雷神ASR―10SS雷达数据转换单元的故障检修

时间:2022-09-21 11:34:01

雷神ASR―10SS雷达数据转换单元的故障检修

摘 要 在民航系统中,雷达作为空中交通管制员的“千里眼”,在空中交通管制中发挥着不可或缺的作用。而雷达设备经常由于雷雨天气、传输路由或设备本身等原因使得雷达数据丢失,轻则导致雷达目标丢失、分裂,重则影响管制指挥和航空器的飞行安全。本文从雷神ASR-10SS雷达数据转换单元的故障点入手,克服老旧设备无备件更Q、无板卡相关资料的困难,综合运用了各设备仪器仪表和多种故障分析方法,精确定位故障点,达到逐一排除故障的效果。

【关键词】数据转换单元 故障排查

1 雷达信号流程

ASR-10SS雷达信号通过工作站的MSSR板和数据转换单元后,输出到本地Modem,通过光端机远程传输至设备机房,经过对端Modem解调后转换成串口数据,送至Aerotrac自动化系统进行目标融合,最后输出到空管自动化显示屏幕中。某日,该雷达A通道无数据输出,其数据转换单元指示灯异常,初步怀疑转换单元故障。

2 故障分析

2.1 数据转换单元原理

雷神ASR-10SS一次雷达工作站的输出接口为37针RS422串口,通过雷达数据转换单元,转换成25针RS232串口数据,送至传输设备端的Modem。RS232与RS422都是串行数据接口标准。RS232采取不平衡传输方式,而RS422采用平衡传输方式,数据信号采用差分传输方式,使用一对双绞线,将其中一线定义为A,另一线定义为B。此外,RS232和RS422在逻辑电平上的定义也不同。对于RS232,-15~-3V表示逻辑1,+3~+15V表示逻辑0;对于RS422,+2~+6V表示逻辑1,-2~-6V表示逻辑0。

雷达数据转换单元涉及的核心芯片:

(1)AM26LS32四路差分线接收器,其作用是将差动信号转换成单极信号输出;

(2)AM26LS31四高速差分线路驱动器,将单极信号转换成差动信号输出;

(3)MC1488p,将TTL电平转换成RS232;

(4)MC1489p,将RS232转换成TTL电平。

2.2 故障初步排查

由于该雷达接口转换单元模块工作年限近20年,相关手册资料如电路原理图已丢失,此处按照一般电子元器件故障方法检查。

2.2.1 观察法

检查电源模块,电容外观无爆浆、变形等情况;元件无冒烟或烧焦情况;电源模块、各芯片无焦臭味;用手触摸稳压管、各芯片无过热情况。

2.2.2 测量法

加电测试,测量稳压管7509输出电压为12V,整板电压正常,判断电源模块正常;用万用表测量各IC芯片的ICC针脚,各芯片工作环境正常。

2.2.3 替代法

此法适用于简单电路元器件,但对于多管脚芯片,逐一替代更换则工作量过大,不宜采用。

初步排查结果:未发现明显异常。

2.3 模拟实验

用两台协议分析仪模拟雷达数据输入输出。将1号协议分析仪接至雷达数据转换单元的RS422端口,2号分析仪接至RS232端口。按下1号分析仪的RUN键,开始发送数据,观察并记录结果为:RS422端DATA灯不亮,RTS/CTS灯亮,DTR/DSR灯不亮;RS232端DATA灯不亮,RTS/CTS灯亮,DTR/DSR灯不亮。说明1号分析仪(模拟雷达A通道)无数据输入,且2号分析仪显示无数据输出,也即雷达数据转换单元没有成功将RS422雷达数据转换成RS232数据输出,说明中间转换门电路出现了故障。为了确定是哪些芯片故障,或者芯片中哪些门电路故障,笔者采用了万用表的二极管测量法,将RS422端、RS232端针脚与各个芯片的管脚的连线逐一理顺,结合各芯片内部的输入输出属性,将电路板核心转换部分还原成电路图如图1,其中箭头表示数据传送方向。

2.4 验证设想

通过在RS422端输入电压信号,观察RS232端的输出电压信号变化来判断芯片是否正常工作。下面以板卡状态指示灯所在电路为例。

DATA:设RS422端4针脚为A,22针脚为B,RS232端的2针脚为C。用直流稳压电源在A、B端施加一个+5V电压,当Vba=5V时,测量Vc=-12.3V,对应逻辑为1;当施加相反电压-5V即Vba=-5V时,测量Vc=-12.4V,对应逻辑仍为1。而实际上,当RS422端输入一个正反电压时,RS232端应当收到不同的逻辑值,表明芯片U1或者U7其中门电路故障,导致无法正确的转换电平值。

RTS/CTS:同理设RS422端7针脚为A,25针脚为B,RS232端的4针脚为C。用直流稳压电源在A、B端施加一个+5V电压,当Vba=5V时,测量Vc=-12.3V,对应逻辑为1;当施加相反电压-5V即Vba=-5V时,测量Vc=+11.3V,对应逻辑为0。结果表明芯片U2和芯片U7工作正常。

DTR/DSR的测量结果,验证芯片U2芯片和U8芯片工作正常。结果如表1,其它门电路测试结果不再列举。

根据实验结果,将故障点定位为芯片U1,将其更换后,重新加电,接入模拟平台测试。DATA灯亮,同时协议分析仪显示有接收数据无误码。至此,雷达数据转换单元得到修复,接下来将该转换单元装回原设备进行调试。

3 设备调试

(1)将转换单元接回设备后,发现传输对端依旧无数据接收。断开Modem,用协议分析仪测量雷达转换单元的RS232端口,显示无数据包。此处设备维护人员可能会误以为该雷达转换单元尚未修复。实际上,雷达工作站发送数据,必须依靠Modem提供外部时钟,而协议分析仪无法提供时钟信号,导致雷达工作站无法发送数据,因此出现无数据输出的结果,解决方法是使用一分多转接头。

(2)再次正确连接设备后,协议分析仪屏幕虽有数据滚动,但却有数据包丢包和错包的现象。数据进入自动化系统后被当作错包处理,因而无法正确显示雷达信号。

(3)为排除设备故障还是传输故障,在雷达数据转换单元的RS422端线接入协议分析仪,将远端Modem设置为环回模式。测量返回数据量正常无误码,说明雷达数据转换单元至自动化系统设备工作正常,排除了Modem以及传输线路的问题,将故障定位到雷达设备本身。

(4)经检查,发现原因在于雷达前后台参数设置有误,将雷达参数重新设定后,再次接入协议分析仪,查看数据正常,自动化系统显示雷达目标恢复正常。至此, ASR-10SS雷达得以重新工作。

4 总结

此次故障排查中,笔者在无板卡原始资料情况下,通过熟练运用万用表,结合芯片输入输出属性,还原了主板的核心电路,并通过施加电压方法,将模拟量具现化,验证芯片逻辑功能,从而定位了故障芯片。在设备调试过程中综合运用协议分析仪、示波器和环回测量法确认了故障的最后一个环节,比较完美地排除了此次故障。对于设备维修人员,平时应当妥善保管各设备原始资料,提高动手能力,掌握设备板件的维修方法,熟练各仪器仪表的使用,对于故障节点较多的地方采用分段排除法,快速定位故障点,为设备修复争取宝贵的时间。

作者单位

民航珠海进近管制中心 广东省珠海市 519000

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