摘要：行空中交通管制的目的是有秩序地组织和实施空中交通，防止飞机相撞，保证飞行安全。随着空中交通密度的不断增加，空中交通管制的作用和重要性日益明显。空中交通管制应答机（以下简称应答机）是实施空中交通管制的重要设备之一。针对应答机在空中飞行时，地面塔台收不到批号和高度应答信号的现象，从工作原理入手，分析造成此现象的原因，结合实际，总结几点经验，为机载成品的生产、检测、调试、维护和修理提供实践参考。
关键词：应答机；工作原理；故障分析
1 引言
应答机的功用是与地面二次雷达配合工作，向地面管制中心报告飞机的识别编码（或紧急特殊编码）和飞机的气压高度，从而使空管系统实现对飞机的监视、跟踪，保障飞机的飞行安全。如果应答机出现故障会导致地面空管中心无法识别该应答机的载机。本文对空勤反映的地面塔台收不到批号和高度应答信号的故障原因进行了深入详细的分析，找出产生故障的原因，为机载成品的生产、检测、维护和修理提供实践技术支持。
2 应答机工作原理
应答机是工作于L波段的二次雷达，其所回答的信息内容，决定于地面二次雷达的询问信号。由于二次雷达天线不可避免地存在一定电平的旁瓣，为了克服旁瓣触发，避免产生虚假应答，地面二次雷达发射的频率为1030 Mhz的询问信号由3个射频脉冲组成的，其中P1和P3脉冲由方向性天线辐射，P2脉冲由无方向性天线辐射。通过控制P1和P3脉冲与P2脉冲的辐射功率的比例，使得在方向性天线主波瓣范围内的飞机所接收到的P1和P3脉冲幅度高于P2脉冲一定电平，而在方向性天线旁瓣范围内的飞机所接收的P1和P3脉冲幅度低于P2脉冲。应答机可通过比较P1、P3脉冲与P2脉冲的相对幅度，来判明飞机是处于二次雷达方向性天线的主波瓣内还是旁瓣内，从而决定是否产生应答信号。地面二次雷达发射的询问脉冲信号由于P1、P3脉冲间隔的不同而分别对应不同的询问模式，A模式表示识别编码询问模式，其P1和P3脉冲时间间隔为8μs；C模式表示高度询问模式，其P1和P3脉冲时间间隔为21μs。对于A模式询问，应答机产生识别编码应答信号；对于C模式询问，应答机产生实时气压高度编码信号。识别或高度应答信号的频率和格式是相同的，只是其脉冲编码不同。
当应答机天线接收到由地面二次雷达询问器发射的有效询问信号（这里的“有效询问信号”是指与应答机置定模式相符合的主瓣询问信号）时，信号经馈线由收发开关进入接收机，通过前置滤波器进行高频滤波预选处理，通过限幅器，然后混频产生60 Mhz的中频信号，随后进行放大、检波视频信号处理、幅度比较、旁瓣抑制、量化、AOC积分后，进行反宽、反窄处理，并送到译码器中译码，将产生编码触发信号送至编码器中，触发应答编码部分，最终根据询问信号和控制信号类型，将所置定的飞机识别代码或来自大气数据计算机的高度信息进行编码、调制后送往发射机，通过功率放大由应答天线辐射频率为1090 Mhz的相应于询问模式的应答信号。
3 故障现象
空勤反映：飞机飞行时，地面塔台收不到识别编码和高度应答信号。
4 原因分析及解决措施
飞机返航降落后，首先与空勤人员沟通，对飞行中的操作方式及所设置的工作模式进行确认，以排除人为操作因素而导致此现象的可能。因为曾发生过此类因人为因素误操作，而导致的返航事件。
由于应答机的高度数据来自大气数据计算机，接着对大气数据计算机进行排查，据空勤反映，在飞行中，其他系统使用和显示的同样来自于大气数据计算机的大气高度数据正常，因此可排除因大气数据计算机故障而导致无高度应答信号的可能。
随后对机上高频和低频电缆进行导通和绝缘，并对电缆插头/座、接头及外皮进行检查，均正常，排除了因腐蚀等自然原因或飞机在飞行中由于振动导致接触不良而出现此现象。由以上的沟通、检查和测试可排除外围故障因素。先对电缆进行检查的原因是为了防止因线路本身故障而进一步损坏设备。
