徐建鋒

摘 要：隨著雷達技術(shù)的逐步完善，雷達制造廠商除了對雷達技術(shù)指標的提升，現(xiàn)代雷達也開始逐步重視雷達的故障的自檢功能，以便在故障發(fā)生時發(fā)出告警。雷達設(shè)備的告警，對于雷達維護人員來說，是一種被動的監(jiān)控方式。一直以來，設(shè)備監(jiān)控方面缺少在日常維護中對雷達的主動監(jiān)控。目前為止，航管雷達的關(guān)鍵參數(shù)都是以代碼的形式在雷達數(shù)據(jù)處理服務(wù)器中進行處理，尚沒有一個遠程人機界面能讓維護人員、排故人員主動、快速、準確地了解運行參數(shù)。在故障發(fā)生時往往由于缺乏對故障發(fā)生時雷達內(nèi)部情況的了解而在決策層面延長了排故維修時間，對民航安全穩(wěn)定的運行帶來負面的影響?！霸鯓硬拍茉谠瓘S技術(shù)的基礎(chǔ)上，快捷、主動地監(jiān)控設(shè)備運行情況？”“怎樣才能在故障發(fā)生時用用設(shè)備運行參數(shù)，迅速找到故障根源？”“如何在保障設(shè)備安全運行的同時，降低設(shè)備的運行成本？”成了雷達運行一線單位的研究方向，也是文章所要討論的問題。

關(guān)鍵詞：雷達技術(shù)；監(jiān)控系統(tǒng)；開發(fā)

引言

華東空管局技術(shù)保障這中心虹橋雷達室下轄3部雷達：一部Thales二次雷達、兩部Terma場監(jiān)雷達，隨著設(shè)備運行進入平穩(wěn)期，技術(shù)人員已經(jīng)不僅僅滿足于原廠技術(shù)資料的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，而是更加關(guān)注如何主動地對設(shè)備進行進一步的了解。文章課題小組以研究、構(gòu)建雷達數(shù)據(jù)主動監(jiān)控系統(tǒng)為目的，對場監(jiān)雷達自檢產(chǎn)生的重要參數(shù)進行提取，建立可視化的人機界面，提供給維護維修人員一個主動監(jiān)控設(shè)備的平臺。

1 系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)介紹

文章課題小組首先以場監(jiān)雷達為例，構(gòu)建了一套場監(jiān)雷達數(shù)據(jù)主動監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過讀取場監(jiān)監(jiān)控RTCMS中記錄的場監(jiān)雷達系統(tǒng)參數(shù)自檢信息，篩選對維護維修有著重要意義的參數(shù)。通過遠程監(jiān)控服務(wù)器、場監(jiān)維護顯示器、以及登陸華東空管內(nèi)網(wǎng)，就能對場監(jiān)運行參數(shù)進行實時監(jiān)控。同時，編寫了一款基于RTCM的數(shù)據(jù)分析軟件，可以對設(shè)備運行的歷史信息進行查看、作圖。

1.2 重要參數(shù)

場監(jiān)雷達運行的重要參數(shù)有：前向功率（Forward Power）、噪聲系數(shù)（Noise Figure）、調(diào)制高壓（Modulator High Voltage）

正向功率（Forward Power）：信號通過磁控管功率放大后的發(fā)射功率，直接作用于波導(dǎo)管和天線，正向功率的數(shù)據(jù)在場監(jiān)系統(tǒng)中直接與磁控管的狀態(tài)有關(guān)。磁控管正常運行的狀態(tài)下，自檢系統(tǒng)所測得正向功率為22千瓦左右。在設(shè)備運行過程中，當(dāng)自檢系統(tǒng)測得的正向功率有明顯下降，很有可能是磁控管的老化或損壞造成的。

噪聲系數(shù)（Noise Figure）：由于接收機是有源設(shè)備，其內(nèi)部會產(chǎn)生噪聲，輸出端的信噪比和輸入端的信噪比不同，所以才用噪聲系數(shù)來衡量放大器本身的噪聲水平。公式表示為：

噪聲系數(shù)NF=■（dB）

該系數(shù)表征接收機的噪聲性能惡化程度的一個參量。噪聲系數(shù)在Terma場監(jiān)系統(tǒng)中一般維持在3dB左右，當(dāng)噪聲系數(shù)出現(xiàn)異常時，很有可能是接收機內(nèi)部發(fā)生了故障調(diào)制高壓（Modulator High Voltage）：主板供電單元為調(diào)制模塊供電（12V），調(diào)制模塊經(jīng)過變壓整流將電壓調(diào)制成高壓，即調(diào)制高壓，供給磁控管。在Terma場監(jiān)系統(tǒng)調(diào)制模塊的調(diào)制高壓值在8800V左右，當(dāng)調(diào)制高壓值出現(xiàn)異常時，很有可能是調(diào)制模塊的調(diào)制部分出現(xiàn)了故障。

