新一代天氣雷達年維護和重要性能參數(shù)測試方法

鄒紅 雍新芳 張瀟予

摘 要：為更好地發(fā)揮CINRAD/SC型新一代天氣雷達的性能，延長使用壽命，在業(yè)務使用中必須定期做好維護工作，而年維護是雷達維護工作的關鍵。文章根據(jù)雷達的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，結(jié)合多年維護保養(yǎng)工作的經(jīng)驗，總結(jié)出一套行之有效的CINRAD/SC型雷達年維護方法，重點介紹了雷達重要性能參數(shù)測試的方法。以期為從事新一代天氣雷達工作的技術(shù)人員提供參考。

關鍵詞：新一代天氣雷達 年維護 參數(shù)測試 方法

中圖分類號：TN95 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（c）-0023-02

新一代天氣雷達是氣象部門用來分析中小尺度天氣系統(tǒng)，預警強對流災害性天氣，制作短時臨近預報以及指揮人工增雨作業(yè)強有力的工具。雷達維護保養(yǎng)工作可以有效地預防和減少故障的發(fā)生，將故障排除在萌芽階段，對保證設備連續(xù)正常工作具有重要意義。按維護要求不同，分為日維護、周維護、月維護、年維護和不定期維護。其中年維護工作直接關系到雷達在汛期的運行質(zhì)量，且年維護工作紛繁復雜，建立行之有效的年維護流程就至關重要。我國新一代天氣雷達投入業(yè)務運行以來，在雷達的維護和維修方面，已積累了一些實踐經(jīng)驗[1-2]。柴秀梅等[3]提出了新一代天氣雷達分類維護和分級維護方法，梁金元等[4]總結(jié)了雷達維護保養(yǎng)的技術(shù)方法，梁華等[5]總結(jié)了CINRAD/CC雷達相關技術(shù)指標測試方法，但是具體針對CINRAD/SC型雷達年維護方法的研究不多。本文根據(jù)雷達的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，總結(jié)出一套行之有效的年維護方法，重點介紹了CINRAD/SC型雷達重要性能參數(shù)測試的步驟。

1 CINRAD/SC型雷達的結(jié)構(gòu)和工作原理

CINRAD/SC型天氣雷達由天線饋線系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和終端顯示系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、配電系統(tǒng)等8個部分組成，其簡易圖見圖1[6]。雷達發(fā)射機將頻率綜合器輸出的小功率高頻信號進行高功率放大，經(jīng)過鐵氧體天線收發(fā)開關、波導饋線、方位和俯仰鉸鏈送到饋源，由天線將能量輻射到空間。云、雨等目標后向散射和晴空大氣衍射的電磁波被天線收集后，由接收機處理成數(shù)字中頻信號，再經(jīng)過信號提取和數(shù)據(jù)處理，輸出強度、徑向速度和速度譜寬等參數(shù)，在終端顯示并生成產(chǎn)品，同時可以通過網(wǎng)絡將產(chǎn)品分發(fā)給用戶。

2 年維護方法

年維護工作應遵循先整體后分機，由表及里，自上而下的維護原則，雷達年維護就是對雷達整機做全面徹底的除塵、清洗、檢查和保養(yǎng)工作。目的是為了使每個元部件都能保持有良好散熱性、標準絕緣性、完整無損性、連接可靠性[4]，使雷達各項性能處于良好的工作狀態(tài)，延長使用期限。

2.1 除塵

除塵工作要徹底就應遵循由表及里，自上而下的原則。除塵步驟：一是用吸塵器、棉布將天線座，機柜外表面大面積積塵清除。二是用吸塵器、棉布、軟毛刷清除天線座和機柜內(nèi)各機箱包括電路板、保險絲、開關、繼電器、接觸器等元器件表面的積塵，重點是清除計算機、機柜頂部散熱風扇葉片上的灰塵。三是清除機柜背后下方進風窗口、機柜頂部排風窗口、發(fā)射柜后門上風管窗口、風冷柜風管窗口及柜體側(cè)面和頂部窗口[7]。

