CINRAD/SC天气雷达接收系统故障分析

2015-03-10马传成魏玉鹏崔晓飞山东省气象局大气探测技术保障中心济南500临沂市气象局山东临沂76004山东省气候中心济南500

海洋气象学报 2015年1期

关键词：工作原理雷达

马传成，魏玉鹏，崔晓飞（．山东省气象局大气探测技术保障中心，济南 500；．临沂市气象局，山东临沂 76004；．山东省气候中心，济南 500）

马传成1，魏玉鹏2，崔晓飞3
（1．山东省气象局大气探测技术保障中心，济南 250031；2．临沂市气象局，山东临沂 276004；3．山东省气候中心，济南 250031）

摘要：分析了CINRAD/SC新一代天气雷达的接收系统的基本工作原理,在此基础上对近几年接收系统出现的故障进行分析,并给出接收系统的故障排除方法，为今后新一代天气雷达的维护维修提供参考。

关键词：雷达；接收系统；工作原理

引言

新一代天气雷达系统在短时临近预报业务中发挥着重要的作用，雷达回波的测量精度是雷达预警产品可靠性的保证。雷达接收系统直接关系着回波的测量精度，因此雷达接收系统的维护维修有着非常重要的作用。随着中国新一代多普勒天气雷达网的进一步建设，技术保障人员在雷达的日常维护与技术维修方面，已经积累了相当的经验[1-2]。许多研究人员对新一代天气雷达接收系统的标定方法和维护维修方法进行了研究[3-5]。文章就CINRAD/SC雷达接收系统的工作原理给出简单的分析，并在此基础上对近几年CINRAD/SC雷达接收系统出现的故障进行分析总结，给CINRAD/SC雷达维护维修，尤其是雷达接收系统部分的维护维修提供参考。

1 CINRAD/SC雷达接收系统工作原理

信号接收通道:来自天线的微弱信号经波导同轴转换器后进入接收机，经单刀双掷微波开关切换进入场效应管放大器（以下简称“场放”），在场放内进行低噪声放大后并经过预选器滤波后送入混频器与来自频率综合产生器（以下简称“频综”）的本振信号混频送出30MHz中频信号，再经低噪声前置中频放大器放大后送入数字中频转换器(IFD)内，在数字中频转换器内以36MHZ（RVP7）的采样速率对中频信号进行A/D变换，并经过格式变换后用光缆（RVP7）送出数字中频信号给信号处理器，以便对气象回波的强度、速度及谱宽进行估值。接收机还提供相参的脉冲调制的微波信号，作为发射机的激励信号，以实现雷达整机的全相参功能（图1）。

图1　接收机结构框图

测试标校通道:该系统具有较强大的测试标校及故障定位功能。利用频综产生的初相可调的测试信号，在终端控制下经串联微波开关组件和并联微波开关组件单刀双掷微波开关进入场放（单刀双掷微波开关是回波信号和测试信号的切换点）。通过终端控制可进行如下检测:对雷达进行强度、速度定标、动态测试；对混频器、前置中频放大器（以下简称前中）、数字中频转换器进行检查；发射信号、测试源信号功率在线监测；噪声系数检查；相位稳定度测试。

2 故障检修实例分析

（1）故障现象：回波偏弱，经过实际比对，比真实回波偏低7dBz左右。

维修过程：回波偏弱故障牵扯的方面比较多[6]，可能是发射机功率降低造成的回波减弱，也可能是接收机方面造成的回波减弱。首先查找发射机方面，用小功率计测得回波功率为750kW左右，说明发射机方面没有问题。继而重点查找接收机方面。首先确认是测试支路出现问题造成的虚假偏弱还是由于接收主支路造成的真实回波偏弱。用外接测试仪器的办法进行确认，把雷达综合测试仪接入场放输入端，从场放输入端注入一个-30dBm的信号源，在终端计算机查看信号的强度值是否为80dBz左右，如果是，则为接收机测试支路出现问题，否则为接收机主支路出现问题。经过查看，强度值为73dBz，确定为接收机主支路出现问题。重点查找场放到数字中频放大器(IFD)之间的电路。由于主要是场放和前中起主要的放大作用，故采用跨接的方法来确定故障的归属。首先，跨过场放测试，终端计算机显示为50dBz，场放理论放大值为23dBz，确定场放没有问题。然后，跨过前中测试，终端计算机显示为48dBz，前中理论放大值25dBz，确定前中也没有问题。由于回波偏弱7dBz左右，怀疑预选器性能不良从而造成回波偏弱。直接把预选器短接测量，终端计算机显示为79dBz，因此确定本次故障为预选器损坏。

由于只是回波偏弱，故怀疑预选器偏离中心频率。调整预选器的可调整旋钮，将频率调整在中频2880MHz左右，两个旋钮配合调整，先调整其中的一个使显示值为最大，然后再调整另外一个旋钮，观察终端计算机，使显示数值为最大即可。最终可使减小的7dBz得到补偿，此次故障排除。

（2）故障现象：雷达接收机报警，终端计算机上，接收机所有的被监测项目变为红色报警信息。

维修过程：由于接收机所有的故障检测点都报警，首先检查雷达配电箱的保险丝和继电器是否正常，尤其重点检查ZK4空气开关和FU3保险丝（接收机电源），经检查没有发现问题。然后重点检查接收机部分，经检查接收机的+12V，+5V，+24V，-600V、场放电流等检测项目都正常，怀疑故障误报警，进行故障复位后，还是有故障报警现象。把监控主系统分机的监控程序退出后，重新启动该程序，报警消除，故障排除。

（3）故障现象：无法虑除（抑制）地物杂波，即速度场有固定相移。选中频综开关并发送后，系统暂时正常，但当系统转换重复频率时再次出现故障。

维修过程：重启采集计算机、软件调节微波开关状态；重启采集计算机、调整噪声参数；雷达整机重启。所有操作完成后均不能排除故障，初步判断微波开关出现异常，导致测试信号进入接收机，造成满屏噪声的情况。进行标校检查，能够看到速度值，判断光纤正常，信号传输正常。更改为窄脉冲时，标校校正值为-40dB，仍然满屏噪声，背景噪声太大。为了判断到底是接收机故障还是信号处理器故障，将数字中频的两路信号输入断开后，满屏噪声立即消失，由此判断为接收机故障。怀疑场放有自激，更换场放，将数字中频的输入连接后，仍然还是满屏噪声，故障不能排除，说明场放工作正常。将接收机柜固体噪声源输入断开，显示终端无噪声，说明噪声源正常，由此怀疑为频综故障。用导线将频综下端VGA 接口4脚与7脚（自右至左）短接,同时断开7脚原来的导线，使频综开关一直处于“开”的状态，使频综不作速度移相。完成此操作后，故障排除，由此推断为频率源不稳定，即频综故障，更换频综后正常。