CINRAD/SC天氣雷達(dá)接收系統(tǒng)故障分析

馬傳成，魏玉鵬，崔曉飛（．山東省氣象局大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，濟(jì)南 500；．臨沂市氣象局，山東 臨沂 76004；．山東省氣候中心，濟(jì)南 500）

CINRAD/SC天氣雷達(dá)接收系統(tǒng)故障分析

馬傳成1，魏玉鵬2，崔曉飛3
（1．山東省氣象局大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，濟(jì)南 250031；2．臨沂市氣象局，山東 臨沂 276004；3．山東省氣候中心，濟(jì)南 250031）

摘要：分析了CINRAD/SC新一代天氣雷達(dá)的接收系統(tǒng)的基本工作原理,在此基礎(chǔ)上對(duì)近幾年接收系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析,并給出接收系統(tǒng)的故障排除方法，為今后新一代天氣雷達(dá)的維護(hù)維修提供參考。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)；接收系統(tǒng)；工作原理

引 言

新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)在短時(shí)臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中發(fā)揮著重要的作用，雷達(dá)回波的測(cè)量精度是雷達(dá)預(yù)警產(chǎn)品可靠性的保證。雷達(dá)接收系統(tǒng)直接關(guān)系著回波的測(cè)量精度，因此雷達(dá)接收系統(tǒng)的維護(hù)維修有著非常重要的作用。隨著中國(guó)新一代多普勒天氣雷達(dá)網(wǎng)的進(jìn)一步建設(shè)，技術(shù)保障人員在雷達(dá)的日常維護(hù)與技術(shù)維修方面，已經(jīng)積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)[1-2]。許多研究人員對(duì)新一代天氣雷達(dá)接收系統(tǒng)的標(biāo)定方法和維護(hù)維修方法進(jìn)行了研究[3-5]。文章就CINRAD/SC雷達(dá)接收系統(tǒng)的工作原理給出簡(jiǎn)單的分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)近幾年CINRAD/SC雷達(dá)接收系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析總結(jié)，給CINRAD/SC雷達(dá)維護(hù)維修，尤其是雷達(dá)接收系統(tǒng)部分的維護(hù)維修提供參考。

1 CINRAD/SC雷達(dá)接收系統(tǒng)工作原理

信號(hào)接收通道:來(lái)自天線的微弱信號(hào)經(jīng)波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器后進(jìn)入接收機(jī)，經(jīng)單刀雙擲微波開(kāi)關(guān)切換進(jìn)入場(chǎng)效應(yīng)管放大器（以下簡(jiǎn)稱“場(chǎng)放”），在場(chǎng)放內(nèi)進(jìn)行低噪聲放大后并經(jīng)過(guò)預(yù)選器濾波后送入混頻器與來(lái)自頻率綜合產(chǎn)生器（以下簡(jiǎn)稱“頻綜”）的本振信號(hào)混頻送出30MHz中頻信號(hào)，再經(jīng)低噪聲前置中頻放大器放大后送入數(shù)字中頻轉(zhuǎn)換器(IFD)內(nèi)，在數(shù)字中頻轉(zhuǎn)換器內(nèi)以36MHZ（RVP7）的采樣速率對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行A/D變換，并經(jīng)過(guò)格式變換后用光纜（RVP7）送出數(shù)字中頻信號(hào)給信號(hào)處理器，以便對(duì)氣象回波的強(qiáng)度、速度及譜寬進(jìn)行估值。接收機(jī)還提供相參的脈沖調(diào)制的微波信號(hào)，作為發(fā)射機(jī)的激勵(lì)信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)整機(jī)的全相參功能（圖1）。