1.3 實現(xiàn)過程

1.3.1 獲取系統(tǒng)自檢日志

在獲取系統(tǒng)日志文件后，發(fā)現(xiàn)日志文件的出現(xiàn)有一定的重復(fù)性和規(guī)律性，文章研究小組在對場監(jiān)雷達RTCMS中的文件進行研究性篩選時發(fā)現(xiàn)了名為RTCMS-APP-20130108.log的日志文件。該文件被系統(tǒng)自動保存在“”文件夾中以RTCMS-APP+“保存日期”的命名方式保存。以下字段作為例子：

01082013-05：51：13： Updated unit 1 BITEMEAS # 57 with val： （f[8640.000000]）

01082013-05：51：13： Updated unit 0 BITEMEAS # 91 with val： （f[47.129002]）

01082013-05：51：13： Updated unit 0 BITEMEAS # 91 with val： （f[47.129002]）

01082013-05：51：13： Updated unit 0 BITEMEAS # 70 with val： （f[-14.916000]）

01082013-05：51：13： Updated unit 1 BITEMEAS # 23 with val： （f[-0.003000]）

01082013-05：51：13： Updated unit 0 BITEMEAS # 71 with val： （f[-4.987500]）

01082013-05：51：13： Updated unit 0 BITEMEAS # 70 with val： （f[-14.916000]）

01082013-05：51：13： Updated unit 0 BITEMEAS # 74 with val： （f[5.264000]）

01082013-05：51：13： Updated unit 1 BITEMEAS # 70 with val： （f[-15.114000]）

分析字段內(nèi)容：第一段01082013-05：51：13 為該數(shù)據(jù)被更新的時間信息，表示此次數(shù)據(jù)更新的時間點為2013年1月8日5點51分13秒（UTC時間）。第二段中unit0和unit1在之后的字段內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)，推斷為所屬設(shè)備信息。經(jīng)過與RTCMS中設(shè)備信息的反復(fù)驗證，可以確認unit0為rxtx1在自檢信息中，unit1位rxtx2。而第三段bitemeas#57等代表相關(guān)參數(shù)名稱，第四段的f[]內(nèi)數(shù)據(jù)為設(shè)備參數(shù)的相對值。

通過查閱RTCMS自帶的ID字段參照表：

圖1 RTCMS ID字段參照表

通過與對照表的對照，BITEMEAS 0057代表的參數(shù)意義是調(diào)制器的高壓值，其單位為V（伏特），而從獲取的參數(shù)來看，F(xiàn)[]中的參數(shù)值為8640，將代碼轉(zhuǎn)譯成人類語言，就是2013年1月8日5點51分13秒（UTC時間），RxTx2自檢得出的調(diào)制高壓為8640伏。同樣的，前向功率（Forward Power）、噪聲系數(shù)（Noise Figure）也能通過這一方法獲取自檢系統(tǒng)更新的參數(shù)。

1.3.2 建立網(wǎng)絡(luò)通信

在獲取到場監(jiān)雷達重要參數(shù)的數(shù)據(jù)后，還要將此數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡(luò)傳輸。本課題研究小組通過場面監(jiān)視雷達系統(tǒng)給出的網(wǎng)絡(luò)拓撲詳細信息，發(fā)現(xiàn)該日志文件系統(tǒng)在10.94.1.X網(wǎng)段，在這一網(wǎng)段中10.94.1.201可以作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)中心計算機IP使用。經(jīng)過連通性測試，連接正常。

圖2 10.94.1.201的連接測試

在系統(tǒng)傳輸時，可以選擇兩種傳輸協(xié)議，分別是UDP和TCP。為了盡量少地占用系統(tǒng)資源，首要保障設(shè)備運行正常。UDP是面向無連接的傳輸協(xié)議，其消耗的系統(tǒng)資源消耗小，處理速度快。由于不提供數(shù)據(jù)包分組、組裝和不能對數(shù)據(jù)包進行排序的缺點，UDP傳輸容易掉包。經(jīng)過分析：本系統(tǒng)作為主動監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)中心，使用量并不頻繁的，數(shù)據(jù)的刷新頻率對主動監(jiān)控的影響不大，可以容忍數(shù)據(jù)的掉包，本課題研究小組采用了UDP協(xié)議進行傳輸。

