民航多普勒天氣雷達接收機的選型及常見故障處理

楊 迪

（中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局，西安 710082）

民航事業(yè)迅猛發(fā)展，氣象監(jiān)測雷達系統(tǒng)越發(fā)成熟，各種常規(guī)天氣雷達、多普勒天氣雷達、風(fēng)廓線雷達等應(yīng)運而生，幫助氣象預(yù)報員和管制員實現(xiàn)對惡劣天氣的有效監(jiān)測、預(yù)警。全相參脈沖多普勒天氣雷達通過發(fā)射電磁波，接收目標(biāo)物散射的電磁波，進而發(fā)現(xiàn)和測定氣象目標(biāo)的距離、方位和仰角等。雷達接收機是雷達系統(tǒng)的重要組成部分，也是影響整個雷達系統(tǒng)性能及可靠性的非常重要的一環(huán)，我們知道噪聲是影響雷達接收機靈敏度的主要因素，接收機噪聲越小靈敏度越高，所能接收的信號就越弱，雷達的作用距離和探測范圍也就越遠。

1 雷達接收系統(tǒng)概述

系統(tǒng)由發(fā)射監(jiān)控分機、發(fā)射配電電路等組成，具有明顯的大功率與電流、高電壓特征，各個系統(tǒng)間相輔相成、相互聯(lián)系，以有效處理接收到的數(shù)據(jù)信息。接收機電源由開關(guān)操控，確保電壓穩(wěn)定，對大功率主波脈沖過濾，確保主波功率的穩(wěn)定性。固態(tài)放大器的應(yīng)用，具有點評激勵信號、向速調(diào)管發(fā)送的作用。功率放大由速調(diào)管負責(zé)，陰極調(diào)制脈沖，放大輸入的射頻激勵信號功率，再發(fā)射高頻射頻輸送脈沖。電源分機能夠為固態(tài)調(diào)制儲能組件的功能發(fā)揮，以及充電電源提供必要的能量支撐。固態(tài)調(diào)制器通過變壓器、充電原件等傳遞脈沖，并借助脈沖變壓器向速調(diào)管陰極提供脈沖。磁場電源可圍繞速調(diào)管形成密封磁場的需求，向其聚焦線圈提供電流，規(guī)避分散電子柱引起的散焦情況，為其電子管安全運行提供基礎(chǔ)保障。在多普勒天氣雷達接收機的各功能模塊中，射頻接收分機負責(zé)對噪聲系數(shù)和相位噪聲進行標(biāo)定，中頻接收分機負責(zé)對回波信號進行中頻采樣，然后通過數(shù)字匹配濾波后送往信號處理系統(tǒng)進行處理，頻率源分機用以產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種頻率的本振、時鐘信號，而激勵源分機則為發(fā)射分系統(tǒng)提供經(jīng)激勵脈沖調(diào)制的射頻激勵信號和測試信號等，它們各司其責(zé)，缺一不可[1]。

2 雷達接收機選型

計算機技術(shù)的應(yīng)用，對數(shù)字氣象雷達發(fā)展起到了積極促進作用，不斷強化了信息處理成效，以及氣象監(jiān)測、預(yù)警能力。隨著數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字雷達接收機與傳統(tǒng)的模擬雷達接收機相比具有很多優(yōu)點，如工作穩(wěn)定，可編程，集成度高，中頻采波能夠接收更多信息等。

多普勒天氣雷達是用于研究中小尺度天氣系統(tǒng)，定量估測降水、強對流天氣的有效探測手段，對于保證民航飛行安全來說尤其有著重要的參考依據(jù)?；诙嗥绽招?yīng)的天氣雷達，集合了動力學(xué)、物理學(xué)等理論，使多普勒接收系統(tǒng)的建設(shè)成為了可能。系統(tǒng)借助相位相參信號，數(shù)字處理天線饋線系統(tǒng)回波信號，混頻、放大處理后，再輸送至數(shù)字信號處理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)矯正、測定，以放大系統(tǒng)全相參優(yōu)勢。同時分離、標(biāo)定噪聲源，提供穩(wěn)定、精確的信號源，確保監(jiān)測系統(tǒng)正常運行。

