二次雷达系统故障软化方法

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二次雷达系统故障软化方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种通过系统自我调整规避或减小故障影响的方法，尤其涉及一种二次雷达系统故障软化的方法。\n背景技术\n[0002] 随着航空业务的不断发展，一方面对航管设备的可靠性、安全性、时效性提出了越来越高的要求；另一方面，航管设备实现高自动化、无人值守也成为必然趋势。二次雷达作为航空管制和航路监视的主要设备，具有很高的的任务可靠性要求，除设备的定期维护外，二次雷达需要24小时连续工作、终年不停机并实时输出雷达威力覆盖范围内连续稳定的目标信息。\n发明内容\n[0003] 针对以上需求，本发明提供了一种无需设备使用人员干预，自动根据设备状态完成工作通道的选择和切换，达到不中断目标信息输出或减小目标信息输出中断时间的二次雷达系统故障软化方法。\n[0004] 本发明涉及的二次雷达采用双通道热备份工作体制，2个雷达通道分别称作A通道和B通道，当一个通道处于主通道工作状态时，另一个通道处于热备份状态，A、B通道都可担任主通道或备用通道的角色。主通道经过询问发射、应答接收、信号处理、数据处理等功能模块完成目标监视和信息提取的工作，并将获得的目标信息送航管中心，实现机场监控和航路管制的功能，同时对主通道的各个功能模块进行指标测试和状态监测；备用通道不发射询问信号，也不接收应答信号，但实时对本通道的各个功能模块进行指标测试和状态监测。\n[0005] 在手动工作方式下（禁止自动切换），雷达操作人员可以通过显控终端随时查看主通道和备用通道的设备状态，随时在两个通道之间进行主通道和备用通道的手工切换。\n[0006] 当二次雷达两个通道都正常时，任意一个通道设置处于主通道工作状态，都能输出正确、连续的目标信息。\n[0007] 当二次雷达一个通道出现故障时，在有操作人员值守的情况下，可将主通道切换到正常通道，保证雷达能正常输出目标信息；当二次雷达的两个通道都有故障时，在有操作人员值守的情况下，可根据经验将主通道切换到其中一个故障较轻通道，保证雷达不中断目标信息输出，或降指标使用，依然能输出目标信息，但目标质量有所下降。\n[0008] 在无人值守的情况下，当二次雷达一个通道出现故障，而且是工作通道出现故障时，雷达会中断目标信息输出。\n[0009] 为了解决上述问题，本发明提供了一种二次雷达系统故障软化方法，其特征在于：\n[0010] Ⅰ．其二次雷达系统包括1付天线、1个切换开关和2个互为双机热备份的雷达通道；\n[0011] 所述的2个雷达通道分别称作A通道和B通道，A、B通道都可担任主通道或备用通道的角色；每个雷达通道都是一个完整的信号收发系统，可独立完成二次雷达的信号收发功能；\n[0012] A通道和B通道的硬件配置完全一样，其中一个通道包括2个发射机、1个接收机、\n1个馈线组合、1个信号处理、1个数据处理和1个组合电源共7个LRU模块；\n[0013] 2个发射机对应2个发射波束，分别完成询问波束Σ、控制波束Ω的发射；\n[0014] 馈线组合完成询问波束Σ、控制波束Ω收发转换功能；\n[0015] 接收机包括3个接收通道，分别完成询问波束Σ、控制波束Ω、差波束Δ的接收，同时提供2个发射机所需的激励信号和接收机自检所需的自测试信号；\n[0016] 信号处理模块完成对接收机输入信号进行视频预处理、应答处理、码装配处理，最终生成应答处理报告发给数据处理，信号处理模块还根据数据处理发来的模式控制字，产生整个二次雷达的系统定时和控制信号；\n[0017] 数据处理模块通过对信号处理模块产生的应答处理报告进行初始应答处理、目标位置计算、宽脉冲识别、应答处理，完成目标的点迹凝聚、航迹起批和航迹维护；数据处理还完成二次雷达系统的工作模式设置并将相应的模式控制字发送信号处理，同时实现系统的状态采集和故障诊断；\n[0018] 组合电源为整个二次雷达系统提供所需的直流电源；\n[0019] A通道和B通道通过切换开关与天线相连；\n[0020] 通过切换开关，工作通道可以在A通道和B通道之间随意切换，切换时不影响目标信号输出；A通道和B通道之间有信息共享和通信联系。