1.3.3 制作人機界面

在對發(fā)送端、接收端加以編程后，實現(xiàn)了場監(jiān)雷達重要參數(shù)的主動監(jiān)控和遠程查看。自主動監(jiān)視系統(tǒng)試運行至今，虹橋雷達的值班人員、技術(shù)保障人員已能通過遠程查看，主動監(jiān)控東、西場監(jiān)雷達的運行參數(shù)。

圖3 東西場監(jiān)重要參數(shù)監(jiān)控界面

在研究日志文件的基礎(chǔ)上，特編譯了一款可以查看日志歷史信息的分析軟件“RTCMDataAnalysis”，該款軟件通過載入設(shè)備運行日志RTCMS-APP-xxxxxxxx.log文件，對選定的參數(shù)進行作圖，從而在故障發(fā)生時，提供給排故人員形象的參數(shù)曲線，使判定故障的依據(jù)更加有力。

圖4 RTCMS日志分析軟件界面 圖5 RTCMS日志文件作圖

1.3.5 構(gòu)建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

為了能與現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備進行整合，項目小組在主動監(jiān)控軟件、日志分析軟件的基礎(chǔ)上，進行了一次網(wǎng)絡(luò)拓撲。將Thales二次雷達監(jiān)控RCMS的聲音監(jiān)控加入到了整個主動監(jiān)控系統(tǒng)，匯總了虹橋雷達室下轄的三部雷達頭的基本運行信息。構(gòu)建后的主動監(jiān)控系統(tǒng)，通過下圖中Monitor Center服務(wù)器的信息采集，整合傳送到值班人員所在的監(jiān)控機房。并通過監(jiān)控機房將實時數(shù)據(jù)傳輸至科室領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)保障中心總值班等相關(guān)單位。

圖6 虹橋雷達主動監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

2 上海虹橋場監(jiān)雷達數(shù)據(jù)主動監(jiān)控系統(tǒng)排故實例

2.1 故障現(xiàn)象

2013年9月，虹橋雷達室值班人員發(fā)現(xiàn)：虹橋機場東場監(jiān)雷達視頻質(zhì)量有比較明顯的下降。

2.2 分析決策

雷達視頻質(zhì)量下降有多種原因造成：天線或波導(dǎo)管遭遇雨雪天氣災(zāi)害，影響到信號的正常收發(fā)；磁控管老化，或調(diào)制板調(diào)制高壓不足等發(fā)射端設(shè)備引起的故障；視頻處理VP3處理門限過高，或接收機損壞引起的故障。根據(jù)Terma公司提供的技術(shù)資料（3.SCANTER 2001 Transceiver-Maintenance and Troubleshooting Manual（USM-262001-HC-1-E1）），對可能發(fā)生的原因進行逐個排查。根據(jù)Terma廠方提供的排故手冊，按照技術(shù)資料提供的流程進行逐步確認，逐步排查，整個流程有很大的時間冗余，將耗費技術(shù)人員較多排故時間。（如圖7）

虹橋雷達室在引接Terma場監(jiān)雷達監(jiān)控數(shù)據(jù)后，能在值班崗位、場監(jiān)維護顯示（Service Display）、甚至是內(nèi)網(wǎng)電腦上，就能簡單明了地看到設(shè)備運行的一些關(guān)鍵參數(shù)，通過對前向功率、噪聲系數(shù)、調(diào)制高壓的查看，可以在短時間內(nèi)做出初步判斷。這一操作能與天線、波導(dǎo)等外部元件的檢查同步進行，從而簡化排故流程，減少排故時間，具體簡化排故流程如圖8所示。

2.3 排故流程

對照上圖中的簡化排故流程，檢查的內(nèi)容同時包括外部設(shè)備和內(nèi)部設(shè)備參數(shù)，一方面前往天線塔觀測場監(jiān)雷達天線、軟波導(dǎo)、旋轉(zhuǎn)鉸鏈是否有積水現(xiàn)象，另一方面則在場監(jiān)維護顯示席位（Service Display）上調(diào)閱“Terma場監(jiān)雷達監(jiān)控數(shù)據(jù)”，通過安裝在維護顯示席位上的軟件查看了故障通道的前向功率、噪聲系數(shù)、調(diào)制高壓。同時，與正常運行通道參數(shù)的橫向比較，以及該故障通道重要參數(shù)的歷史信息。技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)：RxTx1的調(diào)制高壓要比正常運行通道的調(diào)制高壓小得多。且在故障發(fā)生時，其調(diào)制高壓參數(shù)相比于其歷史正常參數(shù)有個非常明顯的下降。另一方面，外部設(shè)備檢修人員確定天線、鉸鏈、波導(dǎo)沒有積水積雪；場監(jiān)雷達波導(dǎo)管空壓機工作正常，波導(dǎo)管無漏氣現(xiàn)象。照簡化后的排故流程，技術(shù)人員判斷：場監(jiān)雷達視頻質(zhì)量的下降，是由RxTx1調(diào)制模塊故障造成的。通過更換調(diào)制模塊，重啟設(shè)備后設(shè)備恢復(fù)正常。由于采用了簡化排故流程，此次排故時間相比于之前有了明顯的縮短。

