CINRAD/SA天氣雷達(dá)接收機(jī)測(cè)試通道故障排查方法

蒲曉勇，李 俊，程昌玉

(湖北省氣象信息與技術(shù)保障中心，武漢 430074)

0 引言

CINRAD/SA雷達(dá)接收機(jī)采用超外差式接收，信號(hào)運(yùn)行路徑分為主通道、測(cè)試通道和控制通道[1]。主通道主要用于對(duì)雷達(dá)回波的放大和接收，測(cè)試通道則用于傳輸不同信號(hào)和選擇路徑，并將選擇的信號(hào)按特定的路徑送入接收機(jī)，以滿(mǎn)足接收機(jī)和雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)噪聲系數(shù)、動(dòng)態(tài)范圍、強(qiáng)度、速度及相噪測(cè)試和定標(biāo)的需要，及時(shí)發(fā)現(xiàn)雷達(dá)接收通道增益的變化[2]。雷達(dá)RDASC系統(tǒng)軟件自動(dòng)標(biāo)校功能可根據(jù)變化量，在下一個(gè)體掃前調(diào)整雷達(dá)常數(shù)(Syscal值)，從而補(bǔ)償這種變化。如果變化太大，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出請(qǐng)求維護(hù)的報(bào)警信息[3，4]。

1 測(cè)試通道的組成

CINRAD/SA雷達(dá)接收機(jī)測(cè)試通道由RF噪聲源、四路功分、微波延遲線(xiàn)、四位開(kāi)關(guān)、二位開(kāi)關(guān)、RF數(shù)控衰減器和接口板等部件組成[5-8](圖1)。

圖1 測(cè)試通道組成

四路測(cè)試信號(hào)分別為：來(lái)自頻率源CW射頻測(cè)試信號(hào)；RF噪聲源寬帶噪聲測(cè)試信號(hào)；微波延遲線(xiàn)4A21的高功率KD射頻測(cè)試信號(hào)；發(fā)射機(jī)3A5脈沖整形器輸出的RFD激勵(lì)測(cè)試信號(hào)。

2 測(cè)試通道故障排查

由于CINRAD/SA雷達(dá)接收機(jī)測(cè)試通道涉及開(kāi)關(guān)和衰減器部件，信號(hào)小，且這些器件又受接收機(jī)接口板4A32的控制，所以故障排除很復(fù)雜，在維修過(guò)程中，首先考慮通道故障。根據(jù)報(bào)警信息和性能參數(shù)標(biāo)定結(jié)果判斷四路信號(hào)對(duì)故障的影響，參考CW、噪聲溫度和RFD標(biāo)定值，如果3個(gè)標(biāo)定值均不正常，應(yīng)首先檢查測(cè)試通道的公共部分，即射頻衰減器、接收機(jī)接口板和二位開(kāi)關(guān)。文章分別對(duì)測(cè)試通道各主要部件故障判斷方法進(jìn)行介紹。

2.1 四位開(kāi)關(guān)故障判斷

在頻綜輸出正常的情況下，用頻綜J3輸出的CW信號(hào)作為測(cè)試信號(hào)源，將信號(hào)分別從四位開(kāi)關(guān)的J1、J2、J3、J4注入，為了避免注入信號(hào)太大損壞四位開(kāi)關(guān)，需要在信號(hào)注入前增加20 dB左右固定衰減器。打開(kāi)測(cè)試程序，根據(jù)需要選擇測(cè)試程序中四位開(kāi)關(guān)的測(cè)試通道(圖2)，用功率計(jì)在四位開(kāi)關(guān)的J5口進(jìn)行測(cè)量。因?yàn)镴2→J5、J3→J5、J4→J5衰減值約3 dB，所以輸入信號(hào)分別從J2、J3、J4口輸入時(shí)從J5口測(cè)得的對(duì)應(yīng)功率值用公式1進(jìn)行計(jì)算。由于J1與J5間有14 dB左右的增益，當(dāng)信號(hào)從J1注入后，在J5口的實(shí)測(cè)值應(yīng)該在10 dBm以上，使用公式(2)進(jìn)行計(jì)算。

圖2 測(cè)試控制界面

J5out=J3in-20 dB-3 dB

(1)

J5out=J3in-20 dB+14 dB

(2)

式中：J5out為四位開(kāi)關(guān)J5口測(cè)量值；J3in為頻綜J3口輸入值。

2.2 數(shù)控衰減器故障判斷

在測(cè)試程序中，設(shè)置0 dB、1 dB、2 dB、4 dB、8 dB、16 dB、32 dB、40 dB共8個(gè)衰減量分別進(jìn)行測(cè)量。用小功率計(jì)首先測(cè)量輸入值J1，然后分別測(cè)試設(shè)置的8個(gè)衰減值后的輸出值J2，數(shù)控衰減器自身衰減值約6 dB，輸出值J2out為：

J2out=J1in-衰減量設(shè)置值-6 dB

(3)

式中，J2out為數(shù)控衰減器J2口輸出值；J1in為數(shù)控衰減器J1口輸入值。

注意，如果J2口輸出值不正確，還不能判斷為數(shù)控衰減器損壞，因?yàn)閿?shù)控衰減器還受接收機(jī)接口板控制，接口板輸出的控制碼不正確，同樣影響衰減器輸出。所以當(dāng)數(shù)控衰減器J2口輸出不正確時(shí)，還應(yīng)檢查接口板輸出的控制碼是否正確或檢查相應(yīng)的控制電纜[9]。