圖1　接收機(jī)結(jié)構(gòu)框圖

測(cè)試標(biāo)校通道:該系統(tǒng)具有較強(qiáng)大的測(cè)試標(biāo)校及故障定位功能。利用頻綜產(chǎn)生的初相可調(diào)的測(cè)試信號(hào)，在終端控制下經(jīng)串聯(lián)微波開(kāi)關(guān)組件和并聯(lián)微波開(kāi)關(guān)組件單刀雙擲微波開(kāi)關(guān)進(jìn)入場(chǎng)放（單刀雙擲微波開(kāi)關(guān)是回波信號(hào)和測(cè)試信號(hào)的切換點(diǎn)）。通過(guò)終端控制可進(jìn)行如下檢測(cè):對(duì)雷達(dá)進(jìn)行強(qiáng)度、速度定標(biāo)、動(dòng)態(tài)測(cè)試；對(duì)混頻器、前置中頻放大器（以下簡(jiǎn)稱前中）、數(shù)字中頻轉(zhuǎn)換器進(jìn)行檢查；發(fā)射信號(hào)、測(cè)試源信號(hào)功率在線監(jiān)測(cè)；噪聲系數(shù)檢查；相位穩(wěn)定度測(cè)試。

2 故障檢修實(shí)例分析

（1）故障現(xiàn)象：回波偏弱，經(jīng)過(guò)實(shí)際比對(duì)，比真實(shí)回波偏低7dBz左右。

維修過(guò)程：回波偏弱故障牽扯的方面比較多[6]，可能是發(fā)射機(jī)功率降低造成的回波減弱，也可能是接收機(jī)方面造成的回波減弱。首先查找發(fā)射機(jī)方面，用小功率計(jì)測(cè)得回波功率為750kW左右，說(shuō)明發(fā)射機(jī)方面沒(méi)有問(wèn)題。繼而重點(diǎn)查找接收機(jī)方面。首先確認(rèn)是測(cè)試支路出現(xiàn)問(wèn)題造成的虛假偏弱還是由于接收主支路造成的真實(shí)回波偏弱。用外接測(cè)試儀器的辦法進(jìn)行確認(rèn)，把雷達(dá)綜合測(cè)試儀接入場(chǎng)放輸入端，從場(chǎng)放輸入端注入一個(gè)-30dBm的信號(hào)源，在終端計(jì)算機(jī)查看信號(hào)的強(qiáng)度值是否為80dBz左右，如果是，則為接收機(jī)測(cè)試支路出現(xiàn)問(wèn)題，否則為接收機(jī)主支路出現(xiàn)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)查看，強(qiáng)度值為73dBz，確定為接收機(jī)主支路出現(xiàn)問(wèn)題。重點(diǎn)查找場(chǎng)放到數(shù)字中頻放大器(IFD)之間的電路。由于主要是場(chǎng)放和前中起主要的放大作用，故采用跨接的方法來(lái)確定故障的歸屬。首先，跨過(guò)場(chǎng)放測(cè)試，終端計(jì)算機(jī)顯示為50dBz，場(chǎng)放理論放大值為23dBz，確定場(chǎng)放沒(méi)有問(wèn)題。然后，跨過(guò)前中測(cè)試，終端計(jì)算機(jī)顯示為48dBz，前中理論放大值25dBz，確定前中也沒(méi)有問(wèn)題。由于回波偏弱7dBz左右，懷疑預(yù)選器性能不良從而造成回波偏弱。直接把預(yù)選器短接測(cè)量，終端計(jì)算機(jī)顯示為79dBz，因此確定本次故障為預(yù)選器損壞。

由于只是回波偏弱，故懷疑預(yù)選器偏離中心頻率。調(diào)整預(yù)選器的可調(diào)整旋鈕，將頻率調(diào)整在中頻2880MHz左右，兩個(gè)旋鈕配合調(diào)整，先調(diào)整其中的一個(gè)使顯示值為最大，然后再調(diào)整另外一個(gè)旋鈕，觀察終端計(jì)算機(jī)，使顯示數(shù)值為最大即可。最終可使減小的7dBz得到補(bǔ)償，此次故障排除。

（2）故障現(xiàn)象：雷達(dá)接收機(jī)報(bào)警，終端計(jì)算機(jī)上，接收機(jī)所有的被監(jiān)測(cè)項(xiàng)目變?yōu)榧t色報(bào)警信息。