圖8

2.4 總結(jié)和展望

2.4.1 磁控管、調(diào)制模塊是場監(jiān)雷達的易損模塊，設(shè)備故障發(fā)生的根源多與易損模塊的失效有關(guān)。經(jīng)過故障排除小組總結(jié)，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)：引入Terma場監(jiān)雷達數(shù)據(jù)監(jiān)控能夠快速、準確的觀測到磁控管、調(diào)制模塊的異常。并在設(shè)備發(fā)生故障時，簡化排故步驟，快速排除故障。場監(jiān)的主動監(jiān)控系統(tǒng)如何作用于二次雷達，甚至一、二次合裝雷達的主動監(jiān)控，將成為課題小組進一步研究的方向。

2.4.2 由于磁控管等易損模塊容易老化的特點，設(shè)備制造廠商出于保險起見，在維護上要求磁控管在使用半年后進行更換。以虹橋東西兩部場監(jiān)雷達雙頻雙冗余的配置來看，每過半年就需要更換4個磁控管。這類沒有達到實際使用壽命的更換，在無形中增加了設(shè)備的運行維護成本，隨著更多機場的新建和場監(jiān)雷達的廣泛使用，不必要的運行維護成本將增長成一個驚人的數(shù)字。對此，本課題研究小組將進一步監(jiān)控磁控管生命周期的歷史數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，界定“磁控管能否繼續(xù)使用”的參數(shù)門限值，從而延長磁控管的使用壽命，減少場監(jiān)雷達的運行維護成本。

2.4.3 通過與現(xiàn)有的Thales聲音監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，本研究小組將搭建一個雷達設(shè)備主動監(jiān)控的集總服務(wù)器，通過服務(wù)器將Thales雷達、東西場監(jiān)雷達的監(jiān)控數(shù)據(jù)一體化，并將這些數(shù)據(jù)通過華東空管局的內(nèi)網(wǎng)發(fā)送給虹橋雷達室科室領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)保障中心總值班。

3 結(jié)束語

隨著上海自貿(mào)區(qū)的逐步建成，航班量的持續(xù)增長、機場容量的充分利用以及更小的起飛降落間隔，上海虹橋、浦東兩場將面臨更大的挑戰(zhàn)。場監(jiān)雷達、一二次雷達的數(shù)量將進一步增加。作為設(shè)備保障部門，更大的挑戰(zhàn)在于實時監(jiān)控多部設(shè)備運行質(zhì)量，當(dāng)有故障發(fā)生時能做到快速、高效的處置。此課題的研究和開發(fā)，將以場監(jiān)雷達作為開端，逐步延伸到二次雷達、一二次合裝雷達，并進行集總監(jiān)控。在保障設(shè)備安全運行的前提下，節(jié)約運行維護成本，提高排故效率。

通過查閱RTCMS自帶的ID字段參照表：

圖1 RTCMS ID字段參照表

通過與對照表的對照，BITEMEAS 0057代表的參數(shù)意義是調(diào)制器的高壓值，其單位為V（伏特），而從獲取的參數(shù)來看，F(xiàn)[]中的參數(shù)值為8640，將代碼轉(zhuǎn)譯成人類語言，就是2013年1月8日5點51分13秒（UTC時間），RxTx2自檢得出的調(diào)制高壓為8640伏。同樣的，前向功率（Forward Power）、噪聲系數(shù)（Noise Figure）也能通過這一方法獲取自檢系統(tǒng)更新的參數(shù)。

1.3.2 建立網(wǎng)絡(luò)通信

在獲取到場監(jiān)雷達重要參數(shù)的數(shù)據(jù)后，還要將此數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡(luò)傳輸。本課題研究小組通過場面監(jiān)視雷達系統(tǒng)給出的網(wǎng)絡(luò)拓撲詳細信息，發(fā)現(xiàn)該日志文件系統(tǒng)在10.94.1.X網(wǎng)段，在這一網(wǎng)段中10.94.1.201可以作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)中心計算機IP使用。經(jīng)過連通性測試，連接正常。

