探讨民航多普勒气象雷达接收机的选型及故障分析处理

庞善忠 中国民用航空中南地区空中交通管理局广西分局

探讨民航多普勒气象雷达接收机的选型及故障分析处理

庞善忠 中国民用航空中南地区空中交通管理局广西分局

多普勒气象雷达；接收机；故障；分析

随着民航事业的飞速发展，测定空中气象的雷达系统不断升级，天气雷达、特种气象雷达以及测风雷达应运而生。对台风、暴雨等恶劣天气的有效监测和预警都进入了有效的控制范围，目前运用的多普勒雷达接收机在结构上广泛采用了集成电路，实时数字处理和数字化远程传输，全自动化地联网观测气象变化，其可以对大面积的强降水情况进行监测，距离可达400公里，而对于龙卷气旋等中尺度强天气的识别状况距离可达200公里，并且对径向风速、晴空回波等环境信息的探测都有着极强的能力，因此，多普勒雷达接收机为民航的飞行保驾护行，起着强有力的作用。

1.多普勒雷达接收系统的架构及运用原理

多普勒雷达发射分系统的结构是由发射配电电路、发射监控分机、固态放大器等十大部分构成，具有大电流、高电压和高功率的特点。接收系统与各大分机之间形成一个相互连接的系统，对接收到的各类信息特性进行有效地处理。开关T/R与PIN开关是对接收机的电源高低起着操控作用，保护着接收机的电源电压稳定性，有效地过滤来自大功率的主波脉冲对接收机的影响，保证主波功率在其所能承受的范围之内；固态放大器的运用功能就是放大接收激励源分机的激励信号电平到足够的功率，发送到速调管的输入腔；固态调制器是沿着放电触发脉冲的控制线，通过充电元件、变压器及均压电路等要件进行传递，同时利用脉冲变压器将脉冲供给速调管阴极；从而达到调制脉冲的效果；速调管是起着重要的功率放大功能，在速控调管阴极不断地调制脉冲的过程中，对输入的射频激励信号进行功率放大，然后再向高频的射频发射脉冲。固态调制的储能组件需要一定能量的电源分机作保障，充电电源也要由高压电源分机作为能量支撑；磁场电源是提供给速调管的聚焦线圈提供电流，以便在速调管的径向形成密封性的磁场，电流均匀而聚焦，促使速调管的电子管正常有效地工作，使产生和形成的雷达系统在高频率稳定的信息源中工作，避免速调管由于电子注的分散而造成散焦的现象。频接收分机分为射频接收分机和频率源分机，、激励源分机以及标定分机等，它们分别对接收到的信息包括噪声系统和相位噪声的标定进行变频，再将数字匹配的滤波送到信息处理系统。

2.多普勒雷达接收系统的选型及故障分析

2.1 多普勒雷达接收机的选型

我国的数字气象雷达始于九十年代，计算机技术在雷达发展建设过程中不断进行优化，对提高信息加工、分析的处理速度有着不可小觑的作用，大大增加了雷达对气象监测能力和预警能力。在1999年我国对美国WSR-88D型雷达进行改良，生产出新一代布网的S波段全相干脉冲多普勒天气雷达，充分结合了云、降水物理学及云动力学的理论，研制了监测分析和预警中心度灾害性气象的天气雷达。在多普勒雷达接收机系统中，ADWR雷达接收系统较为普遍。它是通过发射相位相参信号，将天线馈线分系统的回波信息进行放大、混频等数字处理，再传递到数字信号处理分系统，进行数据校正和检测，这样保证雷达系统的全相参特性，对已知噪声源进行标定和分离，为监测系统提供稳定的信号源。

2.2 多普勒雷达接收机的故障分析及处理

2.2 .1 故障显示

故障一：雷达开机不久，信号处理的时序板插件显示故障提示或调制器PFN过压；

分析：时序板的控制信号是通过接收系统的16HZ时钟信息传递而来的，产生故障的原因一方面可能是由于接收机频率源分机在送往处理器时的信号幅度不平稳所致；另一方面存在时序电路板上的电子元器件安装、焊接出现虚焊等问题；

