新一代天氣雷達(dá)CINRAD/SA伺服系統(tǒng)故障分析與處理

毛承敏，石 偉，黃夢妮，王新發(fā)

（懷化市氣象局，湖南 懷化 418000）

新一代天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)具有定位準(zhǔn)確、時(shí)空分辨率高、產(chǎn)品種類齊全的特點(diǎn)，是分析形成短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)、冰雹、龍卷等中小尺度天氣系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)支撐，也是現(xiàn)行短臨預(yù)警發(fā)布的重要參考依據(jù)；隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展社會(huì)進(jìn)步，政府及公眾對(duì)短中期預(yù)報(bào)及預(yù)警也提出了更高的要求，尤其是作為防災(zāi)減災(zāi)最后一道屏障的預(yù)警信息，其直接影響政府的決策，關(guān)乎廣大人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，這也對(duì)雷達(dá)運(yùn)行保障提出了更高的要求。

目前，影響湖南CINRAD/SA雷達(dá)正常運(yùn)行的因素較多。內(nèi)部因素：雷達(dá)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性；天線系統(tǒng)的穩(wěn)定性；發(fā)射機(jī)輸出功率；接收通道的穩(wěn)定性；強(qiáng)度定標(biāo)；相位噪聲等。外部因素：計(jì)算機(jī)故障；網(wǎng)絡(luò)傳輸故障；外部電路故障；輔助設(shè)施故障；工作人員業(yè)務(wù)素質(zhì)等因素。以上因素嚴(yán)重影響了湖南CINRAD/SA雷達(dá)正常運(yùn)行，其中伺服系統(tǒng)故障占到總故障的45%，極大的影響了短時(shí)氣象預(yù)警服務(wù)、決策服務(wù)的正確性。

1 伺服系統(tǒng)架構(gòu)及工作原理

伺服系統(tǒng)主要功能是按照RAD計(jì)算機(jī)輸出的位置或速度命令使天線快速、準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)到命令所規(guī)定的位置或轉(zhuǎn)速，并將天線的方位角、俯仰角和天線座的狀態(tài)實(shí)時(shí)上報(bào)到RDA計(jì)算機(jī)。伺服系統(tǒng)主要包括俯仰伺服和方位伺服。俯仰和方式伺服主要組件有：5A6數(shù)字控制單元、5A7功率放大單元、DAU組合、上光端機(jī)、同步箱、聯(lián)軸節(jié)、光電碼盤、軸角盒等，俯仰鏈路包含滑環(huán)。其中5A6數(shù)字控制單元包括DCU數(shù)字板、DCU模擬板、狀態(tài)顯示電路板、軸角顯示電路板、電源濾波器和電源模塊等；5A7功率放大單元包括方位驅(qū)動(dòng)器、俯仰驅(qū)動(dòng)器和三相固態(tài)繼電器等。

伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)雷達(dá)俯仰、方位轉(zhuǎn)動(dòng)以及天線工作狀態(tài)的控制操作，都是由終端計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令實(shí)施。伺服系統(tǒng)又可以分為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)鏈路和角碼狀態(tài)傳輸鏈路。伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)鏈路：RDA計(jì)算機(jī)發(fā)出指令到5A16轉(zhuǎn)接板，然后到DAU大底板，通過DUA大底板發(fā)送給5A6數(shù)字控制單元，再到5A7功率放大單元。5A7功率放大單元把指令分別發(fā)送給方位電機(jī)和俯仰電機(jī)，再發(fā)送到減速箱，最后通過減速箱把指令送到天線。伺服系統(tǒng)角碼狀態(tài)傳輸鏈路：天線方位和俯仰信息通過同步箱發(fā)送到光電碼盒，再發(fā)送到軸角盒，然后通過上光端機(jī)、上光纖板、下光纖板發(fā)送到DAU大底板，最后在終端計(jì)算機(jī)上顯示。

2 伺服系統(tǒng)頻發(fā)故障分析與處理

伺服系統(tǒng)故障多種多樣，頻發(fā)故障也很多。頻發(fā)故障大體可以分為兩類，一是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)鏈路故障，二是角碼狀態(tài)傳輸鏈路故障。

驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)鏈路故障和角碼狀態(tài)傳輸鏈路又可以分為機(jī)械故障和信號(hào)傳輸故障。機(jī)械故障是指各個(gè)設(shè)備系統(tǒng)在規(guī)定的應(yīng)力范圍內(nèi)工作時(shí)，導(dǎo)致設(shè)備不能完成其功能的機(jī)械零件元器件的破裂、斷裂、卡死等損壞狀態(tài)，不能完成規(guī)定功能。如電機(jī)損壞、減速箱損壞、同步箱損壞、軸角盒破裂等。信號(hào)傳輸故障是指由RDA計(jì)算機(jī)發(fā)出控制天線的指令在傳輸?shù)教炀€的過程中出現(xiàn)中斷；或者從天線反饋到RDA計(jì)算機(jī)的角碼信號(hào)中斷等情況。