圖2 10.94.1.201的連接測試

在系統(tǒng)傳輸時，可以選擇兩種傳輸協(xié)議，分別是UDP和TCP。為了盡量少地占用系統(tǒng)資源，首要保障設(shè)備運行正常。UDP是面向無連接的傳輸協(xié)議，其消耗的系統(tǒng)資源消耗小，處理速度快。由于不提供數(shù)據(jù)包分組、組裝和不能對數(shù)據(jù)包進行排序的缺點，UDP傳輸容易掉包。經(jīng)過分析：本系統(tǒng)作為主動監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)中心，使用量并不頻繁的，數(shù)據(jù)的刷新頻率對主動監(jiān)控的影響不大，可以容忍數(shù)據(jù)的掉包，本課題研究小組采用了UDP協(xié)議進行傳輸。

1.3.3 制作人機界面

在對發(fā)送端、接收端加以編程后，實現(xiàn)了場監(jiān)雷達重要參數(shù)的主動監(jiān)控和遠程查看。自主動監(jiān)視系統(tǒng)試運行至今，虹橋雷達的值班人員、技術(shù)保障人員已能通過遠程查看，主動監(jiān)控東、西場監(jiān)雷達的運行參數(shù)。

圖3 東西場監(jiān)重要參數(shù)監(jiān)控界面

在研究日志文件的基礎(chǔ)上，特編譯了一款可以查看日志歷史信息的分析軟件“RTCMDataAnalysis”，該款軟件通過載入設(shè)備運行日志RTCMS-APP-xxxxxxxx.log文件，對選定的參數(shù)進行作圖，從而在故障發(fā)生時，提供給排故人員形象的參數(shù)曲線，使判定故障的依據(jù)更加有力。

圖4 RTCMS日志分析軟件界面 圖5 RTCMS日志文件作圖

1.3.5 構(gòu)建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

為了能與現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備進行整合，項目小組在主動監(jiān)控軟件、日志分析軟件的基礎(chǔ)上，進行了一次網(wǎng)絡(luò)拓撲。將Thales二次雷達監(jiān)控RCMS的聲音監(jiān)控加入到了整個主動監(jiān)控系統(tǒng)，匯總了虹橋雷達室下轄的三部雷達頭的基本運行信息。構(gòu)建后的主動監(jiān)控系統(tǒng)，通過下圖中Monitor Center服務(wù)器的信息采集，整合傳送到值班人員所在的監(jiān)控機房。并通過監(jiān)控機房將實時數(shù)據(jù)傳輸至科室領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)保障中心總值班等相關(guān)單位。

圖6 虹橋雷達主動監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

2 上海虹橋場監(jiān)雷達數(shù)據(jù)主動監(jiān)控系統(tǒng)排故實例

2.1 故障現(xiàn)象

2013年9月，虹橋雷達室值班人員發(fā)現(xiàn)：虹橋機場東場監(jiān)雷達視頻質(zhì)量有比較明顯的下降。

2.2 分析決策

雷達視頻質(zhì)量下降有多種原因造成：天線或波導(dǎo)管遭遇雨雪天氣災(zāi)害，影響到信號的正常收發(fā)；磁控管老化，或調(diào)制板調(diào)制高壓不足等發(fā)射端設(shè)備引起的故障；視頻處理VP3處理門限過高，或接收機損壞引起的故障。根據(jù)Terma公司提供的技術(shù)資料（3.SCANTER 2001 Transceiver-Maintenance and Troubleshooting Manual（USM-262001-HC-1-E1）），對可能發(fā)生的原因進行逐個排查。根據(jù)Terma廠方提供的排故手冊，按照技術(shù)資料提供的流程進行逐步確認，逐步排查，整個流程有很大的時間冗余，將耗費技術(shù)人員較多排故時間。（如圖7）

虹橋雷達室在引接Terma場監(jiān)雷達監(jiān)控數(shù)據(jù)后，能在值班崗位、場監(jiān)維護顯示（Service Display）、甚至是內(nèi)網(wǎng)電腦上，就能簡單明了地看到設(shè)備運行的一些關(guān)鍵參數(shù)，通過對前向功率、噪聲系數(shù)、調(diào)制高壓的查看，可以在短時間內(nèi)做出初步判斷。這一操作能與天線、波導(dǎo)等外部元件的檢查同步進行，從而簡化排故流程，減少排故時間，具體簡化排故流程如圖8所示。