3 接收機故障與應(yīng)對措施

3.1 PFN過壓與時序板故障

基于調(diào)制器PFN過壓故障角度分析，與固態(tài)調(diào)制器質(zhì)量問題有關(guān)，其屬于軟性開關(guān)設(shè)備，調(diào)制脈沖合成、放大脈沖等操作，都會提高陰極輸出功率，功率超出預(yù)設(shè)值，監(jiān)控分機收到放電觸發(fā)脈沖，經(jīng)過整形與放大輸至調(diào)速管陰極，未滿足要求會出現(xiàn)信號系統(tǒng)損壞、短路等情況。故障處理技術(shù)人員，應(yīng)當(dāng)對脈沖網(wǎng)絡(luò)充電，以及放電過程等理論充分了解，參考其數(shù)據(jù)內(nèi)容，進一步檢查SCR放電開關(guān)組件是否出現(xiàn)短路、未關(guān)斷等到位情況。通過示波器，測定脈沖幅度，檢查可控硅觸發(fā)脈沖信號的情況，未正常觸發(fā)，應(yīng)當(dāng)檢查其是否損壞[2]。

基于時序板顯示故障角度分析，經(jīng)過接收系統(tǒng)16HZ時鐘信息傳遞的時序板控制信號，出現(xiàn)故障原因，與頻率源分機，向處理器傳輸不穩(wěn)定信號有關(guān)。除此之外，也與時序電路板上電子元器件虛焊等因素有關(guān)。根據(jù)時序板故障提示，斷開輸出端電纜，降接收機頻率源輸出端，與示波器、測試電纜連接。啟動、調(diào)節(jié)示波器，直至正弦波顯示正常。檢查電子器件質(zhì)量問題，及時更新?lián)p壞的電子模塊。

3.2 噪聲電平較低

接收機運行狀態(tài)評定，可通過噪聲電平等指標(biāo)實現(xiàn)，平穩(wěn)的噪聲電平，表示噪音系統(tǒng)運行正常，此時的振動功率未超過預(yù)定值，接收機的性能與雷達設(shè)備的功用正常發(fā)揮，為多普勒氣象雷達設(shè)備探測范圍的拓展提供了基礎(chǔ)保障。相反情況下，則表示接收系統(tǒng)運行故障，接收機靈敏度降低，雷達設(shè)備功用發(fā)揮直接受到影響。針對噪聲電平較低故障的維修，包括以下措施；一是斷開中頻、射頻接受分機通道，測定接收機終端噪聲電平值（正常1us為6-9dB），以此判斷中頻接收機運行狀態(tài)，產(chǎn)生故障顯示，表示中頻接收機已經(jīng)出現(xiàn)質(zhì)量問題。二是利用頻譜儀，測定頻率源，以及一本振頻率輸出功率，與設(shè)定的正常值（≥9dBm）進行比對，當(dāng)測定的輸出功率小于9dBm，表示一本振出現(xiàn)質(zhì)量問題。三是利用頻譜儀測定雷達晶振輸出，從而了解零件晶振運行狀態(tài)，及時更換較小輸出功率的雷達零配件，確保雷達零件晶振處于正常工作狀態(tài)。四是利用頻譜儀，測定雷達輸出功率，根據(jù)C波段頻標(biāo)，評定功分電路功率，當(dāng)測定功率顯示偏低，應(yīng)當(dāng)更換考慮頻標(biāo)綜合模塊，確保100MHz公分電路處于正常工作狀態(tài)[3]。

4 結(jié)束語

天氣雷達系統(tǒng)的長時間運行，對接收機的整體性能提出了更多要求。對雷達接收機故障采取有針對性的應(yīng)對措施，能夠切實提高雷達系統(tǒng)的維護水平，確保其穩(wěn)定運行，提供精準(zhǔn)的氣象探測數(shù)據(jù)和產(chǎn)品，進而提升我國民航天氣雷達現(xiàn)代化發(fā)展和空管安全管理的水平。