2.2 清洗

清洗就是用酒精等清洗劑對雷達部件表面臟物進行清洗，確保元器件具有良好散熱性、標準絕緣性。清洗步驟：一是用蘸有酒精的紗布清洗所有繼電器、按鍵開關觸點，以保持各觸點接觸良好。二是拆開外波導系統(tǒng)清洗每節(jié)波導內(nèi)壁。三是用脫脂棉沾酒精仔細清潔匯流環(huán)環(huán)芯表面，切斷電源，分別拆下外殼上的蓋板上的4個螺釘、取下蓋板后可見到環(huán)芯上的銅環(huán)，用手推動天線旋轉(zhuǎn)，然后再由上向下擦洗環(huán)芯至無黑色即可[7]。

2.3 檢查

外觀檢查主要包括三點：一是檢查所有插件是否接觸良好，機械部件固定有無松動，檢查并擰緊所有電纜接頭，插緊各元器件[8]。二是天線轉(zhuǎn)臺有無漏油及滲油現(xiàn)象，油標處油量是否有變化，天線傳動系統(tǒng)是否靈活。三是檢查電元器件外表面有無燒焦現(xiàn)象及電機碳刷有無磨損現(xiàn)象，及時更換。

2.4 保養(yǎng)

保養(yǎng)工作主要是對所有傳動齒輪和軸承都要進行潤滑、加油和換油，潤滑是保證雷達機械長期正常工作，如不及時潤滑，會使天線轉(zhuǎn)動不靈活，齒面磨損加劇，出現(xiàn)異常響聲。年維護時應用軟刷沾汽油擦齒輪表面直至徹底清除干凈，然后將新潤滑脂涂在齒面上。

3 重要性能測試

3.1 脈沖包絡和重復頻率

測脈沖包絡和重復頻率試框圖見圖2所示[9]。

按圖1所示連接測試設備，可變衰減器為SHK-3型衰減器，檢波器TJ8-3的輸出端接射頻連接器（BNC-J-50Q和BNC-50KKJ），連接電纜均采用特性阻抗為75 Ω的雷達綜合測試儀配套電纜。開啟發(fā)射機高壓，從示波器上讀取射頻脈沖包絡的寬度T（即-3dB時的脈沖寬度）和周期T，計算出射頻脈沖重復頻率。

3.2 功率

在接收機內(nèi)配置有峰值功率計（A通道用于發(fā)射機輸出功率的測試），可將雷達工作頻率、總的衰減量設置到功率計參數(shù)上。改變雷達工作頻率，可直接在峰值功率計上讀取發(fā)射機的峰值功率。

3.3 噪聲系數(shù)

S波段雷達正常測試值為2.0～3.9 db。測試步驟：（1）在開低壓狀態(tài)下，多普勒處理模式應在PPP或FFT模式，雷達脈沖重復頻率選擇不變比。（2）在雷達實時處理程序中點擊雷達控制，在下拉菜單中選擇噪聲系數(shù)測試。（3）在彈出的窗口依次點擊無噪生源、采樣、加噪聲源、采樣，分別讀出其V1、V2和NF1。（4）根據(jù)公式計算得出噪聲系數(shù)NF2，其中ENR有效為機內(nèi)噪聲源的有效超噪比，V1為斷開噪聲源讀數(shù)，V2為接通噪聲源讀數(shù)，NF1為計算機顯示讀數(shù)。

3.4 系統(tǒng)動態(tài)特性

指標要求：≥85 db。測試步驟：（1）在雷達實時處理程序中點擊雷達控制，在下拉菜單中選擇系統(tǒng)標校的標校檢查。（2）在雷達參數(shù)設置和控制面板窗口中選擇RVP8控制，變比選NONE，濾波器選不濾波，將雜項控制的距離訂正取消；選擇接收機控制，在標校數(shù)據(jù)中的衰減值中改變衰減值（參考現(xiàn)場測試報告）。（3）讀取其相應的強度值，根據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)，采用最小二乘法進行擬合，由實測曲線和擬合直線對應點的輸出數(shù)據(jù)差值≤1.0 db來確定接收系統(tǒng)的低端下拐點和高端上拐點，上下拐點對應的輸入信號功率差值為接收系統(tǒng)動態(tài)范圍。