2.3 排故流程

對照上圖中的簡化排故流程，檢查的內(nèi)容同時包括外部設(shè)備和內(nèi)部設(shè)備參數(shù)，一方面前往天線塔觀測場監(jiān)雷達天線、軟波導(dǎo)、旋轉(zhuǎn)鉸鏈是否有積水現(xiàn)象，另一方面則在場監(jiān)維護顯示席位（Service Display）上調(diào)閱“Terma場監(jiān)雷達監(jiān)控數(shù)據(jù)”，通過安裝在維護顯示席位上的軟件查看了故障通道的前向功率、噪聲系數(shù)、調(diào)制高壓。同時，與正常運行通道參數(shù)的橫向比較，以及該故障通道重要參數(shù)的歷史信息。技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)：RxTx1的調(diào)制高壓要比正常運行通道的調(diào)制高壓小得多。且在故障發(fā)生時，其調(diào)制高壓參數(shù)相比于其歷史正常參數(shù)有個非常明顯的下降。另一方面，外部設(shè)備檢修人員確定天線、鉸鏈、波導(dǎo)沒有積水積雪；場監(jiān)雷達波導(dǎo)管空壓機工作正常，波導(dǎo)管無漏氣現(xiàn)象。照簡化后的排故流程，技術(shù)人員判斷：場監(jiān)雷達視頻質(zhì)量的下降，是由RxTx1調(diào)制模塊故障造成的。通過更換調(diào)制模塊，重啟設(shè)備后設(shè)備恢復(fù)正常。由于采用了簡化排故流程，此次排故時間相比于之前有了明顯的縮短。

圖8

2.4 總結(jié)和展望

2.4.1 磁控管、調(diào)制模塊是場監(jiān)雷達的易損模塊，設(shè)備故障發(fā)生的根源多與易損模塊的失效有關(guān)。經(jīng)過故障排除小組總結(jié)，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)：引入Terma場監(jiān)雷達數(shù)據(jù)監(jiān)控能夠快速、準確的觀測到磁控管、調(diào)制模塊的異常。并在設(shè)備發(fā)生故障時，簡化排故步驟，快速排除故障。場監(jiān)的主動監(jiān)控系統(tǒng)如何作用于二次雷達，甚至一、二次合裝雷達的主動監(jiān)控，將成為課題小組進一步研究的方向。

2.4.2 由于磁控管等易損模塊容易老化的特點，設(shè)備制造廠商出于保險起見，在維護上要求磁控管在使用半年后進行更換。以虹橋東西兩部場監(jiān)雷達雙頻雙冗余的配置來看，每過半年就需要更換4個磁控管。這類沒有達到實際使用壽命的更換，在無形中增加了設(shè)備的運行維護成本，隨著更多機場的新建和場監(jiān)雷達的廣泛使用，不必要的運行維護成本將增長成一個驚人的數(shù)字。對此，本課題研究小組將進一步監(jiān)控磁控管生命周期的歷史數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，界定“磁控管能否繼續(xù)使用”的參數(shù)門限值，從而延長磁控管的使用壽命，減少場監(jiān)雷達的運行維護成本。

2.4.3 通過與現(xiàn)有的Thales聲音監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，本研究小組將搭建一個雷達設(shè)備主動監(jiān)控的集總服務(wù)器，通過服務(wù)器將Thales雷達、東西場監(jiān)雷達的監(jiān)控數(shù)據(jù)一體化，并將這些數(shù)據(jù)通過華東空管局的內(nèi)網(wǎng)發(fā)送給虹橋雷達室科室領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)保障中心總值班。

3 結(jié)束語

隨著上海自貿(mào)區(qū)的逐步建成，航班量的持續(xù)增長、機場容量的充分利用以及更小的起飛降落間隔，上海虹橋、浦東兩場將面臨更大的挑戰(zhàn)。場監(jiān)雷達、一二次雷達的數(shù)量將進一步增加。作為設(shè)備保障部門，更大的挑戰(zhàn)在于實時監(jiān)控多部設(shè)備運行質(zhì)量，當(dāng)有故障發(fā)生時能做到快速、高效的處置。此課題的研究和開發(fā)，將以場監(jiān)雷達作為開端，逐步延伸到二次雷達、一二次合裝雷達，并進行集總監(jiān)控。在保障設(shè)備安全運行的前提下，節(jié)約運行維護成本，提高排故效率。

通過查閱RTCMS自帶的ID字段參照表：

圖1 RTCMS ID字段參照表

通過與對照表的對照，BITEMEAS 0057代表的參數(shù)意義是調(diào)制器的高壓值，其單位為V（伏特），而從獲取的參數(shù)來看，F(xiàn)[]中的參數(shù)值為8640，將代碼轉(zhuǎn)譯成人類語言，就是2013年1月8日5點51分13秒（UTC時間），RxTx2自檢得出的調(diào)制高壓為8640伏。同樣的，前向功率（Forward Power）、噪聲系數(shù)（Noise Figure）也能通過這一方法獲取自檢系統(tǒng)更新的參數(shù)。

