黔江CINRAD/CD雷達(dá)幾起故障的診斷

■ 唐聰 李文英

黔江新一代天氣雷投入業(yè)務(wù)應(yīng)用13年，雷達(dá)運(yùn)行期間，出現(xiàn)大小故障30余次，經(jīng)統(tǒng)計(jì)梳理，接收系統(tǒng)的事故中，頻綜故障，天饋系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、天線無規(guī)則抖動(dòng)故障，伺服系統(tǒng)的俯仰角碼錯(cuò)誤、仰角抬升等故障占黔江雷達(dá)故障的80%以上。

黔江新一代天氣雷達(dá)于2007年投入業(yè)務(wù)應(yīng)用，已運(yùn)行了13年，在中小尺度天氣監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著十分重要的作用。雷達(dá)運(yùn)行期間，出現(xiàn)大小故障30余次，經(jīng)統(tǒng)計(jì)梳理，接收系統(tǒng)的事故中，頻綜故障，天饋系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、天線無規(guī)則抖動(dòng)故障，伺服系統(tǒng)的俯仰角碼錯(cuò)誤、仰角抬升等故障占黔江雷達(dá)故障的80%以上。本文結(jié)合多年維修經(jīng)驗(yàn)，對(duì)故障進(jìn)行系統(tǒng)分析，找到了故障的排除方法、應(yīng)對(duì)措施以及思路拓展。

1 接收系統(tǒng)故障

1.1 數(shù)字中頻故障

故障現(xiàn)象。雷達(dá)回波異常（圖1），噪聲系數(shù)為6.57 dB，關(guān)高壓后異?；夭ㄒ廊淮嬖?。

圖1 雷達(dá)回波拼圖

故障分析與處理。根據(jù)回波異常情況，初步判斷接收機(jī)故障，依次對(duì)靈敏度、噪聲系數(shù)、動(dòng)態(tài)進(jìn)行測(cè)量：靈敏度為-102 dBm（1μs），噪聲系數(shù)為6.50 dB，動(dòng)態(tài)范圍為-18-(-102)=84 dB，不滿足靈敏度≤-107 dBm（1μs）、噪聲系數(shù)≤4.0 dB、動(dòng)態(tài)范圍≥85 dB要求，進(jìn)一步說明故障點(diǎn)為接收機(jī)故障，于是按照接收機(jī)故障診斷流程圖進(jìn)行逐一排查故障準(zhǔn)確位置。