\n[0021] Ⅱ.A通道和B通道的状态位设置完全相同，其中一个通道包含的状态位定义如下：\n[0022] 发射机状态信息：Σ发射组件过热、Ω发射组件过热、Σ发射时序、Ω发射时序、Σ发射功率；Ω发射功率；\n[0023] 接收机状态信息：Σ接收通道、Δ接收通道、Ω接收通道、Σ激励信号、Ω激励信号、接收机频综、自检信号源；\n[0024] 馈线组合状态信息：Σ发射前向波、Ω发射前向波、Σ发射后向波、Ω发射后向波、Σ发射驻波、Ω发射驻波；\n[0025] 信号处理状态信息：PSV状态、符号位状态、置信度位状态、Σ中频采样、Δ中频采样、Ω中频采样；\n[0026] 数据处理状态信息：应答处理中断、CAN节点收数、方位信号状态、邻机死机；\n[0027] 组合电源状态信息：+5V3A电源状态，+12V3A电源状态，-12V2A电源状态，-12V0.5A电源状态，+24V3A电源状态，+50V6A电源状态。\n[0028] Ⅲ.LRU模块各状态位的权值定义方式如下：\n[0029] 每个LRU模块都有多个状态位反映其不同特性或状态，根据各个状态位对该LRU模块和系统整体性能的影响程度，赋予指定的权值，对系统性能影响越大的状态位定义的权值越大，相同故障对应的权值相同；\n[0030] 权值的设置要做到各个状态的权值之间不是整数倍关系；\n[0031] 多个状态的权值累加不等于某个状态的权值，单个状态权值的最大值为101，最小值为10。\n[0032] Ⅳ.A通道、B通道根据权值定义运行的模式如下：\n[0033] 由数据处理模块对本通道的故障权值进行积累计算，A通道或B通道的故障权值积累值越大，说明该通道的故障越严重，当A通道与B通道之间进行自动切换时，自动选择切换到权值为零或较小的通道作为工作通道，权值较大的通道为备份通道。\n[0034] Ⅴ.故障软化过程如下：\n[0035] 1）数据处理模块对本通道各个LRU模块的状态进行定时采样；\n[0036] 2）按照上列权值定义，实时计算出本通道的故障总权值；\n[0037] 3）通过双通道之间的通讯，获得对方通道的故障总权值，同时将本通道的故障总权值告知对方通道；\n[0038] 4）根据雷达工作状态设置，确定A通道、B通道间是否进行切换。\n[0039] 所述Ⅲ.LRU模块各状态位的权值定义为：\n[0040] 发射机：Σ发射组件过热=20、Ω发射组件过热=20、Σ发射时序=101、Ω发射时序=81、Σ发射功率=50、Ω发射功率=30；\n[0041] 接收机：Σ接收通道=101、Δ接收通道=80、Ω接收通道=31、接收机频综=101、自检信号源=31、Σ激励信号=51、Ω激励信号=40；\n[0042] 馈线组合：Σ发射前向波=101、Ω发射前向波=61、Σ发射后向波=81、Ω发射后向波=41、Σ发射驻波=60、Ω发射驻波=40；\n[0043] 信号处理：PSV状态=101、符号位状态=31、置信度位状态=31、Σ中频采样=60、Δ中频采样权值=40、Ω中频采样=40；\n[0044] 数据处理：应答处理中断101、CAN节点收数=50、方位信号状态=80、邻机死机=30；\n[0045] 组合电源：+5V3A电源状态=61、+12V3A电源状态=101、-12V2A电源状态=101、-12V0.5A电源状态=10、+24V3A电源状态101、+50V6A电源状态=101。\n[0046] 有益效果：本发明针对双通道热备份的二次雷达配置，实现了双通道之间的无缝切换。且当单通道某个LRU发生故障或双通道中均有LRU发生故障时，无需操作人员干预，雷达根据设计好的准则，对故障权值进行计算，根据计算结果自动进行工作通道的选择和切换，选择无故障或故障较轻的通道作为工作通道，实现故障的规避或将故障的影响降至最低。达到不中断目标信息输出或减小目标信息输出中断时间的目的。本发明适用于高可靠性、双通道互为热备份的类似设备。\n附图说明\n[0047] 图1：本专利中二次雷达的硬件组成框图；\n[0048] 图2：本专利中二次雷达单个通道的详细状态表；\n[0049] 图3：本专利中二次雷达状态权值定义。\n具体实施方式\n[0050] 下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。\n[0051] 如图1所示，本发明所述的一种二次雷达系统故障软化方法：\n[0052] Ⅰ．