1.3.2 建立網(wǎng)絡(luò)通信

在獲取到場監(jiān)雷達重要參數(shù)的數(shù)據(jù)后，還要將此數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡(luò)傳輸。本課題研究小組通過場面監(jiān)視雷達系統(tǒng)給出的網(wǎng)絡(luò)拓撲詳細信息，發(fā)現(xiàn)該日志文件系統(tǒng)在10.94.1.X網(wǎng)段，在這一網(wǎng)段中10.94.1.201可以作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)中心計算機IP使用。經(jīng)過連通性測試，連接正常。

圖2 10.94.1.201的連接測試

在系統(tǒng)傳輸時，可以選擇兩種傳輸協(xié)議，分別是UDP和TCP。為了盡量少地占用系統(tǒng)資源，首要保障設(shè)備運行正常。UDP是面向無連接的傳輸協(xié)議，其消耗的系統(tǒng)資源消耗小，處理速度快。由于不提供數(shù)據(jù)包分組、組裝和不能對數(shù)據(jù)包進行排序的缺點，UDP傳輸容易掉包。經(jīng)過分析：本系統(tǒng)作為主動監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)中心，使用量并不頻繁的，數(shù)據(jù)的刷新頻率對主動監(jiān)控的影響不大，可以容忍數(shù)據(jù)的掉包，本課題研究小組采用了UDP協(xié)議進行傳輸。

1.3.3 制作人機界面

在對發(fā)送端、接收端加以編程后，實現(xiàn)了場監(jiān)雷達重要參數(shù)的主動監(jiān)控和遠程查看。自主動監(jiān)視系統(tǒng)試運行至今，虹橋雷達的值班人員、技術(shù)保障人員已能通過遠程查看，主動監(jiān)控東、西場監(jiān)雷達的運行參數(shù)。

圖3 東西場監(jiān)重要參數(shù)監(jiān)控界面

在研究日志文件的基礎(chǔ)上，特編譯了一款可以查看日志歷史信息的分析軟件“RTCMDataAnalysis”，該款軟件通過載入設(shè)備運行日志RTCMS-APP-xxxxxxxx.log文件，對選定的參數(shù)進行作圖，從而在故障發(fā)生時，提供給排故人員形象的參數(shù)曲線，使判定故障的依據(jù)更加有力。

圖4 RTCMS日志分析軟件界面 圖5 RTCMS日志文件作圖

1.3.5 構(gòu)建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

為了能與現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備進行整合，項目小組在主動監(jiān)控軟件、日志分析軟件的基礎(chǔ)上，進行了一次網(wǎng)絡(luò)拓撲。將Thales二次雷達監(jiān)控RCMS的聲音監(jiān)控加入到了整個主動監(jiān)控系統(tǒng)，匯總了虹橋雷達室下轄的三部雷達頭的基本運行信息。構(gòu)建后的主動監(jiān)控系統(tǒng)，通過下圖中Monitor Center服務(wù)器的信息采集，整合傳送到值班人員所在的監(jiān)控機房。并通過監(jiān)控機房將實時數(shù)據(jù)傳輸至科室領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)保障中心總值班等相關(guān)單位。

圖6 虹橋雷達主動監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

2 上海虹橋場監(jiān)雷達數(shù)據(jù)主動監(jiān)控系統(tǒng)排故實例

2.1 故障現(xiàn)象

2013年9月，虹橋雷達室值班人員發(fā)現(xiàn)：虹橋機場東場監(jiān)雷達視頻質(zhì)量有比較明顯的下降。

2.2 分析決策

雷達視頻質(zhì)量下降有多種原因造成：天線或波導(dǎo)管遭遇雨雪天氣災(zāi)害，影響到信號的正常收發(fā)；磁控管老化，或調(diào)制板調(diào)制高壓不足等發(fā)射端設(shè)備引起的故障；視頻處理VP3處理門限過高，或接收機損壞引起的故障。根據(jù)Terma公司提供的技術(shù)資料（3.SCANTER 2001 Transceiver-Maintenance and Troubleshooting Manual（USM-262001-HC-1-E1）），對可能發(fā)生的原因進行逐個排查。根據(jù)Terma廠方提供的排故手冊，按照技術(shù)資料提供的流程進行逐步確認，逐步排查，整個流程有很大的時間冗余，將耗費技術(shù)人員較多排故時間。（如圖7）

虹橋雷達室在引接Terma場監(jiān)雷達監(jiān)控數(shù)據(jù)后，能在值班崗位、場監(jiān)維護顯示（Service Display）、甚至是內(nèi)網(wǎng)電腦上，就能簡單明了地看到設(shè)備運行的一些關(guān)鍵參數(shù)，通過對前向功率、噪聲系數(shù)、調(diào)制高壓的查看，可以在短時間內(nèi)做出初步判斷。這一操作能與天線、波導(dǎo)等外部元件的檢查同步進行，從而簡化排故流程，減少排故時間，具體簡化排故流程如圖8所示。