1）用“直接觀察法”通過眼看、耳聽、鼻聞、手摸等直觀方法對(duì)接收機(jī)通道故障部位進(jìn)行定位。觀察聯(lián)接器件連接頭無虛焊、破皮、接觸不良等現(xiàn)象；細(xì)聽無異常；鼻聞無燒焦和其他異味；手摸各器件無異常發(fā)熱現(xiàn)象；接收機(jī)電源風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)，無器件有明顯燒焦發(fā)脹現(xiàn)象。2）將接收通道所有聯(lián)接頭進(jìn)行緊固（擰松）處理，同時(shí)觀察雷達(dá)終端回波發(fā)現(xiàn)無明顯變化。3）通過接收監(jiān)控面板查看各路電源電壓均正常，頻綜指示燈均正常，頻綜狀態(tài)正常；測(cè)量XT501、XT502電壓測(cè)試端，測(cè)量值均符合正常工作對(duì)電壓的誤差要求。4）檢查場(chǎng)放電流是否變化。5）檢查單刀雙擲開關(guān)、混頻器等是否正常。首先用萬(wàn)用表測(cè)量微波組件中單刀雙擲微波開關(guān)插頭內(nèi)±5 V電源，再用“短接法”將放電管輸出端直接和場(chǎng)放連接跳過單刀雙擲開關(guān)，開機(jī)測(cè)試故障依然存在；再次通過“代替法”更換單刀雙擲開關(guān)，開機(jī)測(cè)試故障依然存在；排除單刀雙擲開關(guān)故障。同樣通過“代替法”更換預(yù)選器、混頻器、前中后開機(jī)測(cè)試故障依然存在，證明從單刀雙擲開關(guān)前端到前中后端整個(gè)通道工作正常。6）檢查數(shù)中是否正常。根據(jù)要求，數(shù)中上兩個(gè)鈕子開關(guān)在正常工作時(shí)應(yīng)將SW1和RUN都置于“B”檔上，經(jīng)確認(rèn)符合要求；UPLINK和READY燈均常亮，確認(rèn)符合要求。最后檢查數(shù)中電源，通過翻閱資料可知數(shù)中分機(jī)采用交流220 V供電，產(chǎn)生±12 V和+5 V電壓（本站只用+5 V電源）。用萬(wàn)用表對(duì)交流220 V端進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為223 V，符合要求；再對(duì)+5 V端進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)直流電壓僅為+4.18 V，低于正常電壓16.4%，斷開負(fù)載測(cè)量為5.37 V，證明電源沒問題，懷疑數(shù)中有過載問題，將+5 V電源電壓拉低，電壓低導(dǎo)致數(shù)中工作不正常，噪聲大，靈敏度降低，表現(xiàn)在回波出現(xiàn)異常，噪聲系數(shù)偏大等。更換數(shù)中后，測(cè)得數(shù)中+5 V端電壓為+5.14 V，靈敏度測(cè)試值為-107 dBm（1μs），滿足指標(biāo)≤-107 dBm（1μs）要求；噪聲系數(shù)測(cè)試值為1.45 dB，滿足≤4.0 dB要求；動(dòng)態(tài)測(cè)試值為88 dB，滿足指標(biāo)≥85 dB要求。此故障排除，開機(jī)加高壓后回波正常。數(shù)中安裝在電磁密封的金屬外殼中，以獲得良好的抗外部電磁噪聲干擾能力；其內(nèi)使用的A/D變換器是14位的AD6645，其采樣速率為72 MHz；其電源是一個(gè)低噪聲、低紋波、整流的設(shè)備，使用+5V電源供電。AD6645要求AVcc必須保持在5 V的5%范圍內(nèi)才能保證該A/D正常采樣。

1.2 頻綜故障造成地物回波無法過濾

故障現(xiàn)象。終端報(bào)相參基準(zhǔn)源故障，加濾波器（1#～7#）后地物回波無法消除。

故障分析與處理。地物無法消除，報(bào)相參基準(zhǔn)源故障，首先檢查頻率綜合器面板上故障指示，打開接收機(jī)后柜，可以看到頻綜合器面板上有4個(gè)故障指示，分別為本振源、30 MHz相參基準(zhǔn)源、測(cè)試源、激勵(lì)源的正常與否。當(dāng)其被監(jiān)測(cè)對(duì)象正常工作時(shí)，面板上的指示燈發(fā)光，如出現(xiàn)故障指示燈熄滅。本次故障30 MHz相參基準(zhǔn)源故障燈熄滅，更換頻綜后故障解除。30 MHz相參信號(hào)早期雷達(dá)采用頻綜直接送30 MHz相參信號(hào)給信號(hào)處理器，后期雷達(dá)采用發(fā)射樣本信號(hào)和頻綜輸出的本振信號(hào)混頻后送給信號(hào)處理器，30 MHz相參信號(hào)正確與否牽涉到發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)，頻綜本振信號(hào)和混頻器等。

常見的導(dǎo)致地物回波消除不徹底的原因有雷達(dá)極限改善因子不合格、頻綜激勵(lì)極限改善因子、功放輸出極限改善因子和發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)用頻譜儀測(cè)試，任一個(gè)達(dá)不到指標(biāo)要求都可能導(dǎo)致結(jié)果發(fā)生。此外，信號(hào)處理器出錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致地物回波濾不掉（少見），放電管有問題會(huì)導(dǎo)致地物回波濾不掉（少見）。30 MHz相參信號(hào)不正常還有一個(gè)明顯現(xiàn)象就是速度雜亂。30 MHz相參基準(zhǔn)信號(hào)為正弦連續(xù)波，可用示波器測(cè)量，Vpp值為1.5 V，當(dāng)Vpp值小于0.7 V時(shí)，觸發(fā)故障，面板上30 MHz相參基準(zhǔn)源指示燈熄滅，同時(shí)終端顯示故障，如出現(xiàn)此類故障只能送廠家返修。