維修過(guò)程：由于接收機(jī)所有的故障檢測(cè)點(diǎn)都報(bào)警，首先檢查雷達(dá)配電箱的保險(xiǎn)絲和繼電器是否正常，尤其重點(diǎn)檢查ZK4空氣開(kāi)關(guān)和FU3保險(xiǎn)絲（接收機(jī)電源），經(jīng)檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。然后重點(diǎn)檢查接收機(jī)部分，經(jīng)檢查接收機(jī)的+12V，+5V，+24V，-600V、場(chǎng)放電流等檢測(cè)項(xiàng)目都正常，懷疑故障誤報(bào)警，進(jìn)行故障復(fù)位后，還是有故障報(bào)警現(xiàn)象。把監(jiān)控主系統(tǒng)分機(jī)的監(jiān)控程序退出后，重新啟動(dòng)該程序，報(bào)警消除，故障排除。

（3）故障現(xiàn)象：無(wú)法慮除（抑制）地物雜波，即速度場(chǎng)有固定相移。選中頻綜開(kāi)關(guān)并發(fā)送后，系統(tǒng)暫時(shí)正常，但當(dāng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換重復(fù)頻率時(shí)再次出現(xiàn)故障。

維修過(guò)程：重啟采集計(jì)算機(jī)、軟件調(diào)節(jié)微波開(kāi)關(guān)狀態(tài)；重啟采集計(jì)算機(jī)、調(diào)整噪聲參數(shù)；雷達(dá)整機(jī)重啟。所有操作完成后均不能排除故障，初步判斷微波開(kāi)關(guān)出現(xiàn)異常，導(dǎo)致測(cè)試信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)，造成滿屏噪聲的情況。進(jìn)行標(biāo)校檢查，能夠看到速度值，判斷光纖正常，信號(hào)傳輸正常。更改為窄脈沖時(shí)，標(biāo)校校正值為-40dB，仍然滿屏噪聲，背景噪聲太大。為了判斷到底是接收機(jī)故障還是信號(hào)處理器故障，將數(shù)字中頻的兩路信號(hào)輸入斷開(kāi)后，滿屏噪聲立即消失，由此判斷為接收機(jī)故障。懷疑場(chǎng)放有自激，更換場(chǎng)放，將數(shù)字中頻的輸入連接后，仍然還是滿屏噪聲，故障不能排除，說(shuō)明場(chǎng)放工作正常。將接收機(jī)柜固體噪聲源輸入斷開(kāi)，顯示終端無(wú)噪聲，說(shuō)明噪聲源正常，由此懷疑為頻綜故障。用導(dǎo)線將頻綜下端VGA 接口4腳與7腳（自右至左）短接,同時(shí)斷開(kāi)7腳原來(lái)的導(dǎo)線，使頻綜開(kāi)關(guān)一直處于“開(kāi)”的狀態(tài)，使頻綜不作速度移相。完成此操作后，故障排除，由此推斷為頻率源不穩(wěn)定，即頻綜故障，更換頻綜后正常。

3 結(jié)語(yǔ)

新一代天氣雷達(dá)是大型機(jī)電一體化設(shè)備，其原理和結(jié)構(gòu)都相當(dāng)復(fù)雜，日常工作中對(duì)維護(hù)維修人員提出了很高的要求。首先，人員要有保障，雷達(dá)出現(xiàn)故障時(shí)，能及時(shí)組織維修人員到位；其次，要養(yǎng)成經(jīng)常檢查各項(xiàng)參數(shù)的習(xí)慣,隨時(shí)掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀況；雷達(dá)裝備的備件要比較齊全，這樣才能保證雷達(dá)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：馬傳成（1980─），男，漢族，山東泰安人，碩士，工程師，主要從事氣象裝備保障工作。

收稿日期：2014-06-03

中圖分類號(hào)：P414

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1005–0582（2015）01–0046–03