3.5 系統(tǒng)相干性

測試方法：（1）雷達在高壓狀態(tài)下進行，脈沖重復頻率選擇不變比，在雷達實時處理程序中點擊雷達控制，在下拉菜單中選擇相位穩(wěn)定度。（2）在彈出的窗口中讀取相位噪聲，點擊清零，讀取新數(shù)據(jù)。

3.6 強度定標

回波強度測量值與注入信號計算回波期望值的最大差值應在+-1 db的范圍內(nèi)。測試方法：（1）在雷達開高壓的狀態(tài)下，通過雷達自動測試讀取雷達常數(shù)C，通過雷達方程，其中C為雷達常數(shù)，Pr為輸入信號功率，R為距離，Lat為大氣損耗，由注入信號功率計算出相應的回波強度期望值。（2）在低壓狀態(tài)下，在雷達控制面板中點擊系統(tǒng)標校的標校檢查。注：RVP8雜項控制的距離訂正通斷應加上。（3）改變接收機控制中標校數(shù)據(jù)的衰減值。（4）點擊工具欄中鼠標按鈕，在提示窗口中讀取其不同距離檔的強度值為測量值。（5）計算出期望值和測量值的差值。

3.7 速度定標

用機內(nèi)微波移相器對速度測量進行檢驗方法：（1）由機內(nèi)測試信號經(jīng)移相器后注入接收機，改變發(fā)射脈沖移相器的變化值，由公式公式中為相移，計算出速度值V2。（2）在雷達控制中程序中選擇速度圖，選擇1000 Hz或750 Hz，不變比，不濾波。（3）選擇控制面板中的接收機控制，在標校數(shù)據(jù)中的移相角度值。（4）在雷達實時處理程序中點擊系統(tǒng)標校的標校檢查，點擊工具欄的鼠標按鈕，在提示窗口中讀取速度值V1。（5）計算出各個V2和V1的差值。

3.8 雷達天線水平測試

測試方法：（1）將水平儀放在測試平臺上，將方位調(diào)到0°，調(diào)整水平儀，使水泡處于中間位置，記下讀書。然后手動方位減速器手搖炳，每轉(zhuǎn)動45°后調(diào)整水平儀使水泡處于中間位置，并記下水平儀變化后的讀數(shù)。（2）計算方位角度相差180°的兩讀數(shù)的差值，選取最大差值。

4 安全作業(yè)

年維護是一項工作量非常大的技術(shù)工作，需要一定的時間才能完成，不可操之過急，必須 在斷電停機狀態(tài)下施，安全作業(yè)。如擦拭調(diào)制機柜和高壓機柜內(nèi)元器件時必須等相關元器件充分放電后進行；進入天線罩內(nèi)應先將安全開關盒置于“斷”；上天線時應注意將安全插銷拉出將方位或俯仰按鈕操作位置鎖死；不要使用不合適的清潔劑來清洗機電元件及匯流環(huán)等。否則會出現(xiàn)“機損人傷”的后果，不可疏忽大意，應高度重視。

5 結(jié)語

雷達維護保養(yǎng)工作可以有效地預防和減少故障的發(fā)生，將故障排除在萌芽階段，對保證設備連續(xù)正常工作具有重要意義。雷達技術(shù)人員應加強業(yè)務學習，進一步努力掌握新一代天氣雷達的工作原理和基本結(jié)構(gòu)，做到多維護，勤思考，在工作中不斷累積經(jīng)驗，才能做好年維護工作。年維護工作紛繁復雜，掌握一套行之有效的年維護方法和參數(shù)測試步驟對雷達保障人員做好本職工作有重要意義。該文根據(jù)雷達的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，總結(jié)出一套簡單的年維護和重要性能參數(shù)測試方法，但存在一定的局限性，還有很多細節(jié)需要在以后的年維護工作中實踐且完善。

參考文獻

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