2 天饋系統(tǒng)故障

2.1 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)故障

故障現(xiàn)象。雷達(dá)回波明顯變?nèi)?，尤其是地物回波變?nèi)醯锰貏e明顯。

故障分析與處理。1）看測(cè)試信號(hào)強(qiáng)度，去濾波器，選擇標(biāo)校檢查，去距離校正通，顯示強(qiáng)度場(chǎng)，強(qiáng)度73 dBz，對(duì)應(yīng)場(chǎng)放輸入信號(hào)-40 dBm，正常，判定接收機(jī)和信號(hào)處理器RVP8無問題。注：RVP7狀態(tài)下雷達(dá)的功率基準(zhǔn)為-30 dBm，對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)強(qiáng)度為80 dBz左右；RVP8/RVP9/DRSP狀態(tài)下的功率基準(zhǔn)為-40 dBm，對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)強(qiáng)度為70 dBz左右。2）檢查標(biāo)校校正值，1μs時(shí)為-32，和出廠驗(yàn)收及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收時(shí)基本一致，正常，排除終端軟件校正問題。3）用示波器和檢波器檢查發(fā)射脈沖檢波包絡(luò)，基本矩形，頂部基本平整；并檢查發(fā)射監(jiān)控分機(jī)上注電流，脈沖重復(fù)頻率PRF為1000 Hz時(shí)約為38 mA，在30～45 mA范圍內(nèi)，基本正常，排除發(fā)射機(jī)問題。4）觀察頻綜（即頻率合成器）故障檢測(cè)，并結(jié)合第一步，基本判斷頻綜無問題。5）檢查放電管，-600 V電源電流為約為100 μA，在60 ～120 μA正常范圍內(nèi)，拆下放電管（拆卸過程中注意保持各緊固螺釘受力均勻，以免放電管密封玻璃窗口破裂），發(fā)現(xiàn)放電管密封玻璃窗口破裂，證明該放電管已經(jīng)損壞，更換放電管后，回波依然很弱。證明不只是放電管的問題。6）手摸四端環(huán)行器的吸收負(fù)載，觸手很燙，懷疑發(fā)射功率反射較嚴(yán)重（發(fā)射饋線駐波偏大），遂上天線罩內(nèi)檢查天線座內(nèi)饋線，方位旋轉(zhuǎn)鉸鏈端蓋正常，但是其上部連接直波導(dǎo)（配做件）嚴(yán)重扭曲成麻花狀，并且方位旋轉(zhuǎn)鉸鏈與該波導(dǎo)連接處有少許變形。找到原因。7）更換方位旋轉(zhuǎn)鉸鏈和直波導(dǎo)，回波恢復(fù)正常。

一般以當(dāng)?shù)氐匚锘夭▉砼卸ɑ夭ǖ淖兓Ｋ?，以前存?chǔ)的地物回波圖像或數(shù)據(jù)是判斷回波是否變?nèi)醯囊罁?jù)?；夭ㄗ?nèi)豕收峡蔂可娑鄠€(gè)系統(tǒng)。

1）饋線系統(tǒng)：波導(dǎo)扭曲或波導(dǎo)內(nèi)有打火現(xiàn)象（少見）、方位/俯仰關(guān)節(jié)損壞（少見）、波導(dǎo)內(nèi)壁有冷凝水（室內(nèi)外溫差大的地方常見）和放電管損壞（常見）等都可能導(dǎo)致回波偏弱。當(dāng)判定收發(fā)正常時(shí)，一般采用太陽(yáng)法來檢驗(yàn)饋線，非雨天當(dāng)終端有明顯的太陽(yáng)亮線時(shí)，說明饋線通路無故障；反之，則有故障。

2）伺服系統(tǒng)：俯仰定標(biāo)不正確（少見），實(shí)際仰角比正確仰角偏小會(huì)導(dǎo)致回波偏弱，實(shí)際仰角比正確仰角偏大會(huì)導(dǎo)致回波偏強(qiáng)。通過太陽(yáng)法來標(biāo)定俯仰和方位角。