2.3 二位開(kāi)關(guān)故障判斷

二位開(kāi)關(guān)用于射頻測(cè)試信號(hào)目的地選擇，是一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)，最大差損約2.5 dB。在通常的運(yùn)行標(biāo)定中，都是通過(guò)測(cè)試程序?qū)⑿盘?hào)注入接收機(jī)保護(hù)器前端J3口。同樣可以用小功率計(jì)測(cè)試保護(hù)器J3口輸入值和二位開(kāi)關(guān)J1口的輸入值判斷二位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。

2.4 RFD測(cè)量值異常故障判斷

RFD測(cè)試信號(hào)取自發(fā)射機(jī)脈沖形成器3A5的J3端，信號(hào)直接送至四位開(kāi)關(guān)的J2口，此信號(hào)用來(lái)監(jiān)測(cè)速調(diào)管輸入信號(hào)是否正常。 通過(guò)分析RFD測(cè)量值，并結(jié)合發(fā)射機(jī)功率，可以判斷發(fā)射機(jī)高頻激勵(lì)器3A4和高頻脈沖形成器3A5的輸出是否正常。當(dāng)出現(xiàn)RFD值異常時(shí)，首先觀察RFD測(cè)量值和期望值的線(xiàn)性度，如果線(xiàn)性度不好，有可能是微波泄漏干擾或標(biāo)定大信號(hào)時(shí)接收機(jī)飽和所致。

如果RFD1、RFD2、RFD3測(cè)量值和期望值等差，且相差不大，調(diào)整適配參數(shù)中R46項(xiàng)即可。若3項(xiàng)測(cè)量值出現(xiàn)非線(xiàn)性的情況，基本可以分為RFD1測(cè)量值大于期望值、RFD2和RFD3標(biāo)定正?；騌FD3測(cè)量值大于期望值、RFD1和RFD2正常兩種情況。第1種情況是因?yàn)楦哳l脈沖形成器3A5微波泄漏影響標(biāo)定導(dǎo)致異常，可以通過(guò)直接更換3A5組件予以解決；而第2種情況是因?yàn)镽FD取樣功率太大導(dǎo)致標(biāo)定時(shí)接收機(jī)飽和，可以在取樣輸出點(diǎn)增加1個(gè)約2 dB的衰減器，再調(diào)整適配參數(shù)[10]。

2.5 KD測(cè)量值異常故障判斷

KD信號(hào)取自波導(dǎo)1DC2，該信號(hào)是雷達(dá)發(fā)射脈沖信號(hào)經(jīng)速調(diào)管放大輸出的取樣，經(jīng)W61電纜傳入接收機(jī)，經(jīng)過(guò)6 dB SMA固定衰減器、四路功分、微波延遲線(xiàn)后送至四位開(kāi)關(guān)的J1口，用來(lái)模擬回波信號(hào)以標(biāo)定雷達(dá)反射率是否線(xiàn)性和測(cè)試發(fā)射機(jī)的輸出是否正常。KD測(cè)試信號(hào)一般和發(fā)射功率一起檢查，如果發(fā)射功率正常時(shí)出現(xiàn)該項(xiàng)報(bào)警，故障排查相對(duì)較復(fù)雜，KD采樣值大小與適配參數(shù)、電纜、微波延遲線(xiàn)、四路功分計(jì)、四位開(kāi)關(guān)等均有關(guān)系。如果KD1、KD2、KD3測(cè)量值和期望值等差，且相差不大，調(diào)整適配參數(shù)中R47項(xiàng)即可。如果測(cè)量值和期望值偏差較多，則要測(cè)試四路功分計(jì)輸入功率是否正常。四路功分將信號(hào)一分為四，每路輸出信號(hào)比輸入小6 dB，用小功率計(jì)測(cè)得J2口輸出值應(yīng)比J1口輸入值小6 dBm。如果四路功分和四位開(kāi)關(guān)J1→J5路14 dB增益均正常，則要考慮更換接收機(jī)微波延遲線(xiàn)。同時(shí)調(diào)整適配參數(shù)R247和R255，R247雜波抑制檢查距離庫(kù)設(shè)置，調(diào)整范圍為12，14，16，18幾個(gè)數(shù)字，通常選用16，16表示的是16/2×0.25=2 km處的距離庫(kù)數(shù)據(jù)，2表示I和Q占用2位，0.25表示的是250 m的距離分辨率數(shù)值；R255是功率調(diào)整點(diǎn)，有32個(gè)點(diǎn)(0～31)供選擇，每個(gè)點(diǎn)代表1個(gè)時(shí)鐘周期104 ns(15.6 m)，32個(gè)點(diǎn)代表(32×15.6≈500 m)2個(gè)250 m的距離庫(kù)內(nèi)采樣點(diǎn)的選擇，不同功率調(diào)整點(diǎn)會(huì)有不同的距離庫(kù)輸出數(shù)據(jù)，為了使得最大功率點(diǎn)盡量出現(xiàn)在單個(gè)距離庫(kù)的中間位置，通常使用20，21，22這3個(gè)參數(shù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

接收機(jī)主要部件無(wú)自動(dòng)故障定位功能，當(dāng)出現(xiàn)告警無(wú)法判斷具體故障部件時(shí)，首先要分清是主通道還是測(cè)試通道發(fā)生故障，優(yōu)先檢查測(cè)試通道故障。在對(duì)測(cè)試通道進(jìn)行故障排查時(shí)，除了要著重檢查相關(guān)組件是否損壞，還要檢查各組件間信號(hào)連接電纜的情況。