動(dòng)態(tài)范圍對(duì)多普勒雷達(dá)回波產(chǎn)品的影響

莊庭

摘 要 雷達(dá)接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的不合格導(dǎo)致接收機(jī)性能變壞，從而對(duì)多普勒雷達(dá)回波產(chǎn)品產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，降低了多普勒天氣雷達(dá)的探測(cè)預(yù)警能力。從天津CINRAD/SA雷達(dá)的一次接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍故障導(dǎo)致雷達(dá)回波產(chǎn)品的不準(zhǔn)確入手，詳細(xì)分析了接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍故障的原因和對(duì)雷達(dá)回波產(chǎn)品的影響，通過(guò)分步分段故障排查和測(cè)試，迅速準(zhǔn)確定位故障部位并修復(fù)故障。接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍故障并不一定是電子器件的損壞造成的，傳輸線(xiàn)纜的信號(hào)泄露也是其故障原因之一，這為多普勒天氣雷達(dá)接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍故障維修提供方法與借鑒。

【關(guān)鍵詞】CINRAD/SA雷達(dá) 接收機(jī) 動(dòng)態(tài)范圍 雷達(dá)回波

當(dāng)今的天氣預(yù)報(bào)工作人員在制作短臨天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品的過(guò)程中，大量的用到多普勒天氣雷達(dá)回波的產(chǎn)品，所以多普勒天氣雷達(dá)的數(shù)據(jù)質(zhì)量和可用性在天氣預(yù)報(bào)工作起了舉足輕重的作用。多普勒天氣雷達(dá)接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍是多普勒天氣雷達(dá)的重要系統(tǒng)參數(shù)之一，這個(gè)參數(shù)是影響多普勒天氣雷達(dá)對(duì)小信號(hào)目標(biāo)的探測(cè)能力以及天氣回波測(cè)量的準(zhǔn)確度的關(guān)鍵因素，我們可以通過(guò)這個(gè)參數(shù)進(jìn)而比較準(zhǔn)確地測(cè)算出降水強(qiáng)度、降水量，識(shí)別和判斷強(qiáng)對(duì)流天氣以及冰雹、龍卷等極端天氣。

1 接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍

接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍（Dynamic Range下文簡(jiǎn)稱(chēng)DR）表示接收機(jī)能夠正常工作所容許的輸入信號(hào)強(qiáng)度變化的范圍，用使接收機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)過(guò)載時(shí)的輸入功率Pimax與最小可檢測(cè)信號(hào)功率Pimin之比來(lái)表示，如下式所示：

我們從公式（1）可以看出，信號(hào)太強(qiáng)，接收機(jī)會(huì)出現(xiàn)過(guò)載飽和，會(huì)導(dǎo)致接收系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍減少；信號(hào)太弱，就探測(cè)不到有效的氣象回波信號(hào)，雷達(dá)的性能會(huì)受到嚴(yán)重的損害。

每次做動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試時(shí)，先要點(diǎn)擊“Noise”按鈕，看看底部噪聲值，這個(gè)底部噪聲值必須保持在-64DB～-65DB左右，如果這個(gè)底部噪聲值跟標(biāo)準(zhǔn)值偏差太大，雷達(dá)接收機(jī)部分肯定是有故障的，所測(cè)出的動(dòng)態(tài)范圍數(shù)值必然都不合格。然后我們選擇“inside”（機(jī)內(nèi)動(dòng)態(tài)測(cè)試）或者“outside”（機(jī)外動(dòng)態(tài)測(cè)試），再點(diǎn)擊“Auto Test”按鈕就可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試了，最終得到一條動(dòng)態(tài)擬合線(xiàn)。根據(jù)這條動(dòng)態(tài)擬合線(xiàn)計(jì)算出“Slope”值（斜率），這個(gè)斜率值必須保持在0.985～1.015之間，越接近理論值1越好，否則所測(cè)試的動(dòng)態(tài)范圍也是不合格的。最后根據(jù)“DynStart”和“DynEnd”值計(jì)算出“DynRange”值（動(dòng)態(tài)范圍），當(dāng)然“DynStart”和“DynEnd”這兩條直線(xiàn)是可以移動(dòng)的，我們可以根據(jù)“DynStart”和“DynEnd”線(xiàn)移動(dòng)到新的位置，再點(diǎn)擊“Fit”按鈕就可以得到新的動(dòng)態(tài)范圍值。

