多普勒天氣雷達(dá)發(fā)射及接收系統(tǒng)常見故障排除方法研究

李衛(wèi)東 韓 波 殷秋云 張 敏 唐 云

1 研究意義及必要性

近年來，隨著氣象事業(yè)的飛速發(fā)展，新一代天氣雷達(dá)在短時(shí)臨近預(yù)報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)中、氣象裝備保障等業(yè)務(wù)工作的開展和相應(yīng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)方面發(fā)揮了重要作用，其增強(qiáng)了探測數(shù)據(jù)的應(yīng)用能力、產(chǎn)品研發(fā)能力及服務(wù)能力，提升了氣象服務(wù)的現(xiàn)代化水平。

現(xiàn)階段，隨著氣象事業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的研究人員、專家、學(xué)者參與雷達(dá)常見故障的研究分析當(dāng)中。然而通過深入的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，他們大多是對單一故障原因進(jìn)行分析。基于此，筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，舉例說明自己在工作當(dāng)中所面臨的實(shí)際故障問題，并對出現(xiàn)故障的原因、診斷以及如何解決故障進(jìn)行了研究分析，希望能起到拋磚引玉的作用。

2 研究重點(diǎn)

在氣象探測的過程中，離不開氣象雷達(dá)。怎樣能最大限度地確保氣象雷達(dá)裝備保障能力以及工作效率，避免出現(xiàn)故障問題，是新形勢下做好裝備保障工作的重要任務(wù)。CINRAD/SA雷達(dá)是當(dāng)今國際上先進(jìn)的氣象雷達(dá)之一，整個雷達(dá)前端系統(tǒng)要完成發(fā)射、接收、在線標(biāo)訂、系統(tǒng)控制等主要功能，其信號流程比較復(fù)雜。因此，掌握好雷達(dá)的發(fā)射和接收系統(tǒng)的故障排除有助于提高對整個雷達(dá)系統(tǒng)的理解，對判斷和解決故障都有幫助。

3 發(fā)射及接收系統(tǒng)常見故障的排除方法

3.1 發(fā)射系統(tǒng)

工作原理：發(fā)射系統(tǒng)主要是由固態(tài)功放和脈沖速調(diào)管級聯(lián)而成的。發(fā)射系統(tǒng)主要是將一些來自頻率綜合器的小功率射頻脈沖信號轉(zhuǎn)化成大功率的射頻脈沖信號，然后再經(jīng)過饋線系統(tǒng)傳輸至天線系統(tǒng)，并向空間輻射，以此實(shí)現(xiàn)對大氣氣象信息的探測。

故障1：發(fā)射機(jī)工作不正常，調(diào)制脈沖故障、調(diào)制脈沖過流。

故障分析及處理：第一，應(yīng)復(fù)位氣象雷達(dá)系統(tǒng)故障，復(fù)位之后，顯示故障已經(jīng)消除，并且顯示系統(tǒng)恢復(fù)正常的運(yùn)行狀態(tài)。這主要是由于氣象雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中的一些監(jiān)測開關(guān)過于靈敏導(dǎo)致的。一旦系統(tǒng)所檢測到的數(shù)值高于或者低于設(shè)定值，就會發(fā)出故障警報(bào)，這也就是人們所說的虛故障。

故障2：雷達(dá)系統(tǒng)提示“準(zhǔn)加高壓”，在加高壓的瞬間，雷達(dá)電源的空氣開關(guān)跳閘。

故障分析：調(diào)制機(jī)柜當(dāng)中的禁止脈沖信號接頭出現(xiàn)接觸不良的現(xiàn)象，進(jìn)而使調(diào)制脈沖取樣信號產(chǎn)生了巨大的變化，最終出現(xiàn)輸出電壓處于快速變化的狀態(tài)，導(dǎo)致調(diào)制脈沖波產(chǎn)生大幅度的波動。同時(shí)，燒毀了作為調(diào)制開關(guān)使用的大功率剛性調(diào)制器IGBT模塊，繼而產(chǎn)生相應(yīng)的反饋脈沖電流，系統(tǒng)為了有效防止器件發(fā)生損壞現(xiàn)象，也就切斷了電源。