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接着进行地面机上通电试验，用模拟器对应答机进行识别编码和高度应答功能多次试验检查，发现工作均正常，表明应答机发射天线没有异常。
在传统故障排除方法中，进行故障隔离时，通常采用对换或更换机件的办法，而此故障在地面试验完全正常，因此这种方法对此完全没有意义。
将应答机从飞机上拆下，在实验室通过二线检测设备进行检测，对其重要技术参数，如应答机发射机发射功率、接收机灵敏度、发射频率，发射脉冲、接收机动态范围等进行测量，均在合格范围内。进一步排除了在工作一段时间后，性能衰减或功能减弱或失效，如：应答机因功率下降导致发射功率不足，作用距离不够，从而使塔台接收不到应答信号，或是接收机灵敏度太低，接收不到塔台询问信号而无法做出应答的可能。同时，发射脉冲测试参数符合技术指标要求也表明应答机译码和编码电路工作正常。
鉴于以上地面试验均正常的结论，充分考虑环境因素，经过对试验的各个环节和影响因素进行分析，地面试验与空中运行的唯一差别在于环境的不同。与地面相比，实际空中运行中存在振动且环境温度远低于地面。因此，为了寻找问题发生的根源，需要对应答机进行振动和低温环境试验。随后的振动试验结果表明应答机在振动环境下工作正常，而在低温环境试验中应答机对有效询问信号不应答，飞行中的故障现象复现。
由于应答机是一个先接收，后发射的设备，因此无应答信号的故障是常见而又最难排除的一个故障，因为该现象意味着应答机内任一部分电路都有可能发射故障。根据空管应答机工作原理分析，导致这种现象的可能原因有以下几种。
1）应答机接收到询问信号后未进行接收处理。
2）应答机接收到询问信号进行处理后未进行译码或编码。
3）在收到编码信号后未进行调制、发射。
依据以上几种情况，可判断是接收处理模块故障还是译码和编码模块或发射模块故障。为进一步确定应答机故障模块，首先更换接收模块，进行低温环境试验，应答机对有效询问信号仍不应答，因此，接收模块正常；接着更换译码和编码模块继续进行低温环境试验，应答机对有效询问信号仍不应答。最后更换发射模块继续进行低温环境试验，此时应答机工作正常，最终确认发射模块在低温环境下发生故障。通过更换应答机发射模块，该故障排除，后经飞行试验验证，工作正常。
通过对此次故障的分析及排除，可总结以下几点排故经验。
1）当设备出现故障后，应弄清故障现象、特征及出现时机。
2）深入理解系统工作原理，信号模式及交联关系。
3）认真分析、找出差异，充分考虑人为及环境因素，通过逐步排除来确定故障部位。
基于此故障可以看出，对机载电子设备在设计、生产制造、试验检测过程中元器件性能的筛选使用及控制是非常重要的环节，不当的选择使用，可能导致整个系统的可靠性和平均无故障时间大大降低。为了保证机载电子产品质量，应从源头抓起，避免类似时好时坏的故障现象增加排故和维修工作的难度。
5 结语
随着空中交通密度的不断增加，空中交通管制的作用和重要性日益明显。对空中交通的组织指挥与管理状况实施，在很大程度上影响着民用航空乃至整个航空事业的安全与效率．而机载应答机作为空中交通管制的重要组成部分，应答机的工作是否正常就显得尤为重要。
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论文作者:刘振宇
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/8
标签：信号论文; 应答机论文; 脉冲论文; 故障论文; 地面论文; 高度论文; 飞机论文; 《基层建设》2017年第30期论文;