2 動(dòng)態(tài)范圍對(duì)多普勒天氣雷達(dá)回波的影響

2015年8月12日天津港特大火災(zāi)爆炸事故導(dǎo)致天津塘沽雷達(dá)停機(jī)，雖然在8月13日經(jīng)過(guò)雷達(dá)機(jī)務(wù)人員和北京敏視達(dá)的維修工程師的共同努力，天津塘沽雷達(dá)暫時(shí)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)橐龊脼?zāi)后救援的氣象服務(wù)工作，雷達(dá)沒(méi)法停機(jī)做系統(tǒng)的檢查各項(xiàng)參數(shù)。在8月19日的一次強(qiáng)降水過(guò)程當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)天津雷達(dá)探測(cè)到的降水回波強(qiáng)度值明顯弱于周邊雷達(dá)站探測(cè)到的同一塊降水回波強(qiáng)度值，很明顯天津雷達(dá)探測(cè)到的降水回波強(qiáng)度比滄州雷達(dá)弱5DBZ左右，而且探測(cè)到的強(qiáng)降水區(qū)域也比滄州雷達(dá)探測(cè)到的區(qū)域小，這就嚴(yán)重影響了預(yù)報(bào)員的業(yè)務(wù)工作和災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)，后果特別嚴(yán)重。

3 動(dòng)態(tài)范圍異常的診斷和分析

影響動(dòng)態(tài)范圍的因素較多，所以必須采用分步、分模塊的方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整和故障排查，我們把能夠影響接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的模塊整理了一下，同時(shí)把接收機(jī)的檢測(cè)通道和主通道各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的功率整理了一下。

4 動(dòng)態(tài)范圍異常的檢測(cè)和排除

根據(jù)上文的故障范圍診斷和分析，使用功率計(jì)測(cè)量了圖2中所有器件的輸入輸出功率，發(fā)現(xiàn)所有器件都是沒(méi)有問(wèn)題的，這種情況下只剩下一種可能，接收機(jī)系統(tǒng)中各模塊間的傳輸電纜出現(xiàn)信號(hào)泄露，導(dǎo)致接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍值始終上不去。

4.1 排查思路

根據(jù)接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍檢測(cè)信號(hào)的傳輸流程，重點(diǎn)排查從機(jī)內(nèi)信號(hào)源到二位開(kāi)關(guān)這段是否存在信號(hào)泄露，因?yàn)檫@段設(shè)備在接收機(jī)機(jī)柜內(nèi)，平時(shí)調(diào)試過(guò)程中操作比較多的就在接收機(jī)機(jī)柜，是容易人為造成信號(hào)泄露的點(diǎn)。

4.2 排查過(guò)程

檢查信號(hào)泄露是否與接收機(jī)柜內(nèi)的半剛性電纜有關(guān)：使用一根確定無(wú)信號(hào)泄露的半剛性電纜依次替換機(jī)內(nèi)信號(hào)源的J3端口到四位開(kāi)關(guān)的J3端口，四位開(kāi)關(guān)的J5端口到7位RF數(shù)控衰減器的J1端口，7位RF數(shù)控衰減器的J2端口到二位開(kāi)關(guān)的J1端口的半剛性電纜，并逐一做動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試，觀(guān)察動(dòng)態(tài)范圍值是否有變化，如果有變化，那極有可能是該段的半剛性電纜的SFT電纜與SMA插頭的焊接處出現(xiàn)信號(hào)泄露。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)替換完7位RF數(shù)控衰減器的J2端口到二位開(kāi)關(guān)的J1端口的半剛性電纜，測(cè)試的動(dòng)態(tài)范圍明顯好轉(zhuǎn)，結(jié)合前面檢查的結(jié)果，可以斷定二位開(kāi)關(guān)的J1端口的半剛性電纜的SMA插頭和SFT電纜的焊接處發(fā)生信號(hào)泄露。

4.3 故障排除

將確定有問(wèn)題的7位RF數(shù)控衰減器的J2端口到二位開(kāi)關(guān)的J1端口的半剛性電纜兩邊的SMA插頭重新進(jìn)行焊接，并確保接收機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力。把這個(gè)問(wèn)題處理后，重新做機(jī)內(nèi)動(dòng)態(tài)測(cè)試和機(jī)外動(dòng)態(tài)測(cè)試，都得到了合格的動(dòng)態(tài)范圍值。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)有條理的對(duì)天津雷達(dá)的接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍故障進(jìn)行了排查，并快速準(zhǔn)確的定位了故障部位，提高了接收機(jī)的維修效率，保障了天津雷達(dá)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和使用。這次故障原因就在二位開(kāi)關(guān)的J1端口的半剛性電纜的SMA插頭和SFT電纜的焊接處出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致屏蔽層破壞，抗干擾能力變差。這個(gè)問(wèn)題有可能是平時(shí)做標(biāo)校工作時(shí)，經(jīng)常需要擰開(kāi)這些SMA插頭，接信號(hào)源等測(cè)試設(shè)備，操作過(guò)于頻繁導(dǎo)致了這些焊接處出現(xiàn)破損，體現(xiàn)出基礎(chǔ)性硬件質(zhì)量的重要性。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

天津市濱海新區(qū)氣象局 天津市 300457endprint