2.3 排故流程

對照上圖中的簡化排故流程，檢查的內(nèi)容同時包括外部設(shè)備和內(nèi)部設(shè)備參數(shù)，一方面前往天線塔觀測場監(jiān)雷達天線、軟波導(dǎo)、旋轉(zhuǎn)鉸鏈是否有積水現(xiàn)象，另一方面則在場監(jiān)維護顯示席位（Service Display）上調(diào)閱“Terma場監(jiān)雷達監(jiān)控數(shù)據(jù)”，通過安裝在維護顯示席位上的軟件查看了故障通道的前向功率、噪聲系數(shù)、調(diào)制高壓。同時，與正常運行通道參數(shù)的橫向比較，以及該故障通道重要參數(shù)的歷史信息。技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)：RxTx1的調(diào)制高壓要比正常運行通道的調(diào)制高壓小得多。且在故障發(fā)生時，其調(diào)制高壓參數(shù)相比于其歷史正常參數(shù)有個非常明顯的下降。另一方面，外部設(shè)備檢修人員確定天線、鉸鏈、波導(dǎo)沒有積水積雪；場監(jiān)雷達波導(dǎo)管空壓機工作正常，波導(dǎo)管無漏氣現(xiàn)象。照簡化后的排故流程，技術(shù)人員判斷：場監(jiān)雷達視頻質(zhì)量的下降，是由RxTx1調(diào)制模塊故障造成的。通過更換調(diào)制模塊，重啟設(shè)備后設(shè)備恢復(fù)正常。由于采用了簡化排故流程，此次排故時間相比于之前有了明顯的縮短。

圖8

2.4 總結(jié)和展望

2.4.1 磁控管、調(diào)制模塊是場監(jiān)雷達的易損模塊，設(shè)備故障發(fā)生的根源多與易損模塊的失效有關(guān)。經(jīng)過故障排除小組總結(jié)，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)：引入Terma場監(jiān)雷達數(shù)據(jù)監(jiān)控能夠快速、準確的觀測到磁控管、調(diào)制模塊的異常。并在設(shè)備發(fā)生故障時，簡化排故步驟，快速排除故障。場監(jiān)的主動監(jiān)控系統(tǒng)如何作用于二次雷達，甚至一、二次合裝雷達的主動監(jiān)控，將成為課題小組進一步研究的方向。

2.4.2 由于磁控管等易損模塊容易老化的特點，設(shè)備制造廠商出于保險起見，在維護上要求磁控管在使用半年后進行更換。以虹橋東西兩部場監(jiān)雷達雙頻雙冗余的配置來看，每過半年就需要更換4個磁控管。這類沒有達到實際使用壽命的更換，在無形中增加了設(shè)備的運行維護成本，隨著更多機場的新建和場監(jiān)雷達的廣泛使用，不必要的運行維護成本將增長成一個驚人的數(shù)字。對此，本課題研究小組將進一步監(jiān)控磁控管生命周期的歷史數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，界定“磁控管能否繼續(xù)使用”的參數(shù)門限值，從而延長磁控管的使用壽命，減少場監(jiān)雷達的運行維護成本。

2.4.3 通過與現(xiàn)有的Thales聲音監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，本研究小組將搭建一個雷達設(shè)備主動監(jiān)控的集總服務(wù)器，通過服務(wù)器將Thales雷達、東西場監(jiān)雷達的監(jiān)控數(shù)據(jù)一體化，并將這些數(shù)據(jù)通過華東空管局的內(nèi)網(wǎng)發(fā)送給虹橋雷達室科室領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)保障中心總值班。

3 結(jié)束語

隨著上海自貿(mào)區(qū)的逐步建成，航班量的持續(xù)增長、機場容量的充分利用以及更小的起飛降落間隔，上海虹橋、浦東兩場將面臨更大的挑戰(zhàn)。場監(jiān)雷達、一二次雷達的數(shù)量將進一步增加。作為設(shè)備保障部門，更大的挑戰(zhàn)在于實時監(jiān)控多部設(shè)備運行質(zhì)量，當(dāng)有故障發(fā)生時能做到快速、高效的處置。此課題的研究和開發(fā)，將以場監(jiān)雷達作為開端，逐步延伸到二次雷達、一二次合裝雷達，并進行集總監(jiān)控。在保障設(shè)備安全運行的前提下，節(jié)約運行維護成本，提高排故效率。