而调制器PFN过压故障，原因可能出在固态调制器。因为雷达上的固态调制器是一种软性开关调制器，放大或调制脉冲合成使速调管阴极输出时的功率升高，超过了预定值后，发射到监控分机的放电触发脉冲进行放大，再经过整形、放大，加速到速调管阴极。一旦没有达到要求可能会短路或损坏信号系统。

故障检修：针对时序板失控提示，首先要断开输出端的电缆，启用示波器，将测试电缆、示波器和接收机频率源输出端连接，不断调节示波器，直到信号显示正弦波为止。再则需要检查时序板上的电子元器件是否有器件损坏的现象，如果有则及时更换新的电子模块；依据PFN过压故障提示，参考脉冲网络充电及放电过程的数据内容，检查SCR放电开关组件的到位情况，诸如：开关是否未关断，是否存在短路现象，用示波器探头测量脉冲幅度，排查可控硅是否正常触发脉冲信号，如果没有正常触发，检测是否有损坏的迹象。

故障二、噪声电平偏低

分析：噪声电平是衡量接收机工作状态的重要指标；噪声电平的稳定可以保证噪声系统的准确性，振动功率维持在正常范围之内，（1us一般范围在6～9dB），这样才能保证接收机的灵敏度，有效提高和扩大雷达的探测范围。否则，则适得其反，影响到接收机的正常工作。

故障维修：第一、切断射频接收分机与中频接收分机的通道。在接收机的终端上测定观察噪声电平是否在正常值范围内，从而判断出中频数字接收机的工作状况是否有异常。如果出现故障显示，则可以认定中频数字接收机出现故障。

第二、综合观察频谱仪测试频率源、接收机前端的一本振频率的输出功率，测试输出功率的正常值是否在范围之内，通常情况下是大于或等于9dBm，如果检测出来的输出功率超低正常值时，则可以确定是一本振发生了故障。

第三、运用频谱仪测试雷达，对雷达零件中的晶振输出进行检测，以此推断晶振的工作状态，如果输出功率较小，则更换雷达零配件。

第四、输入功率的检测一般彩频谱仪测试雷达，C波段频标判断100MHZ功分电路的功率大小，如果较小，则更换频标综合模块，使功分电路趋于正常；

3.结束语

多普勒气象雷达接收机是我国新一代天气雷达系统，能够长时间不间断地运行，在稳定性与整体性能都上了一个台阶。当然，新型的雷达在各方面还需要经历严峻的考验，各分系统在运行过程中出现的问题都要及时排除和处理，切实保证我国的雷达系统的技术从根本上过硬，为我国的气象检测提供准确的信号，缩短与世界强国的差距，使我国的雷达探测技术在世界领域占一席之地。

［1］ 田方.兰州多普勒天气雷达功率测量［J］.空中交通管理.2011（09）

［2］ 吴起辉.重庆机场一次雷雨过程分析［J］.科技风.2011（24）

［3］ 董根铭.浅谈新一代多普勒天气雷达系统的维护［J］.内江科技.2012（02）

［4］ 郭建明，谭怀英.雷达技术发展综述及第5代雷达初探［J］.现代雷达.2012（02）

庞善忠，男，出生于1969年4月，籍贯广西博白县，就职于中国民用航空中南地区空中交通管理局广西分局。

民航多普勒气象天气雷达是对恶劣气候或灾害性天气的有效监测，同时及时发出预警的雷达系统，是军用和民用气象监测的重要系统，在雷达探测领域中占居了重要地位。本文阐述了多普勒气象雷达发收机的选型及工作原理，分析了系统故障现象及故障原因，提出了有效的改善措施，使多普勒气象雷达接收机更好的为民航气象做出贡献。