DVOR全向信标故障快速排除解析

2022-09-12

导航就是有目的地, 安全有效的引导运动体 (如船只、潜艇、地面车辆以及飞机、宇宙飞船等) 从一地到另一地的控制过程。甚高频全向信标DVOR系统是一种工作于甚高频频段的近程侧向系统是整个民航导航系统中必不可少的组成部分, 可在航线飞行和进近着陆期间对飞机进行引导。DVOR地面发射台产生以基准30HZ和可变30HZ信号调制的甚高频信号, 机载接收机比较两种信号的相位差, 从而测定全向信标台的磁方位。

一、设备简介

澳大利亚AWA公司生产的DVOR/DME设备作为导航的主要设备在中国民航各机场和航路上得到广泛使用。福建空管分局连江导航台作为航路台配置了AWA公司生产的VRB-51D型DVOR设备和LDB-101型DME设备。这套设备于1996年底安装完成, 迄今已经运行了二十二年, 尽管得到妥善维护但毕竟使用年限较长, 期间由于种种原因发生过各类形形色色的故障。本文选取两起比较典型的故障案例进行分析, 尝试着对快速判断排除故障进行总结。

二、故障典型案例分析

案例一:载波功率、副载波告警同时出现导致主用关机故障

全向信标DVOR主用设备正向功率灯及边带失锁灯告警常亮, 本地设备转换至备机工作, 主用机柜上发射机电源出现保护跳闸。综合故障现象, 无论是功率告警灯还是发射机保护都指向载波通道的输出有问题, 那围绕着整个载波通道从前端到后端逐级排查或反之就能定位故障所在。测试单元上的载波功率上下边带功率均显示为0, 此时边带失锁灯亮就存在两种可能:一是定向耦合器CDC取样的载波信号异常, 此信号送往边带信号产生器SGN作为上下边带产生的基准信号;二是边带信号产生器SGN本身出现故障。在SGN组件上有测试开关S1 (PHASE REF) , 将其置于测试 (TEST) 位时SGN组件上的边带失锁指示灯熄灭。由此可判断SGN组件本身正常。如果载波通道输出异常, 那必定会造成边带失锁, 主要的注意力还应放在载波通路上。根据框图载波调制保护电路设计, 我们就直接先检测载波振荡器CGD的XMR11端, 此处如果有来自载波保护组件CMP的+15V就会令开关管V7、V8截止, 则+15的电源不能加到共基级放大器V6的C极, 此时V6处于临界饱和状态, XFA端无射频输出到下一级射频驱动放大器里面就阻断了载波通道, 从而达到对发射机部分进行保护作用。这点也说明了确实载波输出功率存在问题。那从晶振开始到后面的多级放大, 哪个环节出了问题?如果我们能测量到载波的真实输出就更能判断问题所在。DVOR每次开机都会有10秒保护时间, 其后才会发生告警转换, 可以事先连接好示波器功率计在这10秒内对载波通路的滤波器输出的功率进行测量观测。最后检测到开机时输出功率为255W, 这就说明由于此前级信号过大发生了保护阻断了最后的载波输出。那么过量的输出该具体定位在哪一级的放大呢?回看整个载波通道在载波调制保护CMP中接受定向耦合器检波回来的信号来判定是否保护发射机。检测定耦CDC到CMP组件的正向功率检波输出端XMG1是一个负直流无调制信号, 而此端口正常情况下该是正直流基础上加调制信号峰峰值3.9V输出, 顺着此信号通路找到载波定向耦合器中检波二极管V1和V11。检测二极管是被击穿转态, 由于无法完成检波导致输出错误反向信号使载波产生器CGD不断自行加大增益最终输出过大进入保护状态, 最终导致正向功率告警。在载波定向耦合器更换两个二极管后, 故障现象消失设备恢复正常。载波信号流程图如下:

实例二:因监视信号弱小导致DVOR关台故障

雷雨季台站一次近距离的响雷后, 山下设备遥控器显示DVOR关台状态并无法重启开机。山上机房内设备控制组件CTL面板上30HZ AM (30HZ调幅) 、SUBCARRIER (副载波) 、NOTCH DVOR (缺口) 告警灯亮, 本地人工换机主备机均为同样故障现象。这样情况故障就有双机设备的公用部分故障、监控系统故障、设备本身故障三种可能。主备机同时出现同样的故障几率非常低, 同样在与仲裁情况下两套监控同时出现同样故障几率也非常低, 那么故障一般是来源于输出公用组件包括馈线。在雷击多的地区, 连接天线和监控天线的组件尤其容易出现这样的损害故障。

