提出了天馈单元国产化改造设计。

关键词：INDRA二次雷达；天馈系统；国产化改造

0 引  言

贵州空管分局现有西班牙INDRA公司MODE S IRS-20MP/L型S模式单脉冲二次雷达2部，均于2012年投运，是贵州管制区和成都管制区重要监视手段之一。天馈系统（天线、驱动部分等）是雷达系统中重要环节之一，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。随着使用年限的增长，此雷达天馈系统故障率逐渐增高，贵州曾在2021年出现过全球首例天馈系统重大故障，现结合分局国产雷达使用经验，提出天馈系统国产化改造设计。

1  INDRA雷达天馈系统简介

1.1天线

Indra公司IRS-20MP/L型二次雷达天线采用CSL-M天线。

1.2天线基座

基座部分，主要包含旋转支承、轴承环、驱动系统、旋转铰链和方位信息系统等。

1.2.1旋转支撑

旋转支撑是基座的旋转部分，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。旋转支撑上有停动栓，是安全保护装置，防止天线意外转动对人员或设备造成伤害。

1.2.2轴承环

连接基座旋转支撑和固定部分的是轴承环，其外圈与天线底座固定，内圈与旋转支撑固定，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旋转支撑进行转动。

1.2.3驱动系统

驱动系统有两条驱动链，每条驱动链上包括一个电机、一个减速箱和一个小齿轮。电机和减速箱带动小齿轮进行转动，从而带动旋转支撑及天线转动。

1.2.4旋转铰链

位于天线基座底部中间位置，用于射频信号在基座固定部分和旋转部分之间传输。

1.2.5方位信息系统

包含两个码盘，为增量式光电编码器。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90°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。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  信号流程

天馈系统信号流程如图1所示，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铰链，而后连接到天线。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（+5V DC）和方位信号传输。

图1 天馈系统信号流程

另有三路信号，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SLG（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  天馈系统国产化改造设计初探

3.1 国产化改造依据

Indra IRS-20MP/L二次雷达天馈系统国产化改造方案设计应当遵循以下基本依据和原则：

① 依据中国民航《空中交通管制二次监视雷达设备技术规范》(MH/T 4010-2016)、ICAO附件10和Eurocontrol等组织的S模式相关要求；

② IRS-20MP/L雷达系统室内部分尽量予以保留，以降低维修成本；

③ 充分考虑改造后系统的可维护和再升级能力。

3.2 国产化改造设计初探

3.2.1  基座改造

天线基座主要用于驱动天线、三通道旋转铰链及方位编码器旋转，天线基座需经常润滑的部位是底座内减速机输出轴小齿轮与回转支承大齿轮啮合部位及减速机内齿轮啮合部位，底座内回转支承大齿轮与小齿轮的润滑采用浸油润滑，减速机内齿轮采用循环油润滑。在底座下方安装2个互为冗余的油温油位传感器，在2套减速机上也分别安装1个油温油位传感器，可以远程监视底座内部及减速机内部的油温油位情况。

3.2.2 电机减速机改造

拟采用德国SEW公司的产品，电机减速机输出轴与天线座传动齿轮间增加超越离合器，通过超越离合器的连接，在2套互为冗余的电机减速机之间，可以不停机在线检修更换其中1台电机减速机。一般情况下，伺服系统只驱动一台电机工作可使天线正常转动，另一台电机处于热备份状态；当遇到大风等恶劣天气条件时，伺服系统将同时驱动两台电机同时工作，保证系统正常运行。

3.2.3 旋转铰链改造

旋转铰链是馈线系统设备，安装在天线基座内部。雷达系统采用旋转铰链与双套方位编码器一体化设计。

该铰链由3个1.010～1.10GHz的非接触式旋转关节同轴串接，双路光电方位编码器的传动齿轮与旋转关节中心轴齿轮1:1等速转动，所有线缆从旋转铰链中心孔穿过。当天线座内部的电机减速机驱动转盘转动时，转盘带动最上面的1路旋转关节转动，同时同轴串接的旋转关节和光电方位编码器分别被带动旋转。

3.2.3 方位编码器改造

拟采用BEI品牌的产品。2个14位的方位编码器分离安装在旋转铰链上，有独立的供电通道和方位信号传输通道，互不影响。2路方位编码器输出的方位增量脉冲（ACP）和方位增量脉冲（ARP）信号，同时经2套监控模块滤波处理后送给2套录取器，2路方位信号互为热备份，任何一路方位编码器故障都不会影响询问器接收另一路方位信号，保证系统正常运行。

3.2.4 底座、转盘、回转支承改造

底座、转盘均采用钢板焊接结构，连续焊缝。在底座下拟安装2个放油开关，以便于更换润滑油。天线座的底座圆周四等分角上安装调平螺栓，在天线座上安装水平仪，用于调平天线座。天线座采用铝合金材料5A06，抗拉强度和规定非比例延伸强度远大于天线座的最大应力要求，天线座结构安全可靠。天线座上所有电缆连接装置都具有防水功能，不需要现场做防水处理。

4  结束语

本文的所提出的改造设计，既符合西南地区国际枢纽机场战略规划及民航监视技术政策，又综合考虑到贵州空管分局雷达设备运行现状，努力提高了现有雷达设备可用性、可靠性，延长设备使用寿命，增加雷达设备应急手段，对提高雷达设备保障水平提供了有效的借鉴意义。

参考文献：

[1]INDRA MSSR Technical manual [Z].