處理情況：第一，應(yīng)及時(shí)對已經(jīng)出現(xiàn)故障的器件進(jìn)行更換；第二，利用酒精全面清洗輸入禁止脈沖信號的接頭，清洗完畢之后及時(shí)擰緊；第三，科學(xué)合理地使用示波器，對調(diào)整之后的EXB841的觸發(fā)脈沖進(jìn)行有效監(jiān)測。

注意事項(xiàng)：在這里需要注意的是，應(yīng)定時(shí)定期打開高頻柜，對儲能電容和脈沖變壓器上高壓絕緣子的灰塵及時(shí)進(jìn)行清理，以此最大限度地保持其絕緣性能。與此同時(shí)，還應(yīng)及時(shí)觀察檢測儀器的讀數(shù)是否處于正常數(shù)值，并檢查相關(guān)插件是否處于正常工作狀態(tài)，尤其是要檢查高壓部分是否牢固、是否存在打火現(xiàn)象等，一旦發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)在第一時(shí)間進(jìn)行解決。

故障3：可控硅風(fēng)機(jī)故障。

導(dǎo)致可控硅風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障問題的因素主要包括以下兩方面：一是由于可控硅供電的+24 V電壓出現(xiàn)了一定程度的損壞；二是可控硅風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)存在一定的異常。

檢修故障方法：在等發(fā)動機(jī)冷卻之后，利用萬能表監(jiān)測可控硅的供電電源，驗(yàn)證輸出+24 A的電流是否正常。如果驗(yàn)證沒有出現(xiàn)電流輸出的現(xiàn)象，就說明線性電源有所損壞，這時(shí)只需要更換新的電源。

故障4：常見的燈絲電源故障。

燈絲電源出現(xiàn)故障，主要是2個因素導(dǎo)致：一是燈絲電源出現(xiàn)異常，導(dǎo)致電流無法正常輸出；二是燈絲電源負(fù)載處于斷路狀態(tài)。

排除故障的步驟：應(yīng)及時(shí)關(guān)閉雷達(dá)發(fā)射機(jī)電源，然后使用萬能表測量萬用變壓器四號和三號端子的阻值。如果所測量出的阻值超過4 Ω，就是由于脈沖電壓器和調(diào)速管兩者之間的接觸不良所導(dǎo)致的斷路。此時(shí)就需要及時(shí)調(diào)整接觸點(diǎn)的高度。另外，應(yīng)及時(shí)斷開燈絲電源，然后和XSO3電纜進(jìn)行相應(yīng)連接，利用萬用表測量電纜插頭三腳和四腳的阻值：如果所測的阻值超過了4 Ω的話，就說明存在虛焊的可能；如果所測得的阻值處于2 Ω和4 Ω之間，也就說明電纜之間的連接并沒有問題。

故障5：開高壓后，高壓電壓上升至額定值2 700 V之后，高壓斷開，電壓指示值顯示為0。此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)開關(guān)電源發(fā)出故障警報(bào)，按下系統(tǒng)故障復(fù)位后，系統(tǒng)顯示恢復(fù)正常，但是再開高壓之后，故障依舊存在。

故障檢查與分析：系統(tǒng)顯示高壓，這也就說明高壓開關(guān)電源處于正常工作的狀態(tài)。高壓斷開之后，說明調(diào)制脈沖過流，保護(hù)電路發(fā)生了一定的作用。利用示波器對兩路IGBT剛性調(diào)制器面板上的觸發(fā)脈沖信號進(jìn)行相應(yīng)檢查發(fā)現(xiàn)，兩者之間的觸發(fā)脈沖寬度存在一定的差異。在這種情況下，就導(dǎo)致了調(diào)制器開關(guān)出現(xiàn)了交替不均勻的現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)調(diào)制脈沖過流問題?；诖?，人們就可以將故障問題鎖定在預(yù)調(diào)器的觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器上，利用電纜，正確地將觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器板連接，然后利用示波器仔細(xì)地觀察兩路觸發(fā)脈沖波形，可發(fā)現(xiàn)三極管v4早已出現(xiàn)故障，無法使用［1］。