DVOR设备的公用部分有两种组成:一个是监控天线到监视器的接收部分 (包括;监视天线、MSD和各连接电缆) 。一个是发射机到天线的发射部分 (包括:RLU继电器组件、ADS、49个天线和各连接电缆) 。抑制告警情况下保持开机, 首先检测机柜供电以及各组件所需的偏置电压均正常。根据出现的告警, 尤其是副载波和缺口告警, 通过观测最后的混合波形输出是比较容易直观看出故障问题所在。用示波器接MRF上COMP VOR (混合信号) 测试孔, 此时的混合波形外观形状基本正常, 正常的外观基本可以判定载波边带等馈送还有调制在设备通道中是基本正常的。但峰峰值电压只有0.09V, 正常值应为1V左右, 难道信号没有被放大就直接输出了?发射机有定耦采样, 专门用来检测正向反向和不平衡功率输出的保护系统, 如果输出信号有问题会引发相关告警, 而面板上没有此类告警灯亮。那只有一个可能, 监控天线采样故障, 使得我们测试到的信号是被大量衰减后的小信号。在MSC组件面板上检测, 30HZ AM基准、副载波9969HZ、缺口电平为零, 而30HZ FM的基准电平正常 (正常值为1V) , 结合CTL上告警灯的信息, 也说明设备内部信号通路信号正常, 所有设备到天线的馈线同时损坏的几率也非常小, 所以该重点监测监控天线采样信号回来的信号通路是否正常。

由于台站是双机双监控系统设置, 而由监控天线抓取的空间辐射取样信号必须同时馈入两个监视器。一般DVOR信标只配备单个监控天线, 因此, 采样信号是由MSD (监视信号分配器) 把监视信号一分为二, 两路信号分别馈入两个监视器中。MSD的信号是否正常很可能就是此次故障的症结所在。MSD位于机柜下方的地沟内, 监控的采样信号通过电缆从外墙直接连接到此组件上。此位置在系统框图里面没有标示, 比较容易被忽略。分配器组件结构简单元件较少, 拆下后先用肉眼观察, 目视下电感T1疑似有断裂, 用万用表检测发现电感T1阻值无穷大, 说明其损坏。电容C1、C2和电感T1共同组成为一个带通滤波器其作用是抑制干扰杂波。在遭受雷击时有强电流流过, T1断开, 带通滤波电路失效。所以检测监控天线来的取样信号在MSD XFA端是一个大幅度衰减过的信号, 只是一个微弱感应信号输出加到监视器自然导致判定告警。更换MSD的T1后, 重新开启设备, DVOR双机恢复正常工作。

三、维护经验总结

通过以上两个典型故障, 从发生故障检测判断到最后精准定位故障元件, 可以看出在VRB-51D型DVOR设备的故障发生是多变也是复杂的, 判断方式和排故思路也不是一成不变的: (1) 设备自开放工作至今已21年, 已进入元器件老化故障高发期。外部环境也是故障的催发隐患, 比如临海造成的腐蚀、市电的不稳定、东南台风雨季雷击等灾害。尤其某些信号偏离造成的软故障不好定位。每一个故障都也许是全新的挑战。 (2) 技术人员需要熟悉设备面板各种开关的控制作用, 各种指示信号的意义及各测试孔信号的位置以及信号特征。这对节约排故时长是起决定性作用的。同时需要完全理解并熟记DVOR整套设备的工作原理和方框图, 熟知设备内信号流程、组件的内部连线、控制信号流程等。在检修设备过程中, 根据实际情况, 特别备件充分的情况下。可使用替代法、比较法来快速定位故障大组件, 在备件保证双机正常工作情况下, 再详细对故障组件进行更进一步的定位小元件的维修。 (3) 万用表、频率器、功率计、示波器等这些必备的常用工具都需要很熟练掌握其用法。在帮助判断信号正确与否时就完全的依赖它们给出的波形和数据。 (4) 那就是经验的累积。可以多看本单位还有各地同类型设备维修经验报告, 毕竟维护较好的情况下只通过维修本单位设备故障的机会是有限的。

摘要：多普勒全向信标系统可靠性高, 导航精度高, 具有完善的监控告警和交换控制组件, 是我国民航主用的测角系统。本文就台站使用的澳大利亚AWA公司生产的VRB-51D型DVOR设备在运行过程中出现的维修案例, 通过分析故障现象寻找故障原因到最终排除故障, 结合理论知识对平时工作如何快速排除VOR设备故障作出解析。

关键词：DVOR,载波功率,副载波,缺口,边带失锁