其二次雷达系统包括1付天线、1个切换开关和2个互为双机热备份的雷达通道；\n[0053] 所述的2个雷达通道分别称作A通道和B通道，是互为热备份的2个雷达通道，A、B通道都可担任主通道或备用通道的角色；每个雷达通道都是一个完整的信号收发系统，可独立完成二次雷达的信号收发功能；\n[0054] A通道和B通道的硬件配置完全一样，其中一个通道包括2个发射机、1个接收机、\n1个馈线组合、1个信号处理、1个数据处理和1个组合电源共7个LRU模块，LRU为线性可更换单元；\n[0055] 2个发射机对应2个发射波束，分别完成询问波束Σ、控制波束Ω的发射；\n[0056] 馈线组合完成询问波束Σ、控制波束Ω收发功能的转换；\n[0057] 接收机包括3个接收通道，分别完成询问波束Σ、控制波束Ω、差波束Δ的接收，同时提供发射机所需的激励信号和接收机自检所需的自测试信号；\n[0058] 信号处理模块完成对接收机输入信号进行视频预处理、应答处理、码装配处理等，最终生成应答处理报告发给数据处理，信号处理模块还根据数据处理发来的模式控制字，产生整个二次雷达的系统定时和控制信号；\n[0059] 数据处理模块通过对信号处理模块产生的应答处理报告进行初始应答处理、目标位置计算、宽脉冲识别、应答相关等一系列处理，完成目标的点迹凝聚、航迹起批和航迹维护；数据处理还完成二次雷达系统的工作模式设置并将相应的模式控制字发送信号处理，同时实现系统的状态采集和故障诊断；\n[0060] 组合电源为整个二次雷达系统提供所需的直流电源；\n[0061] A通道和B通道通过切换开关与天线相连；\n[0062] 通过切换开关，工作通道可以在A通道和B通道之间随意切换，切换时不影响目标信号输出；为保证在通道切换时不影响输出目标信号的连续性，2个通道之间有信息共享和通信联系，从而实现输出目标信息的无缝切换。\n[0063] Ⅱ.A通道和B通道的状态位设置完全相同，图2为二次雷达单通道的状态汇总表，其中还包括了在线指标测试值。\n[0064] 各个LRU模块包含的状态位定义如下：\n[0065] 发射机状态信息：Σ发射组件过热、Ω发射组件过热、Σ发射时序、Ω发射时序、Σ发射机率；Ω发射功率；\n[0066] 接收机状态信息：Σ接收通道、Δ接收通道、Ω接收通道、Σ激励信号、Ω激励信号、接收机频综、自检信号源；\n[0067] 馈线组合状态信息：Σ发射前向波、Ω发射前向波、Σ发射后向波、Ω发射后向波、Σ发射驻波、Ω发射驻波；\n[0068] 信号处理状态信息：PSV状态、符号位状态、置信度位状态、Σ中频采样、Δ中频采样、Ω中频采样；\n[0069] 数据处理状态信息：应答处理中断、CAN节点收数、方位信号状态、邻机死机；\n[0070] 组合电源状态信息：+5V3A电源状态，+12V3A电源状态，-12V2A电源状态，-12V0.5A电源状态，+24V3A电源状态，+50V6A电源状态；\n[0071] Ⅲ.LRU模块各状态位的权值定义方式如下：\n[0072] 每个LRU模块都有多个状态位反映其不同特性或状态，根据各个状态位对该LRU模块和系统整体性能的影响程度，赋予指定的权值，对系统性能影响越大的状态位定义的权值越大，相同故障对应的权值相同；\n[0073] 同时考虑到多个状态权值累加的结果有所差异，便于比较，权值的设置要做到各个状态的权值之间不是整数倍关系，多个状态的权值累加不等于某个状态的权值，单个状态的权值最大值为101，最小值为10。\n[0074] Ⅳ.A通道、B通道根据权值定义运行的模式如下：\n[0075] 由数据处理完成二次雷达系统各个模块的状态和故障采集，并对本通道的故障权值进行积累计算，A通道或B通道的故障权值积累值越大，说明该通道的故障越严重，当A通道与B通道之间进行自动切换时，自动选择切换到权值为零或较小的通道作为工作通道，权值较大的通道为备份通道；\n[0076] LRU各状态位的权值定义如图3所示:\n[0077] 发射机：Σ发射组件过热=30、Ω发射组件过热=20、Σ发射时序=101、Ω发射时序=81、Σ发射功率=51、Ω发射功率=31；\n[0078] 接收机：Σ接收通道=101、Δ接收通道=80、Ω接收通道=31、Σ激励信号=51、Ω激励信号=40、接收机频综=101、自检信号源=31；\n[0079] 馈线组合：Σ发射前向波=101、Ω发射前向波=61、Σ发射后向波=81、Ω发射后向波=41、Σ发射驻波=60、Ω发射驻波=40；\n[0080] 信号处理：PSV状态=101、符号位状态=31、置信度位状态=31、Σ中频采样=60、Δ中频采样=40、Ω中频采样=40；\n[0081] 数据处理：应答处理中断=101、CAN节点收数=50、方位信号状态=80、邻机死机=30；\n[0082] 组合电源：+5V3A电源状态=61、+12V3A电源状态=101、-12V2A电源状态=101、-12V0.5A电源状态=10、+24V3A电源状态101、+50V6A电源状态=101。