伺服系統(tǒng)故障分析診斷的原則：首先要排除虛警或非常規(guī)操作造成伺服無法加強(qiáng)電，導(dǎo)致天線不工作；如收藏銷報(bào)警、電機(jī)手輪、電機(jī)過溫、電死限位、安全開關(guān)、門開關(guān)及伺服強(qiáng)電開關(guān)等。排查共同鏈路；如驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)鏈路的5A6數(shù)字控制單元，角碼狀態(tài)傳輸鏈路的上光端機(jī)、上光纖板、下光纖板等。設(shè)備檢修最先考慮：供電、保險(xiǎn)絲、線纜連接以及控制信號(hào)是否正常。

故障處理具體流程：通過天線狀態(tài)信息和角碼信息分析問題路線，同時(shí)確認(rèn)是單路問題，還是方位、俯仰共同鏈路。可以通過二分法來排查故障所在位置，把時(shí)間復(fù)雜度控制在O(log2n)，這樣相比于從頭至尾逐一排查用的時(shí)間要少。首先根據(jù)伺服系統(tǒng)的工作流程，找到工作流程中的中點(diǎn)。不難發(fā)現(xiàn)流程圖的中點(diǎn)是天線，然后手動(dòng)上下左右推天線，看5A6角碼顯示天線位置角碼傳輸是否正常。如果方位和俯仰角碼都能正常顯示，那說明角碼傳輸鏈路沒有故障，故障在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)鏈路，首先用RDASOT里的天線控制分別對(duì)天線的方位和俯仰進(jìn)行控制，如果同時(shí)故障，根據(jù)診斷原則首先用二分法排查共同鏈路，如果故障不能排除，然后同樣是用二分法分別排查方位和俯仰的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)鏈路，如果只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)故障，直接用二分法對(duì)故障鏈路進(jìn)行診斷；反之，說明角碼傳輸鏈路有故障，如果方位和俯仰角碼同時(shí)故障，根據(jù)診斷原則首先用二分法排查共同鏈路，如果故障不能排除，然后再用二分法分別對(duì)方位角碼傳輸鏈路和俯仰角碼傳輸鏈路進(jìn)行故障排查。如果只有一個(gè)角碼故障，直接用二分法對(duì)故障鏈路進(jìn)行診斷。

3 伺服系統(tǒng)維護(hù)及定標(biāo)

為了確保伺服系統(tǒng)有良好的運(yùn)行性能，需要臺(tái)站定期做好維護(hù)工作，首先在周、月維護(hù)時(shí)，要做好分機(jī)的清潔工作；記錄分機(jī)狀態(tài)信息，查看是否有異常波動(dòng)。天線出現(xiàn)異響、轉(zhuǎn)動(dòng)阻力增大、伺服系統(tǒng)噪聲變大等情況時(shí)，需及時(shí)停機(jī)檢查。分別檢查驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)鏈路和角碼狀態(tài)傳輸鏈路，如匯流環(huán)的清理，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換；檢查光電碼盒輸出等。檢查伺服系統(tǒng)方位和俯仰精度，方位、俯仰精度檢驗(yàn)時(shí)差值超過±0.1°，必須進(jìn)行定標(biāo)。

4 結(jié)語

工作中作為雷達(dá)機(jī)務(wù)人員，需要掌握伺服系統(tǒng)基本的工作狀態(tài)和工作流程，掌握伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)鏈路和角碼狀態(tài)傳輸鏈路，以及外圍電路的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，定期檢查電機(jī)的性能指標(biāo)，保持其運(yùn)轉(zhuǎn)精度，延長使用壽命。故障發(fā)生時(shí)，才能在第一時(shí)間做到思路清晰，快速、準(zhǔn)確地找出故障原因，排除故障。避免盲目地對(duì)故障進(jìn)行排查，這樣問題可能得不到有效解決，還可能造成連帶故障。

隨著雷達(dá)業(yè)務(wù)運(yùn)行體系的建設(shè)，進(jìn)一步明確了基層臺(tái)站的工作職責(zé)和流程，只有最大限度發(fā)揮一線保障的作用和優(yōu)勢，提高機(jī)務(wù)人員的業(yè)務(wù)能力，在工作實(shí)踐中不斷地復(fù)習(xí)、鞏固、運(yùn)用，真正做到技術(shù)整合，才能對(duì)提高和穩(wěn)定本站業(yè)務(wù)質(zhì)量起到關(guān)鍵作用，為開展重大天氣氣象服務(wù)提供準(zhǔn)確可靠的決策數(shù)據(jù)。