故障處理：在這種情況下，只需要更換一個全新的三極管v4就可以了，然后測試波形顯示恢復(fù)正常，并且開高壓也顯示正常。

3.2 接收系統(tǒng)

工作原理：回波信號在經(jīng)過MSTC送達(dá)到低噪聲場效應(yīng)管放大器，然后通過放大器，在經(jīng)過預(yù)選器之后，進(jìn)入混頻器當(dāng)中，這樣回波信號和本振信號兩者之間就會出現(xiàn)變頻，人們也就得到了30 MHZ的中頻信號。此后，再送往數(shù)字中頻轉(zhuǎn)換器當(dāng)中，就能轉(zhuǎn)換成為光信號，并最終送到信號處理器中［2］。

故障1：雷達(dá)系統(tǒng)的監(jiān)測子系統(tǒng)無故障提示，但終端無回波顯示。

故障分析：如果終端并沒有顯示出現(xiàn)故障，那么也就能說明各個監(jiān)測系統(tǒng)都是完好無損并且處于正常的工作狀態(tài)。在這種情況下，人們可以先不檢查這一系統(tǒng)器件，應(yīng)將檢查的重點(diǎn)放在一些沒有設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)的器件上；如果依然提示沒有故障，那么故障位置所在必然就是未設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)的回波通道上。此時(shí)只需要對接收機(jī)內(nèi)的回波通道進(jìn)行深入分析，就能找到故障問題所在（如圖1所示）。

圖1 接收機(jī)內(nèi)的回波通道

要想驗(yàn)證接收機(jī)模擬部分是否處于正常的工作狀態(tài)，可以通過觀察接收機(jī)故障最終檢測的結(jié)果來實(shí)現(xiàn)。可利用小功率計(jì)測量出在MSTC之間能有效接收到回波信號，然而終端卻顯示此時(shí)沒有信號輸出。在這種情況下，就可以斷定是MSTC微波組合出現(xiàn)了故障。如果在較為惡劣的天氣情況下出現(xiàn)此類故障的話，可以利用備份件替換最有可能出現(xiàn)故障的器件；如果依然沒有解決故障，應(yīng)再進(jìn)行更加深入的研究［3］。

處理情況：在這種情況下，需要及時(shí)更換損壞的MSTC微波組合，然后在相應(yīng)的終端上選擇對MSTC微波組合的控制狀態(tài)。

故障2：雷達(dá)系統(tǒng)不能加低壓。

故障分析：接收機(jī)內(nèi)的監(jiān)控付系統(tǒng)無法正常上電，雷達(dá)無法正常利用遙控進(jìn)行開機(jī)，并且對付系統(tǒng)進(jìn)行直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測，顯示所測得的數(shù)值遠(yuǎn)低于正常值。在這種狀況下，付系統(tǒng)也就無法正常進(jìn)行上電工作，因而也就出現(xiàn)了接收機(jī)內(nèi)的監(jiān)控付系統(tǒng)的供電電源不正常現(xiàn)象。

處理情況：人們在更換完成付系統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源之后，付系統(tǒng)就能正常地進(jìn)行上電工作，進(jìn)而也就使系統(tǒng)恢復(fù)了正常［4］。

注意事項(xiàng)：在這里需要注意的是，應(yīng)時(shí)刻留意接收機(jī)是否處于正常工作狀態(tài)，同時(shí)應(yīng)確保接收機(jī)監(jiān)控面板上的電源是否處于正常狀態(tài)。

4 結(jié)語

多普勒天氣雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)以及接收系統(tǒng)的應(yīng)用，為氣象事業(yè)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，人們應(yīng)全面加強(qiáng)對多普勒天氣雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)以及接收系統(tǒng)故障的研究力度，并采取有效措施解決故障，確保雷達(dá)的正常運(yùn)行，進(jìn)而為人們提供更加優(yōu)質(zhì)、完善的服務(wù)。