\n[0083] 由于+5V25A电源是数据处理的工作电源，此电源故障会导致数据处理不工作、二次雷达系统瘫痪，无法进行状态采集、故障诊断和权值计算，所以权值定义中没有+5V25A电源这一项。\n[0084] Ⅴ.基于上述系统组成和权值定义实现的二次雷达故障软化方法过程如下：\n[0085] 1）数据处理模块对本通道各个LRU模块的状态进行定时采样；\n[0086] 2）按照上列权值定义，实时计算出本通道的故障总权值；\n[0087] 3）通过双通道之间的通讯，获得对方通道的故障总权值，同时将本通道的故障总权值告知对方通道；\n[0088] 4）根据雷达工作状态设置，确定A通道、B通道间是否进行切换。\n[0089] 由于雷达工作状态的不同，第4）步包括2种情况：①允许自动切换；②禁止自动切换（手动切换）。用户根据雷达设备的完好性、稳定性状态可将雷达设置为容许自动切换或禁止自动切换（手动切换）。\n[0090] 通常在设备没有任何故障、运行稳定的情况下，将雷达设置为允许自动切换。一旦有故障发生，雷达能根据实时的故障采集和故障权值计算结果进行自动切换，这样设备的可靠性高和故障率最低。\n[0091] 但在极端情况下，1个通道中一直有故障，或A通道、B通道两个都有故障发生，维修人员又无法立刻赶到现场进行修复，这时最好的选择是将雷达设置为禁止自动切换，用户根据经验手动进行通道切换，使雷达工作在正常通道或故障较轻的通道。\n[0092] 下面就是实现二次雷达系统故障软化的具体实例，前提条件是将雷达的工作模式设置为“允许自动切换”。\n[0093] 例1：当A通道没有故障时，A通道故障总权值为零；\n[0094] B通道的“Σ发射功率”故障时，B通道故障总权值为51；\n[0095] 据此，二次雷达将自动切换到正常工作的A通道，雷达会正常输出目标信息。\n[0096] 例2：当A通道的“Σ发射功率”故障时，A通道故障总权值为51；\n[0097] B通道的“Ω发射功率”故障时，B通道故障总权值为31；\n[0098] 据此，二次雷达将自动切换到故障较轻的B通道，雷达降指标使用，能输出目标信息，但由于B通道“Ω发射功率”故障，雷达没有旁瓣抑制功能，会导致虚警率将正常情况偏高；\n[0099] 例3：当A通道的“Σ接收通道”故障，A通道故障总权值为101；\n[0100] B通道的“Δ接收通道”故障，B通道故障总权值为80；\n[0101] 据此，二次雷达将自动切换到故障较轻的B通道，雷达降指标使用，能输出目标信息，但由于B通道的“Δ接收通道”故障，雷达没有单脉冲特性，目标精度有所下降；\n[0102] 例4：当A通道的“Σ发射前向波”故障和“Σ发射功率”故障，A通道故障总权值为152；\n[0103] B通道的“自检信号源”故障，B通道故障总权值为31；\n[0104] 据此，二次雷达将自动切换到故障较轻的B通道，能输出目标信息，但由于B通道的“自检信号源”故障，B通道丧失了接收机自检功能；\n[0105] 名词解释：\n[0106] PSV（Processed Sum Video）——已处理的和视频；\n[0107] Σ（Σ波束、Σ通道）——二次雷达的和波束或和通道，也称询问波束或询问通道；\n[0108] Ω（Ω波束、Ω通道）——二次雷达的控制波束或控制通道，也称旁瓣抑制波束或旁瓣抑制通道；\n[0109] Δ（Δ波束、Δ通道）——二次雷达的差波束或差通道；\n[0110] LRU（Line Replaceable Unit）——线性可更换单元；\n[0111] 前向波——入射波；\n[0112] 后向波——反射波；\n[0113] 驻波——入射波与反射波之比；\n[0114] 无缝切换——从一个通道切换到另一个通道时，雷达系统不中断目标输出。\n[0115] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限制于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。