3）接收系統(tǒng)：場(chǎng)放損壞（常見）、場(chǎng)放前端二選一開關(guān)損壞（少見）、混頻器損壞（少見）、前置中頻放大器損壞（少見）、回波通路高頻電纜破損（少見）、頻綜信號(hào)（激勵(lì)和本振）輸出偏?。ㄉ僖姡┑葧?huì)導(dǎo)致回波偏弱。通過標(biāo)校檢查、分段測(cè)試和短接法來判定。

4）發(fā)射系統(tǒng)：功放損壞（少見）、速調(diào)管輸出功率偏?。ǔＲ姡?、調(diào)制器高壓不夠（常見）等會(huì)導(dǎo)致回波偏弱。通過目測(cè)發(fā)射監(jiān)控表、測(cè)試調(diào)制波形、測(cè)試檢波包絡(luò)和測(cè)試功率來判斷發(fā)射系統(tǒng)故障點(diǎn)。

5）終端軟件：標(biāo)校參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致回波偏強(qiáng)或偏弱（常見）、距離訂正未選上會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)處回波偏弱，（常見）、標(biāo)校校正參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致回波偏強(qiáng)或偏弱（常見）。

2.2 天線劇烈抖動(dòng)故障

故障現(xiàn)象。天線正常運(yùn)行期間，突然出現(xiàn)無規(guī)律劇烈抖動(dòng)，聲音響，振動(dòng)幅度大。

故障分析與處理。結(jié)構(gòu)件卡滯一般情況是有規(guī)律抖動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)故障雷達(dá)方位角碼即使在抖動(dòng)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，而俯仰角碼在抖動(dòng)前發(fā)生了劇烈變化，伴隨俯仰誤差電壓劇烈變化。說明俯仰角碼信號(hào)有問題，導(dǎo)致誤差電壓變化，引起天線劇烈抖動(dòng)。打開天線座窗門發(fā)現(xiàn)匯流環(huán)上有不少油污，并有流入信號(hào)環(huán)的痕跡，拆開相應(yīng)的信號(hào)環(huán)，清洗油污后，雷達(dá)恢復(fù)正常。故障原因?yàn)橛驮∞D(zhuǎn)臺(tái)加入過多的油產(chǎn)生溢出，脂潤(rùn)滑轉(zhuǎn)臺(tái)加了過量油脂，溫度變化導(dǎo)致融化滴落，油污將角碼信號(hào)污染導(dǎo)地引起。

雷達(dá)伺服系統(tǒng)的工作流程為：給定天線的位置（輸入角碼），通過伺服系統(tǒng)來控制天線負(fù)載的位置，通過測(cè)量元件及角碼變換器獲得的當(dāng)前角碼與輸入角碼聯(lián)系起來加以比較，相符合時(shí)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)不符合時(shí)即產(chǎn)生角碼誤差（±⊿D），此誤差在監(jiān)控系統(tǒng)中伺服驅(qū)動(dòng)單元上數(shù)模變換變成誤差電壓±⊿U，再經(jīng)電壓放大及功率放大后，作用在執(zhí)行電機(jī)上，使其朝減小誤差的方向運(yùn)動(dòng)。本故障雷達(dá)突變大，造成產(chǎn)生角碼誤差（±⊿D）突變，執(zhí)行電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)突變，致使天線抖動(dòng)。故在維護(hù)時(shí)，油浴轉(zhuǎn)臺(tái)和脂潤(rùn)滑轉(zhuǎn)臺(tái)必須按要求加入適量的潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂，千萬(wàn)不能過量。

3 伺服系統(tǒng)故障

3.1 俯仰角碼故障

故障現(xiàn)象。俯仰角碼無規(guī)律跳變，導(dǎo)致無法完成體掃，方位角碼正常。

故障分析與處理。方位角碼正常，說明方位和俯仰共用的勵(lì)磁110 V電壓正常。問題出在俯仰角碼信號(hào)通路。先檢查了俯仰發(fā)送器，并更換了同步機(jī)，故障未消除。再用萬(wàn)用表測(cè)試俯仰同步機(jī)上的110 V勵(lì)磁電壓，只有60 V，而方位同步機(jī)上的110 V勵(lì)磁電壓為120 V，說明問題出在天線座配電箱至俯仰同步機(jī)這一段線路。檢查從配電箱到俯仰箱之間連接情況，用萬(wàn)用表測(cè)試通斷，發(fā)現(xiàn)匯流環(huán)輸出插座處有兩根芯線脫落，一根為110 V勵(lì)磁電壓，另一根為地線。故障原因?yàn)閰R流環(huán)插座處焊接線用線扎拉緊后長(zhǎng)期受力產(chǎn)生疲勞而脫落，也有虛焊的原因。焊接好后雷達(dá)恢復(fù)正常。

當(dāng)角碼出現(xiàn)問題時(shí)，特別是方位和俯仰角碼同時(shí)出現(xiàn)問題時(shí)。首先檢查輸入同步機(jī)的110 V激磁電壓是否正常，正常范圍在100～130 V。然后檢查同步機(jī)輸出信號(hào)，天線靜止時(shí)同步機(jī)輸出端（D1、D2和D3）兩兩之間的電阻一樣，用三用表測(cè)試在RVP8或伺服驅(qū)動(dòng)單元輸入測(cè)量，當(dāng)電阻不一樣時(shí)要查明原因，特別是當(dāng)電阻為無窮大時(shí)，說明電路在某處有斷路現(xiàn)象。

3.2 仰角停止抬升故障

故障現(xiàn)象。雷達(dá)在正常體掃期間，停止在某一仰角不再抬升，無法完成體掃。

故障分析與處理。首先檢查伺服狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)電壓，俯仰誤差電壓是否正常，未發(fā)現(xiàn)明顯故障。做PPI掃描改變仰角檢查俯仰到位精度等，到位精度滿足0.1°的指標(biāo)要求，追擺小于3次，均未發(fā)現(xiàn)異常?；謴?fù)體掃觀察發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集機(jī)有突然斷網(wǎng)和連接提示。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集機(jī)網(wǎng)線松動(dòng)，瞬間斷開并連接，重新連接好網(wǎng)線后恢復(fù)正常。因仰角不抬升引起體掃完不成的故障現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，因網(wǎng)絡(luò)問題導(dǎo)致較多，故障點(diǎn)在交換機(jī)、網(wǎng)內(nèi)發(fā)生沖突、網(wǎng)線連接不好等。另外，因仰角精度不夠、追擺次數(shù)太多也會(huì)造成體掃不暢。精度不夠、追擺次數(shù)太多主要原因是伺服未調(diào)整好、匯流環(huán)太臟或者電機(jī)故障造成。

4 結(jié)語(yǔ)

本文涉及的幾起故障，多由于雷達(dá)使用年限較長(zhǎng)，系統(tǒng)老化，出現(xiàn)元器件損壞、線纜斷裂所致。所以，技術(shù)保障人員在日常維護(hù)過程中不僅要勤于維護(hù)，更要嚴(yán)格按照規(guī)定動(dòng)作進(jìn)行，避免引發(fā)更大的故障甚至人員傷亡。同時(shí)，要充分利用雷達(dá)報(bào)警信號(hào)、定標(biāo)信號(hào)等信息規(guī)范化維修的方法對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析判斷，并綜合運(yùn)用各種診斷方法和工具來驗(yàn)證，才能快速定位和排除故障。

深入閱讀

柴秀梅, 2011. 新一代天氣雷達(dá)故障診斷與處理. 北京: 氣象出版社: 5-6.

龔雪鵬, 陳焰犢, 羅紅, 2014. 畢節(jié)CINRAD/CD天氣雷達(dá)一次天線俯仰失控的分析與處理. 貴州氣象, 38(3): 46-48.

汪章維, 2014. 新一代天氣雷達(dá)培訓(xùn)及維修. 北